CN111499239A - 复合结构材料及其骨料 - Google Patents

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Abstract

由骨料在基质内形成的复合结构材料，所述骨料是颗粒材料，其中每一个颗粒包括至少三个由中心毂向外延伸的呈放射状的腿。

Description

复合结构材料及其骨料
相关申请
本申请是中国专利申请201480053761.1(PCT国际申请PCT/AU2014/000758进入中国国家阶段申请)的分案申请。
技术领域
本发明涉及此类复合结构材料，其在基质(例如胶结相)中保持有骨料相，还涉及能形成改进的复合结构材料的骨料的新的构造。
发明背景
已知使用骨料(aggregate)的复合结构材料，它们提供比单独的基质(没有骨料)具有更大强度的复合结构材料。混凝土是这种复合结构材料的典型例子。
有多种类型的混凝土可用，它们通过改变主要成分的比例而产生，以使得最终产物通过不同的强度、密度或化学和热阻性质适应其应用。典型地，混凝土包括胶结粘合剂和骨料，胶结粘合剂与水以及通常与细颗粒材料(例如砂子)一起形成基质，骨料为粗颗粒材料形式，例如砂砾、碎石(例如石灰石或花岗石)、碎矿渣或再生玻璃。典型地，骨料是大体上球形的并且具有合理的较大密度。
胶结粘合剂，通常简单地被称为“水泥”，通常是硅酸盐水泥(Portland cement)，虽然其它胶结材料例如粉煤灰和矿渣水泥也可以作为骨料的粘合剂。
水然后与粘合剂和骨料的干燥复合物混合，产生工作者能使之成型(通常是通过将它倒入模型或模具中)的半流质。还可以加入化学添加剂以获得不同的性质。例如，这些添加剂可以加快或减慢混凝土硬化的速度，并且可以赋予其它有用的性质。混凝土然后通过化学过程凝固并硬化，所述化学过程被称为水合作用，其中水与水泥反应，将其它组分粘合在一起，产生坚固的、“石头样的”复合结构材料。
混凝土具有相对高的抗压强度，但抗张强度低得多。因为这个原因，通常用具有强张力的材料(通常是钢)对混凝土进行加强。而且，混凝土的弹性在低应力水平下相对恒定，但在高应力水平下，由于常常出现基质开裂，混凝土的弹性开始减小。混凝土具有非常低的热膨胀系数，并且随着它的成熟趋向于收缩。因此，由于收缩和张力的原因，所有混凝土结构趋向于某种程度的开裂。
不同混凝土成分的混合物产生不同的强度，通常以psi或MPa测量，而不同强度的混凝土用于不同的目的。例如，当混凝土必须是轻质的时候，可以使用非常低强度(15MPa或更低)的混凝土。轻质混凝土通常通过加入空气、泡沫或轻质骨料获得，其常规副作用是强度降低。对于大部分常规使用来说，使用20MPa到30MPa的混凝土。然而，35MPa的混凝土也是容易商购获得的，它作为一种更耐用的，虽然更昂贵的选择，通常用于较大的土建项目。
35MPa以上的强度用于特定的建筑构件，例如，高层混凝土建筑物的较低层柱可以使用80MPa或更高强度的混凝土，以保持小的柱尺寸。桥梁可以使用70MPa混凝土的长梁以减少所需跨度的数量。偶尔，其它结构需要可能要求甚至更高强度的混凝土。例如，如果结构必须是刚性的，可以指定非常高强度的混凝土，甚至比承受工作负荷所需的强度强得多。为此，高达130MPa的强度已投入商业使用。
由于硬化产品中的空隙的存在不利地并显著地影响混凝土的强度，因此，重要的是在混凝土混合物的硬化过程中达到最大的可能密度。这要求混凝土混合物具有足够的“可加工性”以允许理想地仅仅使用合理的工作(震动)量实现几乎完全压实。混凝土中空隙的存在减小了它的密度，并且大大地降低了强度—例如，5％的空隙可以使强度降低差不多30％。而且，从混凝土混合物易于放置、形成和压实的角度来说，花费的劳动、最终产品的质量和获得特定类型产品的能力都受到混凝土混合物的可加工性的影响。
硬化前混凝土混合物的可加工性(通常被简单地视为是其“湿润度”的测量值)因此实际上是为了克服混凝土的各个组分之间的摩擦力以允许完全压实并除去所有空隙，并且没有不希望的泌水或离析所需的内部功的函数。
已知的对混凝土混合物的可加工性进行数值测量的技术是“坍落度试验”，通常被执行以对于混凝土混合物流动的容易程度来检查新制备的混凝土混合物的稠度。坍落度试验检查压实的倒锥形(被称为“坍落度试验锥”或“艾布拉姆斯(Abrams)锥”)混凝土在重力作用下的行为。
锥桶被放置在硬的非吸收性的表面上，分三个阶段装入新制的混凝土，每次都用标准尺寸的棒捣实。将该锥桶小心垂直上移，以便于不破坏混凝土锥体，混凝土随后沉降。该沉降被称为“坍落度”，如果坍落度<100mm，则测量精确到5mm，如果坍落度>100mm，则测量精确到10mm。
坍落的混凝土具有不同的形状，根据坍落的混凝土的外形，坍落被称为“正常坍落(true slump)”、“剪切坍落(shear slump)”或“崩陷坍落(collapse slump)”。如果结果是剪切坍落或崩陷坍落，取新的样品重复测试。崩陷坍落表明混合物过于湿润。在测试中，只有正常坍落是有用的。非常干的混合物，具有0-25mm范围的坍落度，往往用来筑路，并且是低可加工性的混合物；具有10-40mm范围的坍落度的混合物往往用于轻度加强的地基，并且是中等可加工性的混合物；而具有50-100mm范围坍落度的混合物用于通过震动置放的普通钢筋混凝土，并且被认为是高可加工性的混凝土混合物。
通常，混凝土混合物中骨料的体积的增加降低可加工性，传统的观点是使用光滑圆润的骨料提高可加工性(而如果使用有棱角的和粗糙的骨料，则会降低可加工性)。骨料的尺寸越大，润滑它所需的水越少，这意味着多余的水应可用在可加工性上。就这一点来说，与无孔骨料相比，多孔骨料也需要更多的水以达到相同的可加工性。
多年来认为在混凝土中使用回收材料作为骨料是有利的，以帮助实现回收废弃材料(例如塑料废弃材料)的社会意愿，避免自然资源(例如砂砾和碎石)的过度使用，以及理所当然地提供更轻的、更坚固的和更易于使用的混凝土。
授予J.S.Sweeney的美国专利5209968是复合结构材料的一个实例，它是由轻质颗粒废料或废弃塑料骨料与胶结粘合剂粘合在一起，尽管结构的核心组成部分还包括使用纤维状非织造网作为骨料的外部复合材料层。核心组成部分的塑料骨料据称是由大体上球形，即类似于混凝土所用的典型砂砾骨料的形状的发泡聚苯乙烯珠形成的。
授予R.L.Nicholls的美国专利4778718是复合结构材料的另一个实例，它具有用塑料骨料加强的胶结基质，这次是均匀分布于其中的塑料织物的形式。
本发明意在提供新形状的骨料，它能够形成比典型的复合结构材料更轻，但仍然显示出所希望的可加工性和强度的复合结构材料。
发明简述
本发明提供由骨料在基质内形成的复合结构材料，该骨料是颗粒材料，其中每个颗粒包括至少三个由中心毂(hub)向外延伸的呈放射状的腿(radial legs)。
本发明还提供适用于这样的复合结构材料的骨料，该骨料是颗粒材料，其中每个颗粒包括至少三个由中心毂向外延伸的呈放射状的腿。
每个骨料颗粒的中心毂理想地具有球形、圆柱形或立方体形的形状，并且可以是近似于这些形状的形状，例如可以被称为大体上球形、大体上圆柱形和大体上立方体形。
在一种形式中，中心毂是大体上球形的，具有在1mm到20mm范围内的直径，优选在2mm到15mm范围内，更优选在3mm到12mm范围内，更优选在5mm到10mm范围内。但是，中心毂可以大于20mm，事实上，在可以使用非常大体积的复合结构材料的应用中，考虑中心毂的直径可以达20cm(或更大)，所述非常大体积的复合结构材料例如是非常大的结构如坝墙所需的复合结构材料。
在另一种形式中，中心毂是大体上立方体形的，具有在1mm到20mm范围内的宽度，优选在2mm到15mm范围内，更优选在3mm到12mm范围内，更优选在5mm到10mm范围内。但是，这种形式的中心毂也可以大于20mm，原因同上。
设想每个骨料具有三个腿、四个腿、五个腿、六个腿、七个腿、八个腿、九个腿或十个腿。在优选的形式中，颗粒具有六个腿。
在优选的形式中，腿从中心毂向外延伸，以便延伸成三维的，所述三维是相对于笛卡尔几何学以及它所代表的三维空间而言的，所述三维空间具有三个坐标轴，其中每个坐标轴在另外两个坐标轴的起始点上与它们垂直。而且，腿优选从中心毂向外对称地呈放射状地延伸，或者至少一些腿对称地呈放射状地排列。腿可以是相同的尺寸和形状，或者一个或多个腿与其它腿具有不同的尺寸和/或形状。
理想地，骨料颗粒的腿是圆柱形、圆锥形或截头圆锥形的，其中圆锥形和截头圆锥形形式的直径从中心毂向外减小或增大，虽然优选直径在远离中心毂的方向上减小。出于这种考虑，设想优选形式是一些腿为圆柱形形状，一些腿为直径在远离中心毂的方向上减小的截头圆锥形形状。例如，在优选的包括六个腿的形式中，两个腿可以是圆柱形的，四个腿可以是截头圆锥形的，或者两个腿可以是截头圆锥形的，其它四个腿也是截头圆锥形的，但锥度更大。
腿的自由端可以是平面或曲面(例如凸面或凹面)，或它们的组合。或者，自由端可以包括截头圆锥的顶端，或者可以是球形顶端，例如球状球形顶端，即这样的顶端，其中球形顶端的直径大于该顶端和腿连接点处的腿的直径。
在腿长度上，优选所有腿具有相同的长度。还设想腿长度的优选范围在1mm到20mm的范围内，优选在2mm到15mm的范围内，更优选在3mm到14mm的范围内，更优选在6mm到12mm的范围内。但是，腿可以长于20mm，并且在上述提及的大体积应用中，可以具有长达20cm的长度。
在优选的形式中，骨料颗粒的每一个腿的长度等于或大于中心毂的直径/宽度。
腿必然具有直径或宽度。在腿是圆柱形、圆锥形或截头圆锥形的情况下，该尺寸被认为是直径，虽然在圆锥和截头圆锥的实施方案中，直径在远离中心毂的方向上会有变化(减小或增大)。在优选的形式中，骨料颗粒的每一个腿，在最接近中心毂的位置处，具有等于或小于中心毂的直径/宽度的直径/宽度。当上述关系是小于的时候，中心毂因此会具有位于腿之间的暴露的表面部分，该表面部分可以是微凹的，或者是另外适合于包括表面轮廓(例如凹面)以有助于骨料与复合结构材料基质之间的物理相互作用(包封)的。
但是，还设想中心毂的直径/宽度可以等于每一个腿的直径/宽度，至少在毂和腿的连接处，这导致中心毂没有这种类型的暴露的表面部分。在这种形式中，当观察骨料颗粒时，中心毂可能是不容易分辨的。
骨料颗粒优选是合适的塑料材料的，其可以是或者可以不是回收塑料材料的，例如聚苯乙烯、高密度聚乙烯(HDPE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯、聚丙烯或任何高密度塑料材料，并且可以是混合材料。类似地，骨料可以包括由不同塑料材料制成的颗粒，以使得一些颗粒是，例如HDPE的并且一些是PVC的。或者，骨料可以由非塑料的可成形的或可模压的材料例如粉煤灰形成，或者至少由塑料材料加上一部分非塑料的可成形的或可模压的材料形成。
骨料颗粒可以是中空的，或者是至少部分中空的，或者可以是实心的。设想实心骨料颗粒是优选的。
复合结构材料的基质最常见的是胶结粘合剂例如硅酸盐水泥(Portlandcement)，或者可以是高能改性水泥(energetically modified cement)或水泥混合料，或者任何其它适合的和所希望形式的水泥。事实上，基质此外可以是聚合物树脂、泥浆、沥青、金属或陶瓷。基质还可以包括细的骨料例如砂子，当然还有上述提及的水。
当最初混合时，水泥和水迅速形成具有联锁晶体的缠结链(tangled chains ofinterlocking crystals)的胶体，胶体中的组分继续随时间反应。最初胶体是液体，这提高了可加工性并有助于置放材料，但是随着混凝土变硬，晶体链连接成刚性结构，阻碍胶体的流动性并将骨料颗粒固定在某一位置。在固化期间，水泥继续在水合过程中与剩余的水反应。一旦该固化过程结束，产品就具有了所希望的物理和化学性质。
如上所述，可加工性是在进行所希望的工作(震动)并且不降低混凝土的品质的条件下，新制水泥混合物适当充满模型/模具的能力。可加工性取决于水分含量、骨料(形状和体积)、胶结成分的含量和龄期(水合的水平)，并且可以通过加入化学添加剂而改变。提高水分含量或加入化学添加剂提高混凝土的可加工性。过量的水可能导致泌水增加(表面水)和/或骨料的离析(当水泥和骨料开始分离时)，所得到的混凝土品质降低。使用在骨料颗粒之间具有不合需要的级配(粒径分布)的传统骨料可能获得具有非常低的坍落度的不合需要的混合物，它不能容易地通过加入合理数量的水而变得更适用。
已发现在复合结构材料中使用本发明的骨料颗粒不会妨碍复合结构材料的机械属性。而且，与有关骨料颗粒形状的预期作用的传统观点相反，未发现本发明的骨料颗粒会使得复合结构材料更不适用，它也不会导致复合结构材料的耐久性劣化。
相反，已发现本发明形状的骨料颗粒使得可以形成更轻的复合结构材料(受益于骨料的较轻的重量)，却还具有所需的强度和可加工性。不希望受到理论的束缚，可能腿的方向性和骨料颗粒因此而接近于相互交叉状态(或者近乎于此)的倾向，导致在基质内骨料颗粒之间的机械相互作用有所改善，使得在具有相对轻的重量的同时具有可接受的强度和可加工性。
还认为腿的此方向性有助于帮助减少裂缝在硬化的材料中扩展，无论是完全阻止裂缝还是使裂缝在交会时偏斜，这导致最终产品与具有传统骨料的相同混凝土混合物相比，显示出提高的断裂韧性。
此外，与传统的球形(或近似球形)的骨料颗粒相比，骨料颗粒的“体积”较小，这意味着当混凝土混合物被加工时，它们对于通过基质的移动具有较小的阻力。事实上，已发现在压实的过程中，当工作者的目标是确保混凝土混合物中的骨料移动到混合物团块中并离开表面时，本发明的骨料颗粒的较小的“体积”(具有较小的暴露的、连续的表面积)使得本发明的骨料颗粒容易离开表面移动到混合物内。仍然不希望受到理论的束缚，认为这也有助于确保可以实现根据本发明的所需的混凝土的强度和可加工性。
在优选的形式中，本发明的复合结构材料包括的骨料的量为大约0.1％到25％体积比，或者从大约0.5％到20％体积比，或者从大约1.0％到15％体积比。更优选地，骨料的量在大约2.0％到7.5％体积比的范围内，或者更优选地在大约2.5％到5.0％体积比的范围内。
附图简述
图1是从根据本发明的第一个优选实施方案的骨料颗粒上方看的透视图；
图2是从图1的实施方案的下方看的透视图；
图3是从根据本发明的第二个优选实施方案的骨料颗粒上方看的透视图；以及
图4是图3的实施方案的侧视图。
优选实施方案的详述
图1和图2中显示的是颗粒10的第一实施方案，其中颗粒10能够形成适用于根据本发明的复合结构材料的骨料。颗粒10包括六个从中心毂18向外延伸的呈放射状的腿12，但是如上所述，只需要多于三个这种腿即可。
在该实施方案中，中心毂18是大体上圆柱形的形状，其六个腿中的四个(12a,12b,12c,12d)从毂18的侧壁向外沿着两个维度(可以被认为是笛卡尔几何学中的x和y坐标)呈放射状地延伸，并且绕该侧壁对称排列。其余两个腿(12e,12f)从毂18的端壁向外沿着第三个维度(可以被认为是笛卡尔几何学中的z坐标)呈放射状地延伸。这样，六个腿一起向外呈放射状地延伸，形成三维颗粒10。
该实施方案中的腿12是圆锥形的，直径在远离毂18的方向上减小。腿的自由端(以腿12d上的标号为例)具有截头圆锥形顶端14，其末端是平面16。
图3和图4中显示的是颗粒20的第二实施方案，其中颗粒20也能够形成适用于根据本发明的复合结构材料的骨料。颗粒20也包括六个呈放射状的腿22，在该实施方案中，所有腿都从中心毂24向外延伸。
在该实施方案中，中心毂24是大体上球形的形状，具有六个腿(22a,22b,22c,22d,22e,22f)，它们从毂24向外呈放射状地延伸，并绕该毂24对称排列，形成三维颗粒20。
第二实施方案的腿22都具有圆锥形部分25，其直径在远离毂24的方向上减小。其中四个腿的自由端(以腿22a上的标号为例)具有球状球形顶端26，但其余两个腿(22e,22f)的自由端的末端是平面27。
颗粒20的每一个腿22的长度都大于中心毂24的直径。在一种形式中，第二实施方案的中心毂24具有10mm的直径且腿24都是12mm长(从毂24测量至顶端26的顶端或平面27，视情况而定)，这使得颗粒20的整体宽度为34mm。在该第一种形式中，球状球形顶端26具有5.2mm的直径且平面27具有4mm的直径。
在第二种较小的形式中，第二实施方案的中心毂24可以具有5mm的直径且腿24都是6mm长(还是从毂24测量至顶端26的顶端或平面27，视情况而定)，这使得较小形式的颗粒20的整体宽度为17mm。在该第二种形式中，球状球形顶端26具有2.6mm的直径且平面27具有2mm的直径。
在第二实施方案的两种形式中，腿22的圆锥形部分25的直径在远离中心毂24的方向上减小。每一个腿22，在最接近于中心毂24的位置处的直径小于中心毂24的直径。这样，中心毂24具有位于腿22之间的暴露表面部分28，所述表面部分28包括凹面30。
使用多个第二实施方案的较大(第一种)形式的颗粒20作为骨料，形成根据本发明的复合结构材料。每一个颗粒20具有1.39g的重量和1.63cm3的体积。
在第一个实施例中，将水泥、骨料、砂子和水的原材料混合，混合比例为14:1:31.76(按重量计)，水对水泥的比例是0.564，得到一立方米的混凝土。具体地，该实施例使用350kg水泥、25kg骨料和794kg砂子。这获得的骨料在混凝土中的体积比为大约2.93％。
在第二个实施例中，将水泥、骨料、砂子和水的原材料混合，混合比例为14:1:29.92(按重量计)，水对水泥的比例是0.503，得到一立方米的混凝土。具体地，该实施例使用350kg水泥、25kg骨料和748kg砂子。这获得的骨料在混凝土中的体积比也为大约2.93％。
在两个实施例中，水泥是Adelaide Brighton Cement Limited的通用型(GP)水泥，它由硅酸盐水泥熟料和石膏形成，并且骨料的形式是多个较大形式的图3和4所示的颗粒20。
混合过程产生均匀混合物，以确保骨料在混合物中的一致性分布(consistentdistribution)。第一个实施例得到的混凝土的密度是2,151kg/m3，而第二个实施例得到的混凝土密度是2,129kg/m3，应注意普通混凝土的典型密度被认为是在2,300和2,400kg/m3之间，这表示这些实施例的混凝土比这种普通混凝土轻大约10％。
为了评价混凝土的机械属性，例如混凝土的抗压强度和抗弯强度，对于两个实施例，在圆柱形模具(直径100mm，高度200mm)中制备混凝土测试样品，并将混凝土测试样品制成正方形梁(宽度105mm，长度355mm)，风干大约一天。然后，从模具中移出样品，并硬化27天，以使得它们处于所需的龄期。
样品圆柱体的抗压强度是第一个实施例为28.0Mpa，第二个实施例为29.5MPa。样品梁的抗弯强度是第一个实施例为4.6MPa，第二个实施例为4.7MPa，为断裂模量(Modulusof Rupture)。
在第一个实施例的混合物上进行坍落度试验，结果是坍落度为100mm，而在第二个实施例的混合物上进行的坍落度试验结果是坍落度为70mm。
两个实施例的复合结构材料(最终的混凝土产品)都没有显示出与用塑料骨料制备的混凝土中常见到的相同的抗压强度和抗弯强度损失，所述塑料骨料具有大体上球形的形状，与传统骨料材料例如石头和砂砾的典型形状类似。而且，对样品圆柱体和梁在抗压强度和抗弯强度测试之后的目测观察表明它们与具有传统骨料的传统混凝土相比，还具有减少的裂缝形成。
而且，在水平切割样品圆柱体以显示骨料分布后，几乎没有明显的离析，在骨料颗粒附近也没有明显的空隙。此外，合理程度的震动足以使得骨料在硬化之前进入混凝土混合物，使骨料离开表面。70mm和100mm的坍落度的可加工性被认为对于用来形成普通钢筋混凝土来说是一个好的结果。
本领域技术人员应当理解，除了具体描述的那些之外，可以进行变化和修改。应当理解，本发明包括所有这些变化和修改。本发明还包括在本说明书中以单独的方式或以共同的方式提及的或指明的所有步骤、特征、组合物和化合物，以及任意两个或更多个步骤或特征的任意和所有组合。

Claims (40)

1.一种由骨料在硬质基质内形成的复合结构材料，所述骨料是颗粒材料，其中每一个颗粒包括至少三个由中心毂向外延伸的呈放射状的腿。
2.根据权利要求1的复合结构材料，包括大约0.1％到25.0％体积比的量的骨料。
3.根据权利要求1的复合结构材料，包括大约0.5％到20.0％体积比的量的骨料。
4.根据权利要求1的复合结构材料，包括大约1.0％到15.0％体积比的量的骨料。
5.根据权利要求1的复合结构材料，包括大约2.0％到7.5％体积比的量的骨料。
6.根据权利要求1的复合结构材料，包括大约2.5％到5.0％体积比的量的骨料。
7.根据权利要求1-6任一项的复合结构材料，其中骨料颗粒具有三个腿、四个腿、五个腿、六个腿、七个腿、八个腿、九个腿或十个腿。
8.根据权利要求7的复合结构材料，其中骨料颗粒具有六个腿。
9.根据权利要求1-8任一项的复合结构材料，其中一些或所有腿由中心毂向外对称地呈放射状地延伸。
10.根据权利要求1-8任一项的复合结构材料，其中一些或所有腿由中心毂向外对称地呈放射状地延伸，形成三维骨料颗粒。
11.根据权利要求1-10任一项的复合结构材料，其中腿具有相同的尺寸和形状。
12.根据权利要求1-10任一项的复合结构材料，其中一个或多个腿与其它腿具有不同的尺寸和/或形状。
13.根据权利要求1-12任一项的复合结构材料，其中腿是圆柱形的、圆锥形的或截头圆锥形的，其中圆锥形和截头圆锥形形式的直径在远离中心毂的方向上减小。
14.根据权利要求13的复合结构材料，其中一些腿是圆柱形的形状，并且一些腿是截头圆锥形的形状。
15.根据权利要求1-14任一项的复合结构材料，其中腿的自由端具有平面、或曲面(为凸面或凹面)、球状球形顶端、或者是尖的。
16.根据权利要求1-15任一项的复合结构材料，其中所有腿具有相同的长度。
17.根据权利要求1-16任一项的复合结构材料，其中腿长度在3mm到20mm范围内。
18.根据权利要求1-17任一项的复合结构材料，其中中心毂具有大体上球形的形状、大体上圆柱形的形状或大体上立方体形的形状。
19.根据权利要求18的复合结构材料，其中中心毂是大体上球形的并且具有在1mm到10mm范围内的直径。
20.根据权利要求18的复合结构材料，其中中心毂是大体上圆柱形的并且具有在1mm到10mm范围内的宽度。
21.根据权利要求1-20任一项的复合结构材料，其中腿在最接近中心毂的位置处的直径等于或小于中心毂的直径/宽度。
22.根据权利要求21的复合结构材料，其中腿在最接近中心毂的位置处的直径小于中心毂的直径/宽度，中心毂具有位于腿之间的暴露的表面部分，其中表面部分包括表面轮廓。
23.根据权利要求22的复合结构材料，其中所述表面轮廓是凹面。
24.根据权利要求1-23任一项的复合结构材料，其中骨料颗粒是塑料材料，或者是可成形的或可模压的非塑料材料(例如粉煤灰)、或这些材料的混合物，所述塑料材料选自由聚苯乙烯、高密度聚乙烯(HDPE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯、聚丙烯或任何高密度塑料组成的组。
25.根据权利要求1-24任一项的复合结构材料，其中硬质基质是胶结粘合剂、高能改性水泥或水泥混合料。
26.一种用于复合结构材料的骨料，所述骨料是颗粒材料，其中每一个颗粒包括至少三个由中心毂向外延伸的呈放射状的腿。
27.根据权利要求26的骨料，其中骨料颗粒具有六个腿。
28.根据权利要求26或权利要求27的骨料，其中一些或所有腿由中心毂向外对称地呈放射状地延伸。
29.根据权利要求26至28任一项的骨料，其中一些或所有腿由中心毂向外对称地呈放射状地延伸，形成三维颗粒。
30.根据权利要求26至29任一项的骨料，其中腿具有相同的尺寸和形状。
31.根据权利要求26至30任一项的骨料，其中腿是圆柱形的、圆锥形的或截头圆锥形的，其中圆锥形和截头圆锥形形式的直径在远离中心毂的方向上减小。
32.根据权利要求26至31任一项的骨料，其中腿的自由端具有平面、或曲面(为凸面或凹面)、球状球形顶端、或者是尖的。
33.根据权利要求26至32任一项的骨料，其中腿长度在3mm到20mm范围内。
34.根据权利要求26至33任一项的骨料，其中中心毂具有大体上球形的形状、大体上圆柱形的形状或大体上立方体形的形状。
35.根据权利要求34的骨料，其中中心毂是大体上球形的并且具有在1mm到10mm范围内的直径。
36.根据权利要求34的骨料，其中中心毂是大体上圆柱形的并且具有在1mm到10mm范围内的宽度。
37.根据权利要求26至36任一项的骨料，其中腿在最接近中心毂的位置处的直径等于或小于中心毂的直径/宽度。
38.根据权利要求37的骨料，其中腿在最接近中心毂的位置处的直径小于中心毂的直径/宽度，中心毂具有位于腿之间的暴露的表面部分，其中表面部分包括表面轮廓。
39.根据权利要求38的骨料，其中所述表面轮廓是凹面。
40.根据权利要求26至39任一项的骨料，其中骨料颗粒是塑料材料，或者是可成形的或可模压的非塑料材料(例如粉煤灰)、或这些材料的混合物，所述塑料材料选自由聚苯乙烯、高密度聚乙烯(HDPE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯、聚丙烯或任何高密度塑料组成的组。
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