CN112062516A - 一种新型梯度工程材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新型梯度工程材料,其包括基体胶浆混合料、增强相材料和增韧相材料,增强相材料为氧化铝超硬陶瓷球,增韧相材料为镀铜微细钢纤维,梯度工程材料为由背层、中间层、面层三个梯度层组成的复合材料,背层为高含量纤维增韧层,中间层为过渡层,面层为高硬陶瓷球增强层;超硬陶瓷球、钢纤维材料均呈梯度分布,从面层至背层,超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的配比依次递减,钢纤维的体积掺量依次递增;同时公开上述新型梯度工程材料的制备方法。本发明的梯度工程材料具有强度高、密实度好、抗侵爆性能优、性价比高、耐腐蚀等多项优点。
Description
技术领域
本发明属于工程材料技术领域,尤其是涉及一种新型梯度工程材料及其制备方法。
背景技术
梯度材料指的是根据使用需要,选择使用两种或两种以上不同性能材料,采用先进材料复合技术,使材料组成与结构连续呈梯度变化,且内部无明显界面,从而使材料功能与性质沿厚度方向呈梯度变化的一种新型复合材料。目前,国内外主要集中于功能梯度材料研究方面,选用的原材料主要包括金属类材料和陶瓷类材料,材料的尺寸与梯度构成大多是微米级,与宏观型工程结构类梯度材料的材料构成和制备技术差异较大。当前对结构类梯度材料研究主要是材料增强相、增韧相的设计理论研究和制备方法研究,针对工程防护的梯度工程材料及其制备方法的研究还很缺乏,至今未见报道。
发明内容
为解决上述问题,本发明的目的是提供一种新型梯度工程材料,其具有强度高、密实度好、抗侵彻性能好、抗爆炸性能优的特点;同时,公开上述新型梯度工程材料的制备方法,其工艺步骤明确,操作方便,工作效率高,经济性好,绿色环保。
为实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
一种新型梯度工程材料,其包括基体胶浆混合料、增强相材料和增韧相材料,增强相材料为氧化铝超硬陶瓷球,超硬陶瓷球直径为20~40mm,莫氏硬度为9~9.5,抗压强度为1500~2000MPa;增韧相材料为镀铜微细钢纤维,抗拉强度不低于1800MPa、直径为0.2~0.3mm、长度为12~27mm;梯度工程材料为由背层、中间层、面层三个梯度层组成的复合材料,背层为高含量纤维增韧层,中间层为过渡层,面层为高硬陶瓷球增强层,背层和面层厚度均≥60mm;超硬陶瓷球、钢纤维材料均呈梯度分布,从面层至背层,超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的配比依次递减,钢纤维的体积掺量依次递增;超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的重量比分别为面层0.5~0.8、中间层0.1~0.6、背层0,面层钢纤维体积掺量为1.0%~2.0%、中间层钢纤维体积掺量为2.0%~5.0%、背层钢纤维体积掺量为5.0%~6.0%;按重量百分比计,所述基体胶浆混合料包括以下组分:硅酸盐水泥40~50%、石英砂25~35%、硅灰5~10%、偏高岭土2~4%、矿粉2~4%、水12~15%、膨胀剂1~2%、SP保水剂0.1~0.2%、减水剂1.2~1.6%。
进一步地,上述的硅酸盐水泥的强度等级为52.5或以上。
进一步地,上述的石英砂粒径在50~200目。
进一步地,上述的减水剂为缓凝型聚羧酸系高效减水剂溶液,减水率不小于35%,含水率为58~62%。
上述的新型梯度工程材料,其抗压强度不小于110MPa,抗弯强度不小于30MPa,28天龄期氯离子扩散系数指标为DRCM≤1.0×10-12m2/s。
一种新型梯度工程材料的制备方法,其包括以下步骤:
步骤1、背层的制备:第一、按照背层体积计算出基体胶浆混合料各组分用量以及钢纤维用量,并称量好备用;第二、按配比将硅酸盐水泥、硅灰、偏高岭土、矿粉、石英砂依次倒入立式搅拌设备料斗,启动搅拌设备干拌3~4分钟充分混合,加入膨胀剂、SP保水剂、减水剂和水后继续搅拌4分钟以上至混合均匀;第三、将基体胶浆混合料分批次投入模腔内,待模腔底层铺满20~30mm厚混合料时,开始将钢纤维分批次均匀铺洒在混合料上,并用高频平板振捣装置将钢纤维振入混合料中,而后每铺满20~30mm厚混合料时重复钢纤维铺洒和高频平板振捣装置振入钢纤维的过程,使钢纤维在混合料中分布均匀,直至背层浇筑完毕;第四、背层浇注完毕后迅速使用薄膜覆盖表层;
步骤2、中间层的制备:第一、按照中间层体积计算出基体胶浆混合料各组分用量以及钢纤维和陶瓷球用量,并称量好备用;第二、按配比将水泥、硅灰、偏高岭土、矿粉、石英砂依次倒入立式搅拌设备料斗,启动搅拌设备干拌3~4分钟充分混合,加入膨胀剂、SP保水剂、减水剂和水后继续搅拌4分钟以上至混合均匀;第三、将钢纤维分多次加入到正在搅拌的基体胶浆混合料中,继续搅拌直至纤维均匀分布于混合料中;第四、将陶瓷球倒入正在搅拌的基体胶浆混合料中,继续搅拌直至陶瓷球均匀分布于混合料中;第五、揭开背层表面的薄膜,将混合料分批次投入模腔内,用高频平板振捣装置振捣,使该层分布均匀,表面基本平整即可;第六、中间层浇注完毕后迅速使用薄膜覆盖表层;
步骤3、面层的制备:第一、按照面层体积计算出基体胶浆混合料各组分用量以及钢纤维和陶瓷球用量,并称量好备用;第二、按配比将水泥、硅灰、偏高岭土、矿粉、石英砂依次倒入立式搅拌设备料斗,启动搅拌设备干拌3~4分钟充分混合,加入膨胀剂、SP保水剂、减水剂和水后继续搅拌4分钟以上至混合均匀;第三、将钢纤维分多次加入到正在搅拌的基体胶浆混合料中,继续搅拌直至纤维均匀分布于混合料中;第四、将陶瓷球倒入正在搅拌的基体胶浆混合料中,继续搅拌直至陶瓷球均匀分布于混合料中;第五、揭开背层表面的薄膜,将混合料分批次投入模腔内,用高频平板振捣装置振捣,使该层分布均匀,表面基本平整即可;第六、面层浇注完毕后进行表面抹平,而后使用薄膜覆盖。
进一步地,上述的中间层为一层或多层,每层的制备过程基本相同,每层制作厚度≥60mm。
一种新型梯度工程材料制备用高频平板振捣装置,其包括振动头、振动杆和电镐,所述振动头一端设有圆形平板,另一端设有圆柱体,圆柱体内开设有轴向盲孔,外部沿圆柱体径向对称开设有两个限位孔,振动头与圆形平板、圆柱体均通过圆弧过渡连接;所述振动杆为实芯结构,一端设有横截面为六方形的限位接头,限位接头的中部设有一环形限位槽,限位接头插入振动头的圆柱体的轴向盲孔中,且通过两个限位孔内分别安装的两个限位螺钉顶紧限位槽连接紧固,振动杆另一端为中部横截面为六方形、两端部横截面为圆柱形的电镐接头,电镐接头插入电镐的夹头孔内安装固定。
由于采用如上所述的技术方案,本发明具有如下优越性:
该新型梯度工程材料及其制备方法,其在材料面层采用抗侵彻性能好的增强相,在材料背层采用抗爆炸性能好的增强相,既提高了材料的抗侵彻性能,又保证了材料的抗爆炸震塌性能,对于有效提升工程的综合防护能力具有非常重要的意义;该新型梯度工程材料具有强度高、密实度好、抗侵爆性能优、性价比高、耐腐蚀等多项优点;新型梯度工程材料各层之间没有明显界面,较好改善了材料性能的自然过渡,大大提升了材料综合性能。
该梯度工程材料制备用高频平板振捣装置,其结构简单,设计合理,操作方便,实用性强,重量轻,振动密实,能够将高频振动能迅速传递于材料混合料,对于确保基体胶浆混合料和高含量(体积掺量≥5.0%)钢纤维混合密实度和可靠度具有重要意义。
附图说明
图1是本发明新型梯度工程材料的结构示意图;
图2是本发明高频平板振捣装置的结构示意图;
图3是图2中的振动杆的结构示意图;
图中:1-增强相材料;2-基体胶浆混合料;3-增韧相材料;4-手柄;5-起停开关;6-电镐;7-辅助手柄;8-锁定套筒;9-振动杆;10-限位螺钉;11-振动头;12-圆形平板;13-圆柱体;14-轴向盲孔;15-电镐接头;16-环形限位槽;17-限位接头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
如图1所示,一种新型梯度工程材料,其包括基体胶浆混合料2、增强相材料1和增韧相材料3,增强相材料为氧化铝超硬陶瓷球,超硬陶瓷球直径为20~40mm,莫氏硬度为9~9.5,抗压强度为1500~2000MPa;增韧相材料为镀铜微细钢纤维,抗拉强度不低于1800MPa、直径为0.2~0.3mm、长度为12~27mm;梯度工程材料为由背层、中间层、面层三个梯度层组成的复合材料,背层为高含量纤维增韧层,中间层为过渡层,面层为高硬陶瓷球增强层,背层和面层厚度均≥60mm;超硬陶瓷球、钢纤维材料均呈梯度分布,从面层至背层,超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的配比依次递减,钢纤维的体积掺量依次递增;超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的重量比分别为面层0.5~0.8、中间层0.1~0.6、背层0,面层钢纤维体积掺量为1.0%~2.0%、中间层钢纤维体积掺量为2.0%~5.0%、背层钢纤维体积掺量为5.0%~6.0%;按重量百分比计,所述基体胶浆混合料包括以下组分:硅酸盐水泥40~50%、石英砂25~35%、硅灰5~10%、偏高岭土2~4%、矿粉2~4%、水12~15%、膨胀剂1~2%、SP保水剂0.1~0.2%、减水剂1.2~1.6%;硅酸盐水泥的强度等级为52.5或以上;石英砂粒径在50~200目;减水剂为缓凝型聚羧酸系高效减水剂溶液,减水率不小于35%,含水率为58~62%。
通过以下实施例详细说明本发明新型梯度工程材料的制备方法。
实施例1
一种新型梯度工程材料的制备方法,其包括以下步骤:
步骤1、背层的制备:按照总厚度的1/3,称量出硅酸盐水泥46.62%、50目石英砂13.69%、200目的石英砂13.69%、硅灰6.13%、偏高岭土2.38%、矿粉2.38%、水12.16%、膨胀剂1.38%、SP保水剂0.14%、减水剂1.43%,钢纤维为背层体积的6%;将水泥、硅灰、偏高岭土、矿粉、石英砂依次倒入立式搅拌设备料斗,启动搅拌设备干拌3~4分钟充分混合;将减水剂、膨胀剂和SP保水剂加入水中混合,而后将混合液倒入搅拌设备料斗继续搅拌4分钟以上形成基体胶浆混合料;将混合料分批次投入模腔内,待模腔底层铺满20~30mm厚混合料时,开始将钢纤维分批次均匀铺洒在混合料上,并用高频平板振捣装置将钢纤维振入混合料中,而后每铺满20~30mm厚混合料时重复钢纤维铺洒和振捣装置振入钢纤维的过程,使钢纤维在混合料中分布均匀,直至背层浇筑完毕,振捣要不留死角,避免出现漏振、少振现象;而后迅速使用不透水的薄膜覆盖表面,避免水分蒸发、表面硬化;
步骤2、中间层的制备:按照总厚度的1/3,保持基体胶浆混合料的各组分比例关系不变,钢纤维为中间层体积的3%,超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的重量比为0.3,称量好各组分备用;将水泥、硅灰、偏高岭土、矿粉、石英砂依次倒入立式搅拌设备料斗,启动搅拌设备干拌3~4分钟充分混合;将减水剂、膨胀剂和SP保水剂加入水中混合,而后将混合液倒入搅拌设备料斗继续搅拌4分钟以上形成基体胶浆混合料;将钢纤维分多次加入到正在搅拌的基体胶浆混合料中,继续搅拌直至纤维无抱团且均匀分布于混合料中;将陶瓷球倒入正在搅拌的纤维胶浆混合料中,继续搅拌直至陶瓷球均匀分布于混合料中;揭开背层表面的薄膜,将混合料分批次投入模腔内,用高频平板振捣装置或普通振捣棒振捣,使该层分布均匀,表面基本平整即可,振捣要不留死角,避免出现漏振、少振现象;而后迅速使用不透水的薄膜覆盖表面,避免水分蒸发、表面硬化;
步骤3、面层的制备:按照总厚度的1/3,保持基体胶浆混合料的各组分比例关系不变,钢纤维为面层体积的1%,超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的重量比为0.6,称量好各组分备用;将水泥、硅灰、偏高岭土、矿粉、石英砂依次倒入立式搅拌设备料斗,启动搅拌设备干拌3~4分钟充分混合;将减水剂、膨胀剂和SP保水剂加入水中混合,而后将混合液倒入搅拌设备料斗继续搅拌4分钟以上形成基体胶浆混合料;将钢纤维分多次加入到正在搅拌的基体胶浆混合料中,继续搅拌直至纤维无抱团且均匀分布于混合料中;将陶瓷球倒入正在搅拌的纤维胶浆混合料中,继续搅拌直至陶瓷球均匀分布于混合料中;揭开中间层表面的薄膜,将混合料分批次投入模腔内,用高频平板振捣装置振捣,使该层分布均匀,表面基本平整即可,振捣要不留死角,避免出现漏振、少振现象;而后进行表面抹平,并使用不透水的薄膜覆盖表面,避免水分蒸发;静置36小时后拆模。
步骤4、在温度20℃±2℃,湿度不小于90%的标准养护条件下养护28d,得到新型梯度工程材料,其标准养护28d的抗弯强度为46.5MPa、抗压强度为138.9MPa、氯离子扩散系数为0.3×10-12m2/s。
实施例2
一种新型梯度工程材料的制备方法,其包括以下步骤:
步骤1、背层的制备:按照总厚度的1/4,称量出硅酸盐水泥42%、70目石英砂13%、150目石英砂17%、硅灰8%、偏高岭土2.5%、矿粉2%、水12.5%、膨胀剂1.5%、SP保水剂0.15%、减水剂1.35%,钢纤维为背层体积的5.5%;将水泥、硅灰、偏高岭土、矿粉、石英砂依次倒入立式搅拌设备料斗,启动搅拌设备干拌3~4分钟充分混合;将减水剂、膨胀剂和SP保水剂加入水中混合,而后将混合液倒入搅拌设备料斗继续搅拌4分钟以上形成基体胶浆混合料;将混合料分批次投入模腔内,待模腔底层铺满20~30mm厚混合料时,开始将钢纤维分批次均匀铺洒在混合料上,并用高频平板振捣装置将钢纤维振入混合料中,而后每铺满20~30mm厚混合料时重复钢纤维铺洒和振捣装置振入钢纤维的过程,使钢纤维在混合料中分布均匀,直至背层浇筑完毕,振捣要不留死角,避免出现漏振、少振现象;而后迅速使用不透水的薄膜覆盖表面,避免水分蒸发、表面硬化;
步骤2、第一中间层的制备:按照总厚度的1/4,保持基体胶浆混合料的各组分比例关系不变,钢纤维为中间层体积的5%,超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的重量比为0.3,称量好各组分备用;将水泥、硅灰、偏高岭土、矿粉、石英砂依次倒入立式搅拌设备料斗,启动搅拌设备干拌3~4分钟充分混合;将减水剂、膨胀剂和SP保水剂加入水中混合,而后将混合液倒入搅拌设备料斗继续搅拌4分钟以上形成基体胶浆混合料;将钢纤维分多次加入到正在搅拌的基体胶浆混合料中,继续搅拌直至纤维无抱团且均匀分布于混合料中;将陶瓷球倒入正在搅拌的纤维胶浆混合料中,继续搅拌直至陶瓷球均匀分布于混合料中;揭开背层表面的薄膜,将混合料分批次投入模腔内,用高频平板振捣装置或普通振捣棒振捣,使该层分布均匀,表面基本平整即可,振捣要不留死角,避免出现漏振、少振现象;而后迅速使用不透水的薄膜覆盖表面,避免水分蒸发、表面硬化;
步骤3、第二中间层的制备:按照总厚度的1/4,保持基体胶浆混合料的各组分比例关系不变,钢纤维为中间层体积的3%,超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的重量比为0.5,称量好各组分备用;其余步骤与步骤2中的操作相同;
步骤4、面层的制备:按照总厚度的1/4,保持基体胶浆混合料的各组分比例关系不变,钢纤维为面层体积的2%,超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的重量比为0.7,称量好各组分备用;将水泥、硅灰、偏高岭土、矿粉、石英砂依次倒入立式搅拌设备料斗,启动搅拌设备干拌3~4分钟充分混合;将减水剂、膨胀剂和SP保水剂加入水中混合,而后将混合液倒入搅拌设备料斗继续搅拌4分钟以上形成基体胶浆混合料;将钢纤维分多次加入到正在搅拌的基体胶浆混合料中,继续搅拌直至纤维无抱团且均匀分布于混合料中;将陶瓷球倒入正在搅拌的纤维胶浆混合料中,继续搅拌直至陶瓷球均匀分布于混合料中;揭开中间层表面的薄膜,将混合料分批次投入模腔内,用高频平板振捣装置振捣,使该层分布均匀,表面基本平整即可,振捣要不留死角,避免出现漏振、少振现象;而后进行表面抹平,并使用不透水的薄膜覆盖表面,避免水分蒸发;静置36小时后拆模。
步骤5、在温度20℃±2℃,湿度不小于90%的标准养护条件下养护28d,得到新型梯度工程材料,其标准养护28d的抗弯强度为45.5MPa、抗压强度为140.5MPa、氯离子扩散系数为0.8×10-12m2/s。
实施例3
一种新型梯度工程材料的制备方法,其包括以下步骤:
步骤1、背层的制备:按照总厚度的1/6,称量出硅酸盐水泥41.5%、100目石英砂14.6%、200目石英砂16.5%、硅灰5%、偏高岭土2%、矿粉2.5%、水14.74%、膨胀剂1.43%、SP保水剂0.18%、减水剂1.55%,钢纤维为背层体积的6%;将水泥、硅灰、偏高岭土、矿粉、石英砂依次倒入立式搅拌设备料斗,启动搅拌设备干拌3~4分钟充分混合;将减水剂、膨胀剂和SP保水剂加入水中混合,而后将混合液倒入搅拌设备料斗继续搅拌4分钟以上形成基体胶浆混合料;将混合料分批次投入模腔内,待模腔底层铺满20~30mm厚混合料时,开始将钢纤维分批次均匀铺洒在混合料上,并用高频平板振捣装置将钢纤维振入混合料中,而后每铺满20~30mm厚混合料时重复钢纤维铺洒和振捣装置振入钢纤维的过程,使钢纤维在混合料中分布均匀,直至背层浇筑完毕,振捣要不留死角,避免出现漏振、少振现象;而后迅速使用不透水的薄膜覆盖表面,避免水分蒸发、表面硬化;
步骤2、第一中间层的制备:按照总厚度的1/6,保持基体胶浆混合料的各组分比例关系不变,钢纤维为中间层体积的5%,超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的重量比为0.2,称量好各组分备用;将水泥、硅灰、偏高岭土、矿粉、石英砂依次倒入立式搅拌设备料斗,启动搅拌设备干拌3~4分钟充分混合;将减水剂、膨胀剂和SP保水剂加入水中混合,而后将混合液倒入搅拌设备料斗继续搅拌4分钟以上形成基体胶浆混合料;将钢纤维分多次加入到正在搅拌的基体胶浆混合料中,继续搅拌直至纤维无抱团且均匀分布于混合料中;将陶瓷球倒入正在搅拌的纤维胶浆混合料中,继续搅拌直至陶瓷球均匀分布于混合料中;揭开背层表面的薄膜,将混合料分批次投入模腔内,用高频平板振捣装置或普通振捣棒振捣,使该层分布均匀,表面基本平整即可,振捣要不留死角,避免出现漏振、少振现象;而后迅速使用不透水的薄膜覆盖表面,避免水分蒸发、表面硬化;
步骤3、第二中间层的制备:按照总厚度的1/6,保持基体胶浆混合料的各组分比例关系不变,钢纤维为中间层体积的3.5%,超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的重量比为0.4,称量好各组分备用;其余步骤与步骤2中的操作相同;
步骤4、第三中间层的制备:按照总厚度的1/6,保持基体胶浆混合料的各组分比例关系不变,钢纤维为中间层体积的2%,超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的重量比为0.6,称量好各组分备用;其余步骤与步骤2中的操作相同;
步骤5、面层的制备:按照总厚度的2/6,保持基体胶浆混合料的各组分比例关系不变,钢纤维为面层体积的1.5%,超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的重量比为0.8,称量好各组分备用;将水泥、硅灰、偏高岭土、矿粉、石英砂依次倒入立式搅拌设备料斗,启动搅拌设备干拌3~4分钟充分混合;将减水剂、膨胀剂和SP保水剂加入水中混合,而后将混合液倒入搅拌设备料斗继续搅拌4分钟以上形成基体胶浆混合料;将钢纤维分多次加入到正在搅拌的基体胶浆混合料中,继续搅拌直至纤维无抱团且均匀分布于混合料中;将陶瓷球倒入正在搅拌的纤维胶浆混合料中,继续搅拌直至陶瓷球均匀分布于混合料中;揭开中间层表面的薄膜,将混合料分批次投入模腔内,用高频平板振捣装置振捣,使该层分布均匀,表面基本平整即可,振捣要不留死角,避免出现漏振、少振现象;而后进行表面抹平,并使用不透水的薄膜覆盖表面,避免水分蒸发;静置36小时后拆模。
步骤6、在温度20℃±2℃,湿度不小于90%的标准养护条件下养护28d,得到新型梯度工程材料,其标准养护28d的抗弯强度为40MPa、抗压强度为155.3MPa、氯离子扩散系数为0.7×10-12m2/s。
如图2、3所示,该新型梯度工程材料制备用高频平板振捣装置,其包括振动头11、振动杆9和电镐6,所述振动头11一端设有圆形平板12,另一端设有圆柱体13,圆柱体内开设有轴向盲孔14,外部沿圆柱体径向对称开设有两个限位孔,振动头与圆形平板、圆柱体均通过圆弧过渡连接;所述振动杆9为实芯结构,一端设有横截面为六方形的限位接头17,确保振动杆的高频振动传递给圆形平板,且两者不脱落,限位接头的中部设有一环形限位槽16,限位接头插入振动头的圆柱体13的轴向盲孔14中,且通过两个限位孔内分别安装的两个限位螺钉10顶紧限位槽实现连接紧固,限位螺钉用于限制轴向盲孔内振动杆的位置,防止其从轴向盲孔内脱落,振动杆另一端为中部横截面为六方形、两端部横截面为圆柱形的电镐接头15,电镐接头插入电镐6的夹头孔内安装固定。
上述的电镐6型号为TSH5000Plus,主要由手柄4、起停开关5、辅助手柄7、锁定套筒8和电机组成。
使用时,振动头11直接插入梯度工程材料混合料中,启动电镐6,高频振捣冲击次数设为2750次/分,高频振动能经由振动杆传递给圆形平板,进而迅速传递于材料混合料,确保材料混合料的混合密实度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,而非对本发明的限制,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰,皆应属本发明的专利保护范围之内。
Claims (8)
1.一种新型梯度工程材料,其特征是:其包括基体胶浆混合料、增强相材料和增韧相材料,增强相材料为氧化铝超硬陶瓷球,超硬陶瓷球直径为20~40mm,莫氏硬度为9~9.5,抗压强度为1500~2000MPa;增韧相材料为镀铜微细钢纤维,抗拉强度不低于1800MPa、直径为0.2~0.3mm、长度为12~27mm;梯度工程材料为由背层、中间层、面层三个梯度层组成的复合材料,背层为高含量纤维增韧层,中间层为过渡层,面层为高硬陶瓷球增强层,背层和面层厚度均≥60mm;超硬陶瓷球、钢纤维材料均呈梯度分布,从面层至背层,超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的配比依次递减,钢纤维的体积掺量依次递增;超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的重量比分别为面层0.5~0.8、中间层0.1~0.6、背层0,面层钢纤维体积掺量为1.0%~2.0%、中间层钢纤维体积掺量为2.0%~5.0%、背层钢纤维体积掺量为5.0%~6.0%;按重量百分比计,所述基体胶浆混合料包括以下组分:硅酸盐水泥40~50%、石英砂25~35%、硅灰5~10%、偏高岭土2~4%、矿粉2~4%、水12~15%、膨胀剂1~2%、SP保水剂0.1~0.2%、减水剂1.2~1.6%。
2.根据权利要求1所述的新型梯度工程材料,其特征是:其硅酸盐水泥的强度等级为52.5或以上。
3.根据权利要求1所述的新型梯度工程材料,其特征是:其石英砂粒径在50~200目。
4.根据权利要求1所述的新型梯度工程材料,其特征是:其减水剂为缓凝型聚羧酸系高效减水剂溶液,减水率不小于35%,含水率为58~62%。
5.根据权利要求1所述的新型梯度工程材料,其特征是:其其抗压强度不小于110MPa,抗弯强度不小于30MPa,28天龄期氯离子扩散系数指标为DRCM≤1.0×10-12m2/s。
6.一种权利要求1~5中任一权利要求所述的新型梯度工程材料的制备方法,其特征是:其包括以下步骤:
步骤1、背层的制备:第一、按照背层体积计算出基体胶浆混合料各组分用量以及钢纤维用量,并称量好备用;第二、按配比将硅酸盐水泥、硅灰、偏高岭土、矿粉、石英砂依次倒入立式搅拌设备料斗,启动搅拌设备干拌3~4分钟充分混合,加入膨胀剂、SP保水剂、减水剂和水后继续搅拌4分钟以上至混合均匀;第三、将基体胶浆混合料分批次投入模腔内,待模腔底层铺满20~30mm厚混合料时,开始将钢纤维分批次均匀铺洒在混合料上,并用高频平板振捣装置将钢纤维振入混合料中,而后每铺满20~30mm厚混合料时重复钢纤维铺洒和高频平板振捣装置振入钢纤维的过程,使钢纤维在混合料中分布均匀,直至背层浇筑完毕;第四、背层浇注完毕后迅速使用薄膜覆盖表层;
步骤2、中间层的制备:第一、按照中间层体积计算出基体胶浆混合料各组分用量以及钢纤维和陶瓷球用量,并称量好备用;第二、按配比将水泥、硅灰、偏高岭土、矿粉、石英砂依次倒入立式搅拌设备料斗,启动搅拌设备干拌3~4分钟充分混合,加入膨胀剂、SP保水剂、减水剂和水后继续搅拌4分钟以上至混合均匀;第三、将钢纤维分多次加入到正在搅拌的基体胶浆混合料中,继续搅拌直至纤维均匀分布于混合料中;第四、将陶瓷球倒入正在搅拌的基体胶浆混合料中,继续搅拌直至陶瓷球均匀分布于混合料中;第五、揭开背层表面的薄膜,将混合料分批次投入模腔内,用高频平板振捣装置振捣,使该层分布均匀,表面基本平整即可;第六、中间层浇注完毕后迅速使用薄膜覆盖表层;
步骤3、面层的制备:第一、按照面层体积计算出基体胶浆混合料各组分用量以及钢纤维和陶瓷球用量,并称量好备用;第二、按配比将水泥、硅灰、偏高岭土、矿粉、石英砂依次倒入立式搅拌设备料斗,启动搅拌设备干拌3~4分钟充分混合,加入膨胀剂、SP保水剂、减水剂和水后继续搅拌4分钟以上至混合均匀;第三、将钢纤维分多次加入到正在搅拌的基体胶浆混合料中,继续搅拌直至纤维均匀分布于混合料中;第四、将陶瓷球倒入正在搅拌的基体胶浆混合料中,继续搅拌直至陶瓷球均匀分布于混合料中;第五、揭开背层表面的薄膜,将混合料分批次投入模腔内,用高频平板振捣装置振捣,使该层分布均匀,表面基本平整即可;第六、面层浇注完毕后进行表面抹平,而后使用薄膜覆盖。
7.根据权利要求6所述的新型梯度工程材料的制备方法,其特征是:其中间层为一层或多层,每层的制备过程基本相同,每层制作厚度≥60mm。
8.一种实施权利要求6所述方法的新型梯度工程材料制备用高频平板振捣装置,其特征是:其包括振动头、振动杆和电镐,所述振动头一端设有圆形平板,另一端设有圆柱体,圆柱体内开设有轴向盲孔,外部沿圆柱体径向对称开设有两个限位孔,振动头与圆形平板、圆柱体均通过圆弧过渡连接;所述振动杆为实芯结构,一端设有横截面为六方形的限位接头,限位接头的中部设有一环形限位槽,限位接头插入振动头的圆柱体的轴向盲孔中,且通过两个限位孔内分别安装的两个限位螺钉顶紧限位槽连接紧固,振动杆另一端为中部横截面为六方形、两端部横截面为圆柱形的电镐接头,电镐接头插入电镐的夹头孔内安装固定。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant |