CN113293502B - 一种管状多层间隔织物增强复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种管状多层间隔织物增强复合材料，由一体成型管状间隔织物与混凝土复合而成，各层织物由螺旋交织的轴向纱线和圆周方向纱线按照一定规律交织形成；圆周方向纱线穿过每组轴向纱线的螺旋交织孔，沿z向螺旋上升；间隔丝交替穿过各层交织孔，沿z向螺旋上升。该种管状间隔织物为一体成型，层间有长丝连续连接，形成具有一定壁厚的三维一体管状结构织物，混凝土浇筑于管状织物层间，织物可起到约束增强混凝土的作用，其增强混凝土管的承载承压能力很强，可有效提高承载承压能力50％以上，且不易开裂解体，安全系数更高。另外，管状间隔织物可以起到抑制开裂，减少裂纹扩展，可提高混凝土管的使用寿命。

Description

一种管状多层间隔织物增强复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及高性能纤维增强复合材料，特别涉及一种管状多层间隔织物增强复合材料的制备方法。
背景技术
混凝土以其可靠、价廉以及良好的力学性能，已经成为世界上最广泛使用的建筑材料，但是也有明显的弱点，就是脆性，容易开裂破碎。管状混凝土是常见的混凝土建材形式。
为了克服上述缺陷，目前有增强措施的管状混凝土，所采用的增强形式以纤维和钢筋结构为常见形式：纤维不连续，增强效果有限；钢筋易腐蚀，且质量较大。3)也有采用织物增强混凝土柱，例如在CN201810361988.2(一种织物混凝土组合砌块及制备方法)中将织物拼接成单层管，用于增强混凝土柱，但由于拼接部分不连续，是承载的薄弱环节；也有采用一体成型管状织物增强混凝土(202010453945.4)，但仅采用单层管状织物作为增强体，未能实现多层管状织物的增强作用；也有专利(201921953501.6)公开了织物增强管状混凝土，采用嵌套管状织物的形式增强混凝土，以单层管形式存在，各个织物套管之间仅通过填充物连接，但无实质性纤维连接，因此整体结构的稳定性有限。
发明内容
本发明提供一种管状多层间隔织物增强复合材料的制备方法。
一种管状多层间隔织物增强复合材料，由一体成型管状间隔织物与混凝土复合而成，管状间隔织物的内外面在混凝土管内外面位置。
管状间隔织物是由各层织物和间隔丝构成；各层织物由螺旋交织的轴向纱线和圆周方向纱线按照一定规律交织形成；圆周方向纱线穿过每组轴向纱线的螺旋交织孔，沿z向螺旋上升；间隔丝交替穿过各层交织孔，沿z向螺旋上升。
间隔织物层数依据实际混凝土管的壁厚需求确定，如1-5层。
圆周方向纱线沿z方向等间距螺旋排列；
轴向纱线沿圆周方向等间距排列，且每组不少于2根长丝；
间隔丝沿圆周方向交替穿过各层螺旋交织孔，且总体沿轴向螺旋上升。
各层织物中各组长丝2的间距为1-100mm，长丝2的螺距为1-100mm；
各层织物间间距为2-20cm。
圆周方向纱线和轴向纱线选用高模长丝，优选玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维等无机长丝形成的长丝束，以便使得面层具有较好的增强效果和抑制开裂的效果；
间隔丝选用粗旦高模长丝，优选POM、UHMEPE、PET、PP等有机长丝，以便起到支撑各织物层的作用，发挥整体增强混凝土的功能。
圆周方向纱线和轴向纱线的直径为0.1-1mm，间隔丝的直径为圆周方向纱线直径的2-5倍。
管状多层间隔织物成型方法为：
(1)按顺时针方向，圆周方向纱线依次穿过同一层的每组轴向纱线中间，以保证圆周方向纱线位于螺旋交织孔中；
(2)按顺时针方向，间隔丝从内往外或者从外往内，依次穿过下一层中的一组轴向纱线中间，以保证间隔丝位于螺旋交织孔中；
(3)当圆周方向纱线或者间隔丝穿过一组轴向纱线之后，该组轴向纱线螺旋交织一定次数，以待下次圆周方向纱线或间隔丝经过，进行下一轮螺旋交织；
(4)按以上方式，循环往复，最终形成管状多层间隔织物。
上述管状多层间隔织物增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：制备管状多层间隔织物，在织物层间浇注混凝土，脱模、养护得成品。
该种管状间隔织物为一体成型，不存在接头，层间有长丝连续连接，形成具有一定壁厚的三维一体管状结构织物，无论在轴向还是径向，其整体性更好，混凝土浇筑于管状织物层间，织物可起到约束增强混凝土的作用，由于长丝沿管状的圆周方向和长轴方向保持连续，因此其增强混凝土管的承载承压能力很强，可有效提高承载承压能力50％以上，且不易开裂解体，安全系数更高。另外，管状间隔织物可以起到抑制开裂，减少裂纹扩展，可提高混凝土管的使用寿命。无机长丝和有机长丝在增强混凝土中具有不同的优势，无机长丝具有高抗拉强度和高弹性模量、化学性质稳定、与混凝土结合良好等特点，有机长丝易于大角度弯折则，可改善混凝土的抗裂性、热稳定性等特点。本发明中圆周方向纱线和轴向纱线选择玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维形成的长丝束，间隔丝选择POM、UHMEPE、PET、PP等有机长丝，可以更好地提高混凝土的性能，并且长丝的直径也会影响混凝土的力学性能，直径过大会影响整体性，过小也起不到增强的效果，本发明选定圆周方向纱线和轴向纱线的直径为0.1-1mm，间隔丝的直径为圆周方向纱线直径的2-5倍，以实现更好的混凝土性能。并且还可以根据不同需求，通过调整间隔织物的层数来调整管壁的厚度，用于不同的环境中。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为复合材料结构示意图；
图2为管状间隔织物示意图；
图3为图2中虚线方框处的结构放大图；
图4为多层孔眼状管状间隔结构；
图5为管状间隔织物内外面层结构；
图6为两层管状间隔织物剖面图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是图2中一体成型管状圆形间隔织物与混凝土复合而成，管状圆形间隔织物的内外面在混凝土管内外面位置；
图2管状圆形间隔织物是由各层织物和间隔丝3构成；各层织物由螺旋交织的z向长丝2和圆周方向丝1按照一定规律交织形成；长丝1穿过每组长丝2的螺旋交织孔，沿z向螺旋上升；间隔丝3交替穿过各层交织孔，沿z向螺旋上升。
间隔织物层数(图4中的m)依据实际混凝土管的壁厚需求确定，此处以两层为例。
间隔织物中长丝1每隔一定数量(图4中的n)穿过长丝2的螺旋交织孔后，再次穿过同一组长丝2的螺旋交织孔，此处以依次穿过长丝2的螺旋交织孔为例，即n＝0。混凝土浇筑到间隔管状织物的间隔层后，得到管状间隔织物增强水泥基材料。
长丝1为圆周方向纱线，沿z方向等间距螺旋排列；
长丝2为轴向纱线，沿圆周方向等间距排列，且每组不少于2根长丝；
长丝3为间隔丝，沿圆周方向交替穿过各层螺旋交织孔，且总体沿轴向螺旋上升。
各层织物中各组长丝2的间距为1-100mm，长丝2的螺距为1-100mm；
各层织物间间距2-20cm。
长丝1和长丝2选用高模长丝，优选玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维等形成的长丝束，以便使得面层具有较好的增强效果和抑制开裂的效果；
长丝3选用粗旦高模长丝，优选POM、UHMEPE、PET、PP等有机长丝，以便起到支撑各织物层的作用，发挥整体增强混凝土的功能。
圆周方向纱线和轴向纱线的直径为0.1-1mm，间隔丝的直径为圆周方向纱线直径的2-5倍。
管状多层间隔织物成型方法为：
(1)按顺时针方向，圆周方向纱线依次穿过同一层的每组轴向纱线中间，以保证圆周方向纱线位于螺旋交织孔中；
(2)按顺时针方向，间隔丝从内往外或者从外往内，依次穿过下一层中的一组轴向纱线中间，以保证间隔丝位于螺旋交织孔中；
(3)当圆周方向纱线或者间隔丝穿过一组轴向纱线之后，该组轴向纱线螺旋交织一定次数，以待下次圆周方向纱线或间隔丝经过，进行下一轮螺旋交织；
(4)按以上方式，循环往复，最终形成管状多层间隔织物。
上述管状多层间隔织物增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：制备管状多层间隔织物，在织物层间浇注混凝土，脱模、养护得成品。
实施例1
长丝1和长丝2选择玻璃纤维形成的长丝，长丝3选择PP长丝。长丝1、2的直径为0.4mm，长丝3的直径为1.6mm，长丝2的间距为3mm，长丝2的螺距为3mm；各层织物间间距为10cm。m＝2,n＝0；按照GB/50081-2002进行强度检测，抗压强度可达50MPa。
实施例2
长丝1和长丝2选择碳纤维形成的长丝，长丝3选择PP长丝。长丝1、2的直径为0.3mm，长丝3的直径为1.5mm，长丝2的间距为5mm，长丝2的螺距为5mm；各层织物间间距为15cm。m＝3,n＝1；按照GB/50081-2002进行强度检测，抗压强度可达45MPa。
对比例1
按照实施例1的尺寸浇注混凝土，不采用织物增强，按照GB/50081-2002进行强度检测，抗压强度为31MPa。
对比例2
各层织物间间距为30cm，其余与实施例1相同，按照GB/50081-2002进行强度检测，抗压强度为35MPa。
对比例3
长丝1、长丝2选择POM长丝，其余与实施例1相同，按照GB/50081-2002进行强度检测，抗压强度为36MPa。
对比例4
长丝1、2的直径为1.6mm，其余与实施例1相同，按照GB/50081-2002进行强度检测，抗压强度为38MPa。
对比例5
长丝3的直径为2.5mm，其余与实施例1相同，按照GB/50081-2002进行强度检测，抗压强度为37MPa。
对比例6
长丝1、2的直径为0.2mm，其余与实施例1相同，按照GB/50081-2002进行强度检测，抗压强度为33MPa。
从以上实施例和对比例可以看出，多层管状间隔织物结构是目前未被采用的一种织物结构，其在管状成型方面具有一体连续成型的特点，是具有一定厚度的管状织物，整体性具有很大优势，且该种结构可以形成厚度较大的多层孔眼状管状间隔织物。
采用多层管状间隔织物增强混凝土管，可有效增强混凝土管的承载承压能力，抑制混凝土开裂，不易因开裂解体，提高了安全系数和使用寿命，且混凝土管的壁厚调控灵活，适应性强。并且长丝通过选择特定的无机或有机长丝，以及特定的直径及比例，抗压强度可提高50％以上。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种管状多层间隔织物增强复合材料，其特征在于，由一体成型管状多层间隔织物与混凝土复合而成，管状间隔织物的内外面在混凝土管内外面位置，各层织物由螺旋交织的轴向纱线和圆周方向纱线按照一定规律交织形成；圆周方向纱线穿过每组轴向纱线的螺旋交织孔，沿z向螺旋上升；间隔丝交替穿过各层交织孔，沿z向螺旋上升，圆周方向纱线和轴向纱线为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维形成的长丝束，间隔丝为POM、UHMEPE、PET、PP长丝，圆周方向纱线和轴向纱线的直径为0.1-1mm，间隔丝的直径为圆周方向纱线直径的2-5倍；
其成型方法包括以下步骤：
(1)按顺时针方向，圆周方向纱线依次穿过同一层的每组轴向纱线中间，以保证圆周方向纱线位于螺旋交织孔中；
(2)按顺时针方向，间隔丝从内往外或者从外往内，依次穿过下一层中的一组轴向纱线中间，以保证间隔丝位于螺旋交织孔中；
(3)当圆周方向纱线或者间隔丝穿过一组轴向纱线之后，该组轴向纱线螺旋交织一定次数，以待下次圆周方向纱线或间隔丝经过，进行下一轮螺旋交织；
(4)按以上方式，循环往复，最终形成管状多层间隔织物。
2.根据权利要求1所述的一种管状多层间隔织物增强复合材料，间隔织物层数为1-5层。
3.根据权利要求1所述的一种管状多层间隔织物增强复合材料，圆周方向纱线沿z方向等间距螺旋排列；轴向纱线沿圆周方向等间距排列，且每组不少于2根长丝；间隔丝沿圆周方向交替穿过各层螺旋交织孔，且总体沿轴向螺旋上升。
4.根据权利要求1所述的一种管状多层间隔织物增强复合材料，各层织物中各组轴向纱线的间距为1-100mm，轴向纱线的螺距为1-100mm；各层织物间间距为2-20cm。
5.权利要求1所述的一种管状多层间隔织物增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：制备管状多层间隔织物，在织物层间浇注混凝土，脱模、养护得成品。
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