CN113843890A - 一种超材料混凝土构件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超材料混凝土构件及其制备方法，涉及混凝土工程领域，制备得到的板构件可以解决当前工程中隔震设施安装困难、隔震效率受限的问题。本发明采用分层浇筑的方式制备出钢筋混凝土基体和削波区域体，钢筋混凝土基体内部包裹削波区域体，削波区域体内部采用随机分布或者沿构件长宽高三个方向周期性分布的形式布置削波振子。削波振子为单振子、双振子或金属壳包裹单振子中的一种，结构形式为软材料包裹层、金属壳或金属球两两粘结组成的球形削波振子。本发明通过对削波振子参数和尺寸进行匹配，对削波区域体的削波振子级配进行优化，可以在很宽的频段内实现对荷载进行针对性隔震设计。

Description

一种超材料混凝土构件及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种超材料混凝土构件及其制备方法，属于混凝土工程技术领域。

背景技术

地震、恐怖袭击等事件使得混凝土工程面临爆炸荷载作用及地冲击。而地冲击引起的结构震动不仅会对工程内部的人员造成伤亡，还会使工程内的仪器、设备出现不同程度的损坏。目前，混凝土工程中主要以钢丝绳隔震器和橡胶隔震器为耗能元件来进行减震设计，这类型的隔震方式并不能对工程可能面临的特有荷载进行针对性设计，隔震效率比较受限。

与传统隔震方式不同，应用某些超材料可以在相对宽的频段上实现隔震，但目前这些超材料的结构设计和制备工艺限制了其在大尺寸上的应用，同时制备工艺复杂，难以应用到实际混凝土工程中。

因此，亟需通过发展新技术来提高混凝土工程的隔震性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种超材料混凝土构件及其制备方法，该结构可产生隔震带隙，实现震动抑制，具有高效隔震性能。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种超材料混凝土构件，包括：钢筋混凝土基体和包裹在所述钢筋混凝土基体中的削波区域体；所述削波区域体为以构件体心为中心点、内部布置削波振子的局部立方体区域。

进一步的，所述削波区域体至构件边缘的距离不小于钢筋保护层厚度、受力钢筋直径以及分布钢筋或箍筋直径三者之和；所述削波振子的分布形式为随机分布或者沿构件长宽高三个方向周期性分布。

进一步的，所述削波振子为单振子、双振子或金属壳包裹单振子中的任意一种或多种。

进一步的，所述单振子为球形削波振子，包括软材料包裹层与粘结包裹在所述软材料包裹层中的金属球；所述单振子的直径不大于所述削波区域体的最小尺寸，所述软材料包裹层厚度为金属球半径的1/8～2/5。

进一步的，所述双振子为球形削波振子，包括从外到内两两粘结依次设置的第一层软材料包裹层、第二层金属壳、第三层软材料包裹层和第四层金属球；

所述双振子的直径不大于所述削波区域体的最小尺寸，所述第一层软材料包裹层、第二层金属壳和第三层软材料包裹层的厚度均为所述第四层金属球半径的1/3～1/6。

进一步的，所述金属壳包裹单振子为球形削波振子，包括从外到内两两粘结依次设置的第一层金属壳、第二层软材料包裹层和第三层金属球；

所述金属壳包裹单振子的直径不大于所述削波区域体的最小尺寸，所述第一层金属壳的厚度为第三层金属球半径的1/6～1/9，所述第二层软材料包裹层的厚度为第三层金属球半径的1/8～2/5。

第二方面，本发明提供一种制备超材料混凝土构件的方法，包括如下步骤：

对削波振子进行界面处理；

在模具中涂刷脱模剂，布放下层钢筋；浇筑第一层混凝土，浇筑厚度为削波区域体在高度方向上距离构件边缘的距离；将混凝土振捣抹平后，做拉毛处理，等待第一层混凝土初凝；

待第一层混凝土具有了一定强度后，制备削波区域体部分的混凝土；

浇筑最后一层混凝土至构件高度，并将上层钢筋在浇筑过程中放置在特定的高度；

对构件进行拆模、养护后，完成制备。

进一步的，所述削波振子为单振子、双振子或金属壳包裹单振子中的一种或多种；

对削波振子进行界面处理的方法包括：

对单振子、双振子采用水洗的方式进行界面处理，对金属壳包裹单振子采用泥浆浸泡的方式进行界面处理。

进一步的，所述超材料混凝土构件的削波振子的分布形式为沿构件长宽高三个方向周期性分布；

制备削波区域体部分的混凝土的方法包括以下步骤：

步骤A：在已浇筑的混凝土上利用定位板布放一层的削波振子；随后，浇筑该层混凝土，浇筑厚度为削波振子在高度方向上的周期单元尺寸；采用平板振捣的方式进行振捣，随后进行抹平、拉毛处理、等待初凝；

步骤B：待已浇筑的上一层混凝土具备一定强度后，重复步骤A直到削波区域体部分的混凝土的厚度达到削波区域体的厚度。

进一步的，所述超材料混凝土构件的削波振子的分布形式为随机分布；

制备削波区域体部分的混凝土的方法包括以下步骤：

在已浇筑的混凝土上放置削波区域体模具，在削波区域体以外的空间内浇筑第二层混凝土，浇筑厚度为削波区域体的高度；对第二层混凝土进行振捣和抹平。

将混凝土中的粗骨料替换为削波振子，制成超混凝土；

采用塑料材质工具对所述超混凝土进行搅拌、浇筑，保证浇筑完成后削波区域体与第二层混凝土的高度相同；

拆除削波区域体模具，对第二层混凝土和削波区域体的混凝土一起进行平板振捣、抹平、拉毛。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

1、本发明提供的超材料混凝土构件包括削波区域体；削波区域体为以构件体心为中心点、内部布置削波振子的局部立方体区域，在承受到震动荷载时，削波振子对砂浆基体中的能量进行吸收从而实现抑制板体震动的效果，该结构可产生隔震带隙，实现震动抑制；

2、削波区域体的尺寸设计可以避免构件因为保护层过薄导致开裂问题，同时避免因削波振子分布区域过大，对支座处的承载造成不利影响。

3、本发明针对板体使用的震动环境特点，设计具有不同振动特性的削波振子，在结构组成上借鉴了小尺寸的声学超材料，将常规混凝土中的粗骨料替换为削波振子；在承受到震动荷载时，近似于弹簧的软材料包裹层将使得金属壳和金属球可以发生反复振荡，进而使得削波振子对砂浆基体中的能量进行吸收从而实现抑制板体震动的效果；

4、本发明的单振子和双振子除了因具有的波阻抗不匹配特性可使应力波在板体内进行多次反射耗散的优势之外，还分别具有制备简单和减震频段多的特点，金属壳包裹单振子在损失了波阻抗不匹配的优势后，提高了超材料混凝土构件的承载能力；削波振子的尺寸设计可以在满足减震性能的同时，使得每层材料的尺寸相匹配，实现较优设计；

5、本发明在制备超材料混凝土构件时，可以通过节点设计等方式实现多个构件之间的连接，结合装配作业实现装配式结构的建设，这可以避免因安装维护隔震器所带来的施工周期长与成本高的问题，在大幅提高工程建造效率的同时，可以更好地适用于各类复杂的混凝土工程建设环境；

6、本发明的削波振子随机分布和周期性分布两种制备方法，在均可以满足所制备的构件具有较强减震性能的同时，还分别具有制备方式便捷和减震性能优异的特点，可以针对不同的使用环境进行选择。

7、本发明通过削波振子克服现有隔震技术中对特定震动荷载缺乏针对性、隔震效率受限，以及声学超材料中制备工艺复杂、结构尺寸受限的缺点，该结构可在需要的多个频段内产生隔震带隙，实现震动抑制，且可以制备成装配式构件进行快速安装、使用。

附图说明

图1为超材料混凝土构件的整体示意图；

图2为超材料混凝土构件的内部构造示意图；

图3为单振子示意图；

图4为金属壳包裹单振子示意图；

图5为双振子示意图；

图6为实施例1中超材料混凝土试块的传递函数曲线，阴影为隔震带隙；

图7为实施例3中超材料混凝土构件的传递函数曲线，阴影为隔震带隙。

图中：

1、钢筋混凝土基体；2、削波区域体；3、削波振子；4、受力钢筋；5、分布钢筋；6、软材料包裹层；7、金属球；8、第一层金属壳；9、第二层软材料包裹层，10、第三层金属球；11、第一层软材料包裹层；12、第二层金属壳；13、第三层软材料包裹层；14、第四层金属球。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供一种超材料混凝土构件，包括：钢筋混凝土基体1和包裹在所述钢筋混凝土基体1中的削波区域体2；所述削波区域体2为以构件体心为中心点、内部布置削波振子3的局部立方体区域。

实施原理：本实施例提供的超材料混凝土构件包括削波区域体2；削波区域体2为以构件体心为中心点、内部布置削波振子3的局部立方体区域，在承受到震动荷载时，削波振子3对砂浆基体中的能量进行吸收从而实现抑制板体震动的效果，该结构可产生隔震带隙，实现震动抑制。本实施例的超材料混凝土构件一般作为板构件使用，板型构件作为混凝土工程中常见的构件形式之一，在制备超材料混凝土板时，可以通过节点设计等方式实现多个构件之间的连接，结合装配作业实现装配式结构的建设。这可以避免因安装维护隔震器所带来的施工周期长与成本高的问题，在大幅提高工程建造效率的同时，可以更好地适用于各类复杂的混凝土工程建设环境。

实施例二：

如附图2所示，本实施例提供一种超材料混凝土构件，包括：钢筋混凝土基体1和削波区域体2。钢筋混凝土基体1内部包裹削波区域体2。

削波区域体2为以板构件体心为中心点、内部布置削波振子3的局部立方体区域。削波区域体2至构件边缘的距离为钢筋保护层厚度、受力钢筋4直径和分布钢筋5直径三者之和。削波区域体2中削波振子3的分布形式为沿构件长宽高三个方向周期性分布。削波区域体2的尺寸要求可以避免构件因为保护层过薄导致开裂问题，同时避免因削波振子3分布区域过大，对支座处的承载造成不利影响。削波振子3的尺寸要求可以在满足减震性能的同时，使得每层材料的尺寸相匹配，实现较优设计。

如图3所示，削波振子3为单振子，单振子为软材料包裹层6与金属球7粘结组成的球形削波振子3。单振子的直径不大于所述削波区域体2的最小尺寸，所述软材料包裹层6厚度为金属球7半径的1/8～2/5。优选的，单振子的直径为22mm，软材料包裹层6厚度为金属球7半径的3/8。

本实施例的超材料混凝土构件制备方法，包括如下步骤：

（1）对单振子采用水洗的方式进行界面处理，以增强削波振子3与砂浆的粘结性能，提高混凝土的强度。

（2）在模具中涂刷脱模剂，布放下层钢筋。浇筑第一层混凝土，浇筑厚度为削波区域体2在高度方向上距离构件边缘的距离。将混凝土振捣抹平后，做拉毛处理，随后等待初凝。

（3）待第一层混凝土具有了一定强度，可以避免浇筑过程中削波振子3下沉的问题出现后，利用亚克力定位板布放削波振子3。随后谨慎地浇筑第二层混凝土，浇筑厚度为削波振子3在高度方向上的周期单元尺寸。采用平板振捣的方式进行振捣，随后进行抹平、拉毛处理、等待初凝。

（4）待第二层混凝土具备一定强度后，采用与步骤（3）相同的方式分别分层浇筑其他混凝土层，并将上层钢筋在浇筑过程中放置在特定的高度。

（5）对构件进行拆模、养护后，完成制备。

下面限定超材料混凝土试块的参数，测试其在不同频率震动荷载下的传递函数，说明削波区域体2中布放不同削波振子3后对震动的抑制效果。取超材料混凝土试块的尺寸为150mm×150mm×150mm，削波区域体2的尺寸为122mm×122mm×122mm，水泥砂浆的配比为P·O 42.5级水泥：普通河砂：水=1:1:0.36，削波区域体2沿长宽高三个方向周期性分布3×3×3颗单振子，每个周期单元的尺寸为50mm×50mm×50mm，软材料包裹层6的材料为硅橡胶，厚度为2mm，密度为1722 kg/m3，弹性模量为2.97 MPa，泊松比为0.47，金属球7的材料为钢，半径为9mm，密度为8327 kg/m3，弹性模量为210 GPa，泊松比为0.30。在削波区域体2两端，扫频试验测得的传递函数曲线见图6，阴影部分为超材料混凝土试块的隔震带隙，带隙的中心频率约为993 Hz，在该频段内应力波和震动荷载将被抑制。

由此可以看出，超材料混凝土板在结构组成上借鉴了小尺寸的声学超材料，将常规混凝土中的粗骨料替换为削波振子3。在承受到震动荷载时，近似于弹簧的软材料包裹层6将使得金属壳和金属球7可以发生反复振荡，进而使得削波振子3对砂浆基体中的能量进行吸收从而实现抑制板体震动的效果。单振子除了因具有的波阻抗不匹配特性可使应力波在板体内进行多次反射耗散的优势之外，还分别具有制备简单和减震频段多的特点。

削波区域体2中削波振子3的分布形式为周期性分布具有减震性能优异的特点，可以针对不同的使用环境进行选择。

实施例三：

本实施例提供一种超材料混凝土构件，其与实施例二不同之处在于，削波区域体2中削波振子3的分布形式为随机分布，削波振子3为金属壳包裹单振子。

如图4所示，金属壳包裹单振子为球形振子，包括从外到内两两粘结依次设置的第一层金属壳8、第二层软材料包裹层9和第三层金属球10；金属壳包裹单振子的直径不大于所述削波区域体2的最小尺寸，所述第一层金属壳8的厚度为第三层金属球10半径的1/6～1/9，所述第二层软材料包裹层9的厚度为第三层金属球10半径的1/8～2/5。优选地，金属壳包裹单振子的直径为25mm，第一层金属壳8厚度为第三层金属球10半径的1/6，第二层软材料包裹层9厚度为第三层金属球10半径的2/9。

本实施例的超材料混凝土构件制备方法，包括如下步骤：

（1）对金属壳包裹单振子采用泥浆浸泡的方式进行界面处理，以增强削波振子3与砂浆的粘结性能，提高混凝土的强度。

（2）在模具中涂刷脱模剂，布放下层钢筋。浇筑第一层混凝土，浇筑厚度为削波区域体2在高度方向上距离构件边缘的距离。将混凝土振捣抹平后，做拉毛处理，随后等待初凝。

（3）放置削波区域体2模具，在削波区域体2以外的空间内浇筑第二层混凝土，浇筑厚度为削波区域体2的高度。对第二层混凝土进行振捣和抹平。

（4）将粗骨料替换为削波振子3后，采用塑料材质工具对特定体积的超混凝土进行搅拌、浇筑，保证浇筑完成后削波区域体2与第二层混凝土的高度相同。随后拆除削波区域体2模具，对第二层混凝土和削波区域体2的混凝土一起进行平板振捣、抹平、拉毛。

（5）浇筑最后一层混凝土至构件高度，并将上层钢筋在浇筑过程中放置在特定的高度。

（6）对构件进行拆模、养护后，完成制备。

超材料混凝土板在结构组成上借鉴了小尺寸的声学超材料，将常规混凝土中的粗骨料替换为削波振子3。在承受到震动荷载时，近似于弹簧的软材料包裹层6将使得金属壳和金属球7可以发生反复振荡，进而使得削波振子3对砂浆基体中的能量进行吸收从而实现抑制板体震动的效果。金属壳包裹单振子在损失了波阻抗不匹配的优势后，提高了超材料混凝土板的承载能力。

削波区域体2中削波振子3的分布形式为随机分布具有制备快捷的特点，可以针对不同的使用环境进行选择。

实施例四：

本实施例提供一种超材料混凝土构件，其与实施例二不同之处在于，削波区域体2中削波振子3的分布形式为随机分布，削波振子3为双振子。

如图5所示，双振子为球形振子，包括从外到内两两粘结依次设置的第一层软材料包裹层11、第二层金属壳12、第三层软材料包裹层13和第四层金属球14；所述双振子的直径不大于所述削波区域体2的最小尺寸，所述第一层软材料包裹层11、第二层金属壳12和第三层软材料包裹层13的厚度均为所述第四层金属球14半径的1/3～1/6。优选的，所述双振子的直径为22mm，第一层软材料包裹层11厚度为第四层金属球14半径的1/3，第二层金属壳12厚度为第四层金属球14半径的1/6，第三层软材料包裹层13厚度为第四层金属球14半径的1/3。

本实施例的削波振子3分布形式为随机分布的超材料混凝土构件制备方法，包括如下步骤：

（1）对双振子采用水洗的方式进行界面处理，以增强削波振子3与砂浆的粘结性能，提高混凝土的强度。

（2）在模具中涂刷脱模剂，布放下层钢筋。浇筑第一层混凝土，浇筑厚度为削波区域体2在高度方向上距离构件边缘的距离。将混凝土振捣抹平后，做拉毛处理，随后等待初凝。

（3）放置削波区域体2模具，在削波区域体2以外的空间内浇筑第二层混凝土，浇筑厚度为削波区域体2的高度。对第二层混凝土进行振捣和抹平。

（4）将粗骨料替换为削波振子3后，采用塑料材质工具对特定体积的超混凝土进行搅拌、浇筑，保证浇筑完成后削波区域体2与第二层混凝土的高度相同。随后拆除削波区域体2模具，对第二层混凝土和削波区域体2的混凝土一起进行平板振捣、抹平、拉毛。

（5）浇筑最后一层混凝土至构件高度，并将上层钢筋在浇筑过程中放置在特定的高度。

（6）对构件进行拆模、养护后，完成制备。

下面限定超材料混凝土构件的参数，测试其在不同频率震动荷载下的传递函数，说明削波区域体2中布放不同削波振子3后对震动的抑制效果。取超材料混凝土构件的尺寸为1200mm×500mm×150mm，削波区域体2的尺寸为448mm×504mm×99mm，水泥砂浆的配比为P·O 42.5级水泥：普通河砂：水=1:1:0.36，受力钢筋4和分布钢筋5均选用HRB 400，直径为8mm，分布间距分别为100mm和450mm，采用双层配筋的形式，混凝土保护层厚度为15mm。削波区域体2随机分布864颗双振子，第一层软材料包裹层11的材料为硅橡胶，厚度为2mm，密度为1722 kg/m3，弹性模量为2.97 MPa，泊松比为0.47，第二层金属壳12的材料为钢，厚度为1mm，密度为8327 kg/m3，弹性模量为210 GPa，泊松比为0.30，第三层软材料包裹层13的材料为硅橡胶，厚度为2mm，密度为1722 kg/m3，弹性模量为2.97 MPa，泊松比为0.47，第四层金属球14的材料为钢，半径为6mm，密度为8327 kg/m3，弹性模量为210 GPa，泊松比为0.30。在削波区域体2两端，扫频试验测得的传递函数曲线见图7，阴影部分为超材料混凝土构件的隔震带隙，与单振子相比，可以看出双振子产生了两个带隙，中心频率分别为436 Hz和2109 Hz，代表在这两个频段内应力波和震动荷载将被抑制。

双振子和单振子一样，除了因具有的波阻抗不匹配特性可使应力波在板体内进行多次反射耗散的优势之外，还分别具有制备简单和减震频段多的特点。

需要强调的是，虽然以上各实施例都只使用一种削波振子3和振子分布形式，在实际工程中，各种削波振子3和振子分布形式是可以混用的，可以根据具体的实施场景进行调整。针对板体使用的震动环境特点，可设计具有不同振动特性的削波振子3。其中，单振子和双振子除了因具有的波阻抗不匹配特性可使应力波在板体内进行多次反射耗散的优势之外，还分别具有制备简单和减震频段多的特点，金属壳包裹单振子在损失了波阻抗不匹配的优势后，提高了超材料混凝土板的承载能力。

在实际工程应用过程中，在对工程可能面临的震动荷载进行分析得到反应谱后，针对性地设计、布置相应级配的单振子、金属壳包裹单振子或双振子，从而使超混凝土构件具备多频段隔震的性能，并将其安装在地板、墙体等位置，实现工程的高效隔震。

另外，振子随机分布和周期性分布两种制备方法，在均可以满足所制备的构件具有较强减震性能的同时，还分别具有制备方式便捷和减震性能优异的特点，可以针对不同的使用环境进行选择。

本发明的构件可应用于板型构建，板型构件作为混凝土工程中常见的构件形式之一，在制备超材料混凝土板时，可以通过节点设计等方式实现多个构件之间的连接，结合装配作业实现装配式结构的建设。这可以避免因安装维护隔震器所带来的施工周期长与成本高的问题，在大幅提高工程建造效率的同时，可以更好地适用于各类复杂的混凝土工程建设环境。

实施例五：

本实施例提供提供一种制备超材料混凝土构件的方法，包括如下步骤：

对削波振子3进行界面处理；

在模具中涂刷脱模剂，布放下层钢筋；浇筑第一层混凝土，浇筑厚度为削波区域体2在高度方向上距离构件边缘的距离；将混凝土振捣抹平后，做拉毛处理，等待第一层混凝土初凝；

待第一层混凝土具有了一定强度后，制备削波区域体2部分的混凝土；

浇筑最后一层混凝土至构件高度，并将上层钢筋在浇筑过程中放置在特定的高度；

对构件进行拆模、养护后，完成制备。

削波振子3为单振子、双振子或金属壳包裹单振子中的一种或多种；可以单独使用某一种削波振子3，亦可以混用。

对削波振子3进行界面处理的方法包括：

对单振子、双振子采用水洗的方式进行界面处理，对金属壳包裹单振子采用泥浆浸泡的方式进行界面处理。

当超材料混凝土构件的削波振子3的分布形式为沿构件长宽高三个方向周期性分布时，制备削波区域体2部分的混凝土的方法包括以下步骤：

步骤A：在已浇筑的混凝土上利用定位板布放一层的削波振子3；随后，浇筑该层混凝土，浇筑厚度为削波振子3在高度方向上的周期单元尺寸；采用平板振捣的方式进行振捣，随后进行抹平、拉毛处理、等待初凝；

步骤B：待已浇筑的上一层混凝土具备一定强度后，重复步骤A直到削波区域体2部分的混凝土的厚度达到削波区域体2的厚度。

当超材料混凝土构件的削波振子3的分布形式为随机分布时，制备削波区域体2部分的混凝土的方法包括以下步骤：

在已浇筑的混凝土上放置削波区域体2模具，在削波区域体2以外的空间内浇筑第二层混凝土，浇筑厚度为削波区域体2的高度；对第二层混凝土进行振捣和抹平。

将混凝土中的粗骨料替换为削波振子3，制成超混凝土；

采用塑料材质工具对所述超混凝土进行搅拌、浇筑，保证浇筑完成后削波区域体2与第二层混凝土的高度相同；

拆除削波区域体2模具，对第二层混凝土和削波区域体2的混凝土一起进行平板振捣、抹平、拉毛。

振子随机分布和周期性分布两种制备方法，在均可以满足所制备的构件具有较强减震性能的同时，还分别具有制备方式便捷和减震性能优异的特点，可以针对不同的使用环境进行选择。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种超材料混凝土构件，其特征在于，包括：钢筋混凝土基体和包裹在所述钢筋混凝土基体中的削波区域体；

所述削波区域体为以构件体心为中心点、内部布置削波振子的局部立方体区域。

2.根据权利要求1所述的超材料混凝土构件，其特征在于，所述削波区域体至构件边缘的距离不小于钢筋保护层厚度、受力钢筋直径以及分布钢筋或箍筋直径三者之和；所述削波振子的分布形式为随机分布或者沿构件长宽高三个方向周期性分布。

3.根据权利要求1所述的超材料混凝土构件，其特征在于，所述削波振子为单振子、双振子或金属壳包裹单振子中的任意一种或多种。

4.根据权利要求3所述的超材料混凝土构件，其特征在于，所述单振子为球形削波振子，包括软材料包裹层与粘结包裹在所述软材料包裹层中的金属球；所述单振子的直径不大于所述削波区域体的最小尺寸，所述软材料包裹层厚度为金属球半径的1/8～2/5。

5.根据权利要求3所述的超材料混凝土构件，其特征在于，所述双振子为球形削波振子，包括从外到内两两粘结依次设置的第一层软材料包裹层、第二层金属壳、第三层软材料包裹层和第四层金属球；

所述双振子的直径不大于所述削波区域体的最小尺寸，所述第一层软材料包裹层、第二层金属壳和第三层软材料包裹层的厚度均为所述第四层金属球半径的1/3～1/6。

6.根据权利要求3所述的超材料混凝土构件，其特征在于，所述金属壳包裹单振子为球形削波振子，包括从外到内两两粘结依次设置的第一层金属壳、第二层软材料包裹层和第三层金属球；

所述金属壳包裹单振子的直径不大于所述削波区域体的最小尺寸，所述第一层金属壳的厚度为第三层金属球半径的1/6～1/9，所述第二层软材料包裹层的厚度为第三层金属球半径的1/8～2/5。

7.一种制备如权利要求1-6任一项所述超材料混凝土构件的方法，其特征在于，包括如下步骤：

对削波振子进行界面处理；

在模具中涂刷脱模剂，布放下层钢筋；浇筑第一层混凝土，浇筑厚度为削波区域体在高度方向上距离构件边缘的距离；将混凝土振捣抹平后，做拉毛处理，等待第一层混凝土初凝；

待第一层混凝土具有了一定强度后，制备削波区域体部分的混凝土；

浇筑最后一层混凝土至构件高度，并将上层钢筋在浇筑过程中放置在特定的高度；

对构件进行拆模、养护后，完成制备。

8.根据权利要求7所述的制备超材料混凝土构件的方法，其特征在于，所述削波振子为单振子、双振子或金属壳包裹单振子中的一种或多种；

对削波振子进行界面处理的方法包括：

对单振子、双振子采用水洗的方式进行界面处理，对金属壳包裹单振子采用泥浆浸泡的方式进行界面处理。

9.根据权利要求7所述的制备超材料混凝土构件的方法，其特征在于，所述超材料混凝土构件的削波振子的分布形式为沿构件长宽高三个方向周期性分布；

制备削波区域体部分的混凝土的方法包括以下步骤：

步骤A：在已浇筑的混凝土上利用定位板布放一层的削波振子；随后，浇筑该层混凝土，浇筑厚度为削波振子在高度方向上的周期单元尺寸；采用平板振捣的方式进行振捣，随后进行抹平、拉毛处理、等待初凝；

步骤B：待已浇筑的上一层混凝土具备一定强度后，重复步骤A直到削波区域体部分的混凝土的厚度达到削波区域体的厚度。

10.根据权利要求7所述的制备超材料混凝土构件的方法，其特征在于，所述超材料混凝土构件的削波振子的分布形式为随机分布；

制备削波区域体部分的混凝土的方法包括以下步骤：

在已浇筑的混凝土上放置削波区域体模具，在削波区域体以外的空间内浇筑第二层混凝土，浇筑厚度为削波区域体的高度；对第二层混凝土进行振捣和抹平；

将混凝土中的粗骨料替换为削波振子，制成超混凝土；

采用塑料材质工具对所述超混凝土进行搅拌、浇筑，保证浇筑完成后削波区域体与第二层混凝土的高度相同；

拆除削波区域体模具，对第二层混凝土和削波区域体的混凝土一起进行平板振捣、抹平、拉毛。

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