CN1324426A - 水硬混凝土薄壁件及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有细水泥基体和至少一个钢丝绒网的薄壁组件,其中网以压缩在一起的形式嵌入水泥基体中。本发明还涉及生产薄壁组件的方法,其步骤为,将至少一个钢丝绒网沿垂直于其主拉伸方向的方向压缩在一起,然后注入细水泥悬浮液,使该悬浮液包住所述网,接着固化悬浮液。

Description

水硬混凝土薄壁件及其生产方法
本发明涉及高强度薄壁水硬混凝土板状件及其生产方法。
以钢纤维网强化的固化水泥砂浆是人们熟知的“渗浆网混凝土(Slurry infiltrated mat concrete)”，下文亦称作为SIMCON。这样的混凝土的生产靠先准备好波特兰水泥、水、砂、细二氧化硅和超强化流态剂的可流动砂浆，然后举例来说，将其注入布置有钢纤维网的模具中，用砂浆充满钢纤维网。固化形成了以钢纤维强化的混凝土。这种混凝土具有很高的塑性和更有利的裂纹分布，与未被强化的混凝土相比，提供了更高的过载强度。SIMCON被用来生产，例如，组件的覆盖层或磨损性模板(美国混凝土学会结构期刊(ACI StructuralJournal),1997,9-10月份，502-512页)。然而，仅相对厚和平的具有最小厚度例如从15至20毫米的组件才能由SIMCON生产，因为钢纤维网相对粗并且较难与新鲜可流动砂浆完全结合。
本发明的一个目的是提供一种高弹性，尤其是在弹性弯曲方面的高弹性以及在钢纤维网强化的固化水泥基础上的高性能的薄壁组件，同时提供一种生产该组件的方法，借助于该方法不仅薄壁的平组件而且具有任何弯曲或有角形状的薄壁组件都能生产。
这些目的通过权利要求1和24的特征达到。本发明的优选实施例由从属于这些独立权利要求的从属权利要求限定。
本发明提供商业用途的钢丝绒压缩网。优选采用不锈钢丝绒网。这种丝绒网具有更高的强度和非常低的氧化速率，因此在有例如水和/或潮湿的情况下能长期耐腐蚀。
不锈钢丝绒由例如No.DIN 1.4113或1.4793材料或不锈钢制造。不同网具有不同细度的纤维；举例来说，选择平均纤维直径0.08mm的网用于制作厚度≤5mm的组件，而较粗者，平均纤维直径在例如0.12mm的则适于更厚的组件。纤维长度在约20mm到几米范围之内；它们的平均长度为几分米。
这种长纤维不锈钢丝绒柔而韧。纤维长度直径比(L/D比)超过1000。因此，这一比值远远高于临界值，在该临界值下，纤维长度增加仍具有改善性能效果。
网非常有弹性且可弯，宽度可达1m，单位面积重量可在例如，从800g/m2到2000g/m2，适于卷成卷。网可用剪刀剪裁。
对本发明来说，优选采用单位面积重量从900到1000g/m2以及平均纤维直径从0.08到0.12mm的不锈钢丝绒。
配合精选的被压缩的呈钢丝绒纤维形式，尤其是不锈钢丝绒的钢丝绒网产品，应用基于超细水泥的悬浮液。
超细水泥是非常优秀的水凝粘合剂，其特征在于它们的化学矿物性组成以及连续并且渐变的颗粒大小分布。它们一般包括常规水泥原料如磨碎的波特兰水泥熟料和/或磨碎的矿渣砂以及凝固调节剂；它们在水泥厂独立的生产车间生产。矿物原材料的各自研磨，关于特别是颗粒大小的非常精细的组分和它们的目标组成的分开，以及颗粒大小的分布，都尤其有利。
使用与例如根据DIN1164的常规标准水泥不同的超细水泥的重要特点是这些粘合剂与对它们最大颗粒的限制一起的相对高的精细度，该精细度通常由占混合物质量95％的颗粒直径报告标定，即d95。
优选使用以矿渣砂或波特兰水泥为基础的超细水泥，其连续及渐变的颗粒大小分布为d95≤24μm，优选≤16μm，以及平均颗粒大小为d50≤7μm，优选≤5μm。通过将它们与水以及至少一种超强化流态剂(这些是高效强化流态剂或流动性改进剂)，另外，尤其是与细二氧化硅和/或颜料和/或惰性矿物材料，例如与超细水泥粒度相同或更小的、经研磨的石灰石和/或石英粉和/或飞尘混合，转换成悬浮液。
细二氧化硅是硅铁生产中得到的产品。它们一般以水悬浮液形式作为高性能水泥的添加剂使用。这种细二氧化硅被称为“稀浆”。实质上，带有硅酸盐添加剂的水泥具有三个独立的作用：
填料作用；
凝硬反应；
混凝料和水泥砂浆间的接触区的增加。
细二氧化硅具有非常小的颗粒直径。它们在约0.1μm的范围内。由于这种特性，它们能够填充水泥颗粒间的空隙。结果，水泥砂浆的捣实密度大大增加。虽然使用的水泥的颗粒直径在＜9.5μm数量级，但细二氧化硅颗粒要大得多，由此起到填料作用。
细二氧化硅的凝硬特性主要由两方面特性决定。首先，它们具有一定比例的活性的、无定形硅质组分，这些组分与水泥水合作用中形成的氢氧化钙起反应。其次，它们有巨大的发生这些反应的比表面积。
对本发明来说，细二氧化硅增加混凝料和水泥砂浆间接触区的作用并未实施，因为使用的根据本发明的悬浮液不含硅质混凝料。
根据本发明，细二氧化硅，举例来说，按重量从10到15％，基于固体含量，以基本包括50％重量的细二氧化硅和50％重量的水(稀浆)的分散形式被加入悬浮液。
基于矿渣砂的超细水泥特别有助于使用于本发明的悬浮液，因为与基于波特兰水泥的超细水泥相比，基于矿渣砂的超细水泥由于其反应性低，要求水含量少和强化流态剂和/或流动性改进剂含量少，以达到低粘性。
特别适合的强化流态剂或流动性改进剂是，举例来说，磺化木质素、萘磺酸盐、密胺磺酸盐、聚羰化物等的超强化流态剂，它们通称为生产超细水泥悬浮液的高效分散剂。
为生产根据本发明的悬浮液，具体利用了以下混合物：
超细水泥：质量百分比为30到100％，特别是50到80％；
强化流态剂或流动性改进剂(液体)：质量百分比0.1到5％，尤其是0.5到4.0％；
强化流态剂或流动性改进剂(粉状)：质量百分比0.1到2.5％，尤其是0.5到1.5％；
细二氧化硅(稀浆)：质量百分比0到30％，尤其是5到15％；
颜料(粉状)：质量百分比0到5％，尤其是1到3％；
惰性矿物材料：质量百分比0到70％，尤其是10到30％；
超细飞尘：质量百分比0到50％，尤其是10到30％；
每一项都基于悬浮液的固体含量。
优选低粘度悬浮液的水/固体比为0.4到0.6。它们的稠度按马什(Marsh)流出时间计为35到75秒。
为配制悬浮液，所需量的水，举例来说，注入混合槽。然后开动混合器并加入强化流态剂或流动性改进剂。先前称出重量的干性材料继之加入。然后混合物被进一步混合及变均匀。
根据本发明的一个优选实施例，本发明的组件用模板生产。为此，具有若干毫米厚度的钢丝绒网优选例如借助于模板元件，以压缩到需要的厚度的形式置于模板间。由于钢丝绒状结构，压缩是可能的，并且压缩能使钢丝绒含量高。多个重叠起来的网可达到任何厚度的强化，包括例如横向强化。
因为网有弹性并可延长，所以它们实际上能满足及被压缩成任何表面形状。它们也可按组件或模具卷绕。网被放入模具，纤维走向与预期的应力方向对应或者如果适当，固定于组件的固定点上，并且通过使用模板元件或第二半模板，在适当压力下被压缩到需要的厚度。该过程示于图1。丝绒1被放入第一模板元件2(步骤a)并且借助于第二模板元件3(箭头P，步骤b)被压缩。
强化(钢丝绒纤维体积比例)程度通过钢丝绒的压实度控制。既然钢丝绒纤维也出现在组件表面，因此采用不锈钢丝绒，尤其是在组件受到腐蚀性介质作用的情况下。令人惊奇的是，即使钢丝绒网被压缩到其交货状态的10到20％，它们仍能完全并且可靠地被超细粘结剂悬浮液充满。这非常惊人，因为上述体积含量约6％的纤维的网需被压缩到如此程度以至令人感到明显地不可渗透。
为达到对模板元件间中空空间的完全和有控制地充满，模板边部被密封而悬浮液在压力下被注入含有压缩的钢丝绒网的模板，其间设有排气孔，以便模板中被悬浮液取代的空气能够排出。
该工艺原理用图2举例示出。悬浮液与通过入口4沿与重力方向相反的方向从下部注入边部密封的模板2、3，直到模板被充满。空气可沿向上的方向通过排气孔6排出。悬浮液固化形成水泥后，移开模板。薄壁组件基本上由混凝土和至少一个压缩的钢丝绒网组成。它具有显著的高强度、塑性变形性、可加工性、断裂能量吸收性和弹性，结果，这样的薄组件可用作自承重建筑材料。例如，可以生产具有以下性能的厚度小于10mm的组件：
厚度：4到8mm
抗拉弯强度：达80N/mm2
抗压强度：达70N/mm2
可加工性：很高
不渗透性，包括防水：很高
令人惊奇的是，本发明的方法允许簿壁组件的生产使用一般情况下，由于高水/水泥比而不能具有高抗拉弯强度的悬浮液。令人惊奇的是，本发明的方法使用由于它们相对高的水/水泥比，一般让人不指望这样高的抗拉弯强度的悬浮液达到上述性能。就钢纤维体积含量约6％以及＜0.4的非常低的水/水泥比的SIMCON来说，仅达到上述抗拉弯强度的约一半。由于这种惊人的高强度，生产簿壁自承重组件是可能的。
还令人惊奇的是，由于注入方法，簿壁组件的表面基本上由水泥砂浆构成，而尽管被模板施以高压，钢丝绒纤维仅接触制成的组件的部分表面。
本发明的方法允许生产各种型式的结合水泥的模制件，这些模制件壁非常簿并且被高度强化，而且这些模制件实际上还能被制成各种形状，另外，如果需要，任何表面结构。应用实例有：
板；
壳；
管；和
实际上具有任何断面的模制件。
它们可用作屋顶和墙包层，或用于需保护或覆盖的铠装或包层组件。
这样的覆盖材料可用矿物绝缘材料(如泡沫混凝土)填充并且用作高效防火包层。这样的板、壳以及模制件能够，如果必要，被适当的形状强化。为达到高度的预制件化以及高的工地效率，工厂生产的半壳可以以同塑料电缆管道相似的方式被放置于要包覆的管或钢、木或塑料组件外，然后连接在一起。接口可用工业材料密封而中空空间可用绝缘材料通过填充孔填充。
由于实际上获得任何颜色、形状或表面结构的能力以及特别由于高度防水性和优秀的机械性能，本发明的材料还可用作覆盖层，如用于夹层组件的覆盖层。一个这种新型夹层组件的实例是防火门。由于同样的原因，新型的结构材料也适合用作钢筋混凝土组件的外表层，该外表层被用作磨损性模板。由于在工厂制造簿壁纤维强化材料的能力，高度预制件化也能达到，例如就支柱和梁模板来说，用于正常强化的隔板能被结合进去。一个突出的优点是，这种磨损性模板使得采用的钢筋混凝土的后处理不必要，增加密实度，由此减小碳酸化过程速率以及这样会提高强化钢筋的防腐性。就工厂制造模板元件来说，表面质量可均匀得多以及被控制得比现场制做混凝土组件的情况好得多。借助于昂贵而且使用复杂的颜料的着色被限制在仅仅是外表层的几毫米。靠内部的突出物或适当的结构，可以达到外表层和采用的钢筋混凝土间的良好的机械结合。
本发明的结构材料也适合用作修复材料。整个覆盖层或局部补块可被用于毁坏了的钢筋混凝土表面。为此，有毛病之处和中空处被填以钢丝绒网，装模板，密封然后灌浆。覆盖层也可通过磨损性模板方法被应用以及可通过灌浆被回填。由于悬浮液的低粘度和粘结剂的精细度以及由于在压力下填充模板，复杂表面结构也能被模制出。因此本发明还可用于制做浮雕和雕塑，如果制做的物品承受特殊机械应力时就尤为有利。
本发明的方法可不考虑组件的取向而应用；与SIMCON方法相反，本发明可架空应用例如在组件的下侧。
钢丝绒网的压缩显然产生一种就本发明来说，仅是以这种方式才变得适用的新产品。与基于超细水泥的悬浮液联合，钢线绒的压缩结构可与固化悬浮液介质互相配合，产生一种具有意想不到性能的新组件。

Claims (57)

1．一种薄壁组件，包括超细水泥基体和至少一个置入超细水泥基体中的压缩钢丝绒网。
2．根据权利要求1所述的组件，其特征在于，组件的主表面基本上没有钢丝绒纤维。
3．根据权利要求1和/或2所述的组件，其特征在于，组件的主表面光滑并且基本上是超细水泥材料显现在该表面上。
4．根据权利要求1到3中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，多个重叠和压缩的钢丝绒网布置于其中。
5．根据权利要求4所述的组件，其特征在于，钢丝绒网被布置成钢丝绒网的钢丝绒纤维主方向交叉。
6．根据权利要求1到5中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，钢丝绒网体积含量为2到10％，优选体积含量为4到8％。
7．根据权利要求1到6中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，其厚度为3到10mm，优选4到8mm。
8．根据权利要求1到7中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，其抗拉弯强度为25到80N/mm2，优选50到75N/mm2。
9．根据权利要求1到8中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，抗压强度为30到75N/mm2，优选45到60N/mm2。
10．根据权利要求1到9中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，组件是用颜料着色过的。
11．根据权利要求1到10中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，组件具有弯曲的形状。
12．根据权利要求1到11中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，组件在其主表面上有模板结构。
13．根据权利要求1到12中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，钢丝绒网的钢丝绒纤维平均直径为0.05到0.20mm，优选0.08到0.12mm。
14．根据权利要求1到13中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，钢丝绒网单位面积重量为600到2000g/m2，优选700到1100g/m2。
15．根据权利要求1到14中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，钢丝绒纤维的长度/直径比大于1000。
16．根据权利要求1到15中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，超细水泥基体包括质量百分比为0到30％，优选5到15％的细二氧化硅。
17．根据权利要求1到16中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，超细水泥基体包括质量百分比为0到5％，优选1到3％的颜料。
18．根据权利要求1到17中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，超细水泥基体包括质量百分比为0到70％，优选10到30％的惰性矿物材料。
19．根据权利要求1到18中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，超细水泥基体包括质量百分比为0到70％，优选10到30％的石英粉。
20．根据权利要求1到19中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，超细水泥基体包括质量百分比为0到50％，优选0到30％的超细飞尘。
21．根据权利要求1到20中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，超细水泥基体是波特兰水泥基体。
22．根据权利要求1到21中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，超细水泥基体是矿渣水泥基体。
23．根据权利要求1到22中一项或更多项权利要求所述的组件，其特征在于，压缩钢丝绒网厚3到10mm，优选厚4到8mm。
24．一种生产薄壁组件，尤其是生产根据权利要求1到23中一项或更多项权利要求所述的组件的方法，其特征在于包括步骤：将至少一个钢丝绒网沿垂直于其主拉伸方向的方向压缩，并且注入和包围基于超细水泥的悬浮液，以及固化悬浮液。
25．根据权利要求24所述的方法，其特征在于，采用不锈钢丝绒网。
26．根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，采用的钢丝绒网中的钢丝绒纤维平均直径为0.05到0.20mm，优选0.08到0.12mm。
27．根据权利要求24到26中一项或更多项权利要求所述的方法，其特征在于，采用的钢丝绒网中纤维长20mm到几米，平均几个分米。
28．根据权利要求24到27中一项或更多项权利要求所述的方法，其特征在于，采用的钢丝绒网中纤维的长度/直径比大于1000。
29．根据权利要求24到28中一项或更多项权利要求所述的方法，其特征在于，采用的钢丝绒网单位面积重量为600到2000g/m2，优选700到1100g/m2。
30．根据权利要求24到29中一项或更多项权利要求所述的方法，其特征在于，一个或多个钢丝绒网的厚度均被压缩10到20％。
31．根据权利要求24到30中一项或更多项权利要求所述的方法，其特征在于，采用至少两个钢丝绒网，并且一个钢丝绒网的纤维的主方向与另一个钢丝绒网的纤维的主方向成一角度。
32．根据权利要求24到31中一项或更多项权利要求所述的方法，其特征在于，采用基于矿渣砂的超细水泥加活化剂的悬浮液。
33．根据权利要求24到32中一项或更多项权利要求所述的方法，其特征在于，采用基于波特兰水泥的超细水泥的悬浮液。
34．根据权利要求24到33中一项或更多项权利要求所述的方法，其特征在于，为得到超细水泥悬浮液，采用具有渐变的颗粒大小分布以及d95≤24μm，优选≤16μm的超细水泥。
35．根据权利要求34所述的方法，其特征在于，采用的超细水泥，其平均颗粒尺寸d50≤7μm，优选≤5μm。
36．根据权利要求24到35中一项或更多项权利要求所述的方法，其特征在于，超细水泥与水和高效强化流态剂或流动性改进剂混合。
37．根据权利要求36所述的方法，其特征在于，混入尤其是分散形式的细二氧化硅。
38．根据权利要求36或37所述的方法，其特征在于，混入颜料。
39．根据权利要求36到38中一项或更多项权利要求所述的方法，其特征在于，混入粒度与超细水泥相同或更大的矿物材料。
40．根据权利要求36到39中一项或更多项权利要求所述的方法，其特征在于，用萘磺酸盐作为高效强化流态剂。
41．根据权利要求36到40中一项或更多项权利要求所述的方法，其特征在于，用聚羰化物作为超强化流态剂。
42．根据权利要求24到41中一项或更多项权利要求所述的方法，其特征在于，为得到基于超细水泥的悬浮液，采用下列组分：
超细水泥：质量百分比为30到100％，优选50到80％；
强化流态剂或流动性改进剂(液体)：质量百分比0.1到5％，优选0.5到4.0％；
强化流态剂或流动性改进剂(粉状)：质量百分比0.1到2.5％，优选0.5到1.5％；
细二氧化硅(稀浆)：质量百分比0到30％，优选5到15％；
颜料(粉状)：质量百分比0到5％，优选1到3％；
惰性矿物材料：质量百分比0到70％，优选10到30％；
超细飞尘：质量百分比0到50％，优选10到30％；
以上都基于悬浮液的固体含量。
43．根据权利要求24到42中一项或更多项权利要求所述的方法，其特征在于，采用的悬浮液的水/固体比为0.4到0.6。
44．根据权利要求24到43中一项或更多项权利要求所述的方法，其特征在于，采用的悬浮液的稠度按马什(Marsh)流出时间计为35秒到75秒。
45．根据权利要求24到44中一项或更多项权利要求所述的方法，其特征在于，悬浮液的制做过程为：将所需量的水注入混合槽，在混合的同时加入强化流态剂或流动性改进剂，然后加入预先称出重量的干性材料，并继续混合，由此混合均匀。
46．根据权利要求24到45中一项或更多项权利要求所述的方法，其特征在于，将钢丝绒网在密封的模板间压缩，并且将超细水泥悬浮液在压力下注入模板，模板间设有排气孔，以便灌浆时空气可从模板内的空间排出。
47．根据权利要求46所述的方法，其特征在于，注入是沿与重力方向相反的方向进行的。
48．根据权利要求24到47中一项或更多项权利要求所述的方法，尤其是根据权利要求44或45所述的方法，其特征在于，生产的组件厚度≤10mm。
49．根据权利要求1到23中一项或更多项权利要求所述的组件、以及根据权利要求24到46中一项或更多项权利要求所述的方法制作的组件的用途，是用作屋顶和/或外墙和/或墙包层。
50．根据权利要求1到23中一项或更多项权利要求所述的组件、以及根据权利要求24到46中一项或更多项权利要求所述的方法制成的组件的用途，是用作要保护或覆盖的组件的护套或包层。
51．根据权利要求1到23中一项或更多项权利要求所述的组件、以及根据权利要求24到46中一项或更多项权利要求所述的方法制成的组件的用途，是用作生产和加护套于槽、管或类似物的半壳。
52．根据权利要求1到23中一项或更多项权利要求所述的组件、以及根据权利要求24到46中一项或更多项权利要求所述的方法制成的组件的用途，是用作生产防火门的夹层元件。
53．根据权利要求1到23中一项或更多项权利要求所述的组件、以及根据权利要求24到46中一项或更多项权利要求所述的方法制成的组件的用途，是用作钢筋混凝土组件的外层。
54．根据权利要求53所述的组件的用途，其特征在于，外层是磨损性模板。
55．根据权利要求1到23中一项或更多项权利要求所述的组件、以及根据权利要求24到46中一项或更多项权利要求所述的方法制成的组件的用途，是用作磨损性模板。
56．根据权利要求1到23中一项或更多项权利要求所述的组件、以及根据权利要求24到46中一项或更多项权利要求所述的方法制成的组件的用途，是用作修复材料，其中受损混凝土表面有毛病之处和/或中空处被填以至少一个钢丝绒网，网被压缩，然后装模板，密封并且注入悬浮液。
57．根据权利要求1到23中一项或更多项权利要求所述的组件、以及根据权利要求24到46中一项或更多项权利要求所述的方法制成的组件的用途，是用作模制复杂的表面结构。
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