專利名稱：一種高強(qiáng)耐久復(fù)合材料及其制造方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)耐久復(fù)合材料及其制造方法與應(yīng)用，特別涉及一種以二氧化硅和氧化鈣為主要結(jié)合劑的高強(qiáng)耐久復(fù)合材料與制造方法，以及以該材料為主要原料制成的桿狀構(gòu)件與制造方法。
表1-鋼材和混凝土的性能比較

備注1以加速腐蝕試驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)2以2小時(shí)高溫下強(qiáng)度衰減不超過(guò)30％為判斷標(biāo)準(zhǔn)所以人們通常將鋼筋和混凝土配合使用，制成鋼筋混凝土或鋼材-混凝土的混合結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)大大改善了混凝土的韌性，但是仍然無(wú)法克服耐久性的問(wèn)題，而且由于混凝土強(qiáng)度不高，使得結(jié)構(gòu)非常笨重。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一、高強(qiáng)耐久復(fù)合材料的原料及配比一種高強(qiáng)耐久復(fù)合材料，基本上由以下原料配比組成結(jié)合劑 30-60％水 3-15％骨料30-60％纖維0-15％添加劑 0-5％所述結(jié)合劑的主要成份為二氧化硅和氧化鈣，其組分配比(按重量百分比)為二氧化硅30-70％；氧化鈣30-70％；其中部份二氧化硅和氧化鈣可以是硅酸鈣(硅酸二鈣和硅酸三鈣)式的復(fù)合分子團(tuán)，結(jié)合劑的粒徑為10nm-200μm。
所述骨料可以是高強(qiáng)度的石英沙或鋼砂，其粒徑為0.1-2mm。
所述纖維可以是高強(qiáng)度的鋼絲或人造纖維，其直徑為0.01-1.5mm，長(zhǎng)度為5-30mm。
所述添加劑是為了增加上述原料混合后的流動(dòng)性而添加，可有多種選擇。
二、高強(qiáng)耐久復(fù)合材料的制造方法本發(fā)明高強(qiáng)耐久復(fù)合材料按下述方法制造1、將原料按比例配料結(jié)合劑30-60％，水3-15％，骨料30-60％，纖維0-15％，添加劑0-5％，配置完畢之后可在敞開(kāi)或者真空密閉的條件下攪拌均勻；2、攪拌均勻之后依流動(dòng)性不同選擇下述的一種方法成型A.自然流動(dòng)成型B.振動(dòng)成型C.離心式成型D.擠壓成型3、成型后可在模具內(nèi)施加0-100MPa的壓力，施壓時(shí)間0-100小時(shí)，直到復(fù)合材料硬固為止，以增加其致密性、強(qiáng)度和耐久性；4、復(fù)合材料硬固后脫模，可進(jìn)行熱壓處理，溫度10-500℃，壓力0-100MPa，相對(duì)濕度50-100％；持續(xù)時(shí)間0-200小時(shí)，在此期間溫度、壓力和濕度可以隨時(shí)間變化。
三、高強(qiáng)耐久復(fù)合材料桿狀構(gòu)件及制造方法本發(fā)明還提供一種以本發(fā)明高強(qiáng)耐久復(fù)合材料為主要材料的桿狀構(gòu)件，所述的構(gòu)件是依照下述方法制成的1.將原料按比例配料結(jié)合劑30-60％，水3-15％，骨料30-60％，纖維0-15％，添加劑0-5％。原料配制完畢之后可在敞開(kāi)或真空密閉的條件下攪拌均勻。
2.攪拌均勻之后可依流動(dòng)性的不同選擇三種方法之一成型
A.自然流動(dòng)B.振動(dòng)成型C.離心式成型桿狀構(gòu)件成型時(shí)選用鋼材或其它抗拉強(qiáng)度高、鋼度好的材料制成管狀外殼，將攪拌均勻的原料裝入管狀外殼內(nèi)。管狀外殼橫截面可以是圓形或者多邊形，管壁厚度0.1-50mm。該管狀外殼是復(fù)合材料成型時(shí)的外模，同時(shí)也在材料受到軸向壓力時(shí)起圍束作用，增加軸向抗壓強(qiáng)度。制作桿狀構(gòu)件時(shí)，成型前可以在復(fù)合材料中設(shè)置鋼筋或其它抗拉強(qiáng)度高的材料以增加抗拉強(qiáng)度。桿狀構(gòu)件可制成空心狀。本發(fā)明提供的高強(qiáng)耐久復(fù)合材料桿狀構(gòu)件也可以設(shè)計(jì)為不帶有管狀外殼的桿狀構(gòu)件，原料成型時(shí)在模具中進(jìn)行。
3.成型后可在模具內(nèi)施加0-100MPa的壓力，施壓時(shí)間0-100小時(shí)，直到復(fù)合材料硬固為止，以增加其致密性、強(qiáng)度和耐久性。
4.復(fù)合材料硬固后(不帶管狀外殼時(shí)須脫模)，進(jìn)行熱壓處理，溫度10-500℃，壓力0-100MPa，相對(duì)濕度50-100％，持續(xù)時(shí)間0-200小時(shí)。在此期間溫度、壓力和濕度可以是隨時(shí)間變化的。
本發(fā)明提供的高強(qiáng)度耐久復(fù)合材料克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，具有下列優(yōu)良的性能。
(1) 本發(fā)明的復(fù)合材料各項(xiàng)性能(包括耐久性)都比混凝土好；(2) 和鋼材相比，本發(fā)明的復(fù)合材料雖然抗拉強(qiáng)度較低，但抗壓強(qiáng)度相當(dāng)，而且具有優(yōu)越的耐久性和耐火度；(3) 和鋼材相比，本發(fā)明的復(fù)合材料還具有輕質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明高強(qiáng)耐久復(fù)合材料與鋼材和混凝土的性能比較如表2所示表2-本發(fā)明復(fù)合材料、鋼材和混凝土的性能比較

備注1以加速腐蝕試驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)2以2小時(shí)高溫下強(qiáng)度衰減不超過(guò)30％為判斷標(biāo)準(zhǔn)下面用具體實(shí)例來(lái)對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1結(jié)合劑(二氧化硅∶氧化鈣＝55∶45)45％，水8％，骨料(石英砂，0.5mm)40％，鋼纖維(0.1×10mm)6％，添加劑(N型減水劑)1％。敞開(kāi)式拌和，自然流動(dòng)成型50×100mm圓柱試體。常溫大氣壓下靜置24小時(shí)后，80℃恒溫、90％恒濕、恒壓(大氣壓)下96小時(shí)。制得高強(qiáng)耐久復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度210MPa，抗拉強(qiáng)度22MPa。
實(shí)施例2結(jié)合劑(二氧化硅∶氧化鈣＝60∶40)45％，水8％，骨料(石英砂，0.3mm)40％，鋼纖維(0.1×10mm)6％，添加劑(N型高效減水劑)1％。敞開(kāi)式拌和，振動(dòng)成型50×100mm圓柱試體。常溫大氣壓下靜置16小時(shí)后，80℃恒溫、90％恒濕、恒壓(大氣壓)下48小時(shí)。制得高強(qiáng)耐久復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度206MPa，抗拉強(qiáng)度21MPa。
實(shí)施例3結(jié)合劑(二氧化硅∶氧化鈣＝55∶45)50％，水8％，骨料(石英砂，1.5mm)33.8％，鋼纖維(0.1×10mm)7％，添加劑(N型高效減水劑)1.2％。敞開(kāi)式拌和，振動(dòng)成型50×100mm圓柱試體。常溫10個(gè)大氣壓下靜置16小時(shí)后，90℃恒溫、90％恒濕、恒壓(大氣壓)下120小時(shí)。制得高強(qiáng)耐久復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度233MPa，抗拉強(qiáng)度25MPa。
實(shí)施例4結(jié)合劑(二氧化硅∶氧化鈣＝55∶45)46％，水12％，骨料(石英砂，1mm)41％，添加劑(N型高效減水劑)1％。密閉后抽真空拌和，自然流動(dòng)成型50×100mm圓柱試體。常溫大氣壓下靜置24小時(shí)后，80℃恒溫、90％恒濕、恒壓(大氣壓)下48小時(shí)。制得高強(qiáng)耐久復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度181MPa，抗拉強(qiáng)度15MPa。
實(shí)施例5結(jié)合劑(二氧化硅∶氧化鈣＝55∶45)45％，水8％，骨料(鋼砂，1.0mm)44％，碳纖維(0.2×20mm)2％，添加劑(N型高效減水劑)1％。敞開(kāi)式拌和，5倍重力加速度的離心力下成型100×200mm圓柱試體，空心直徑30mm。常溫大氣壓下靜置16小時(shí)后，200℃恒溫、90％恒濕、恒壓(10個(gè)大氣壓)下168小時(shí)。制得高強(qiáng)耐久復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度275MPa，抗拉強(qiáng)度29MPa。
實(shí)施例6結(jié)合劑(二氧化硅∶氧化鈣＝55∶45)44％，水7％，骨料(石英砂，0.6mm)43％，鋼纖維(0.1×10mm)5.5％，添加劑(N型高效減水劑)0.5％。敞開(kāi)式拌和，擠壓成型50×100mm圓柱試體。常溫大氣壓下靜置24小時(shí)后，80℃恒溫、90％恒濕、恒壓(大氣壓)下96小時(shí)。制得高強(qiáng)耐久復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度238MPa，抗拉強(qiáng)度25MPa。
實(shí)施例7結(jié)合劑(二氧化硅∶氧化鈣＝55∶45)32％，水4％，骨料(鋼砂，0.5mm)55％，鋼纖維(0.2×20mm)8％，添加劑(N型高效減水劑)1％。敞開(kāi)式拌和，試體直接自然流動(dòng)成型于壁厚1mm、直徑50mm、高100mm的鋼管內(nèi)。常溫大氣壓下靜置24小時(shí)后，80℃恒溫、90％恒濕、恒壓(大氣壓)下120小時(shí)。制得高強(qiáng)耐久復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度355MPa，抗拉強(qiáng)度40MPa。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)耐久復(fù)合材料，基本上由以下原料配比組成結(jié)合劑 30-60％水 3-15％骨料30-60％纖維0-15％添加劑 0-5％
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度耐久復(fù)合材料，其特征為所述的結(jié)合劑的成份及配比為二氧化硅30-70％，氧化鈣30-70％，其中部份二氧化硅和氧化鈣可以是硅酸鈣(硅酸二鈣和硅酸三鈣)式的復(fù)合分子團(tuán)，結(jié)合劑的粒徑為10nm-200μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度耐久復(fù)合材料，其特征為所述的骨料為高強(qiáng)度的石英砂或鋼砂，其粒徑為0.1-2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度耐久復(fù)合材料，其特征為所述的纖維為高強(qiáng)度的鋼絲和/或人造纖維，其直徑為0.01-1.5mm，長(zhǎng)度為5-30mm。
5.一種高強(qiáng)耐久復(fù)合材料的制造方法，其特征為該復(fù)合材料是按下述方法制作的(1).將原料按比例配料結(jié)合劑30-60％，水3-15％，骨料30-60％，纖維0-15％，添加劑0-5％，配置完畢之后可在敞開(kāi)或者真空密閉的條件下攪拌均勻；(2).攪拌均勻之后依流動(dòng)性不同選擇下述的一種方法成型A.自然流動(dòng)成型B.振動(dòng)成型C.離心式成型D.擠壓成型(3).成型后可在模具內(nèi)施加0-100MPa的壓力，施壓時(shí)間0-100小時(shí)，直到復(fù)合材料硬固為止；(4).復(fù)合材料硬固后脫模，可進(jìn)行熱壓處理，溫度10-500℃，壓力0-100MPa，相對(duì)濕度50-100％；持續(xù)時(shí)間0-200小時(shí)，在此期間溫度、壓力和濕度可以隨時(shí)間變化。
6.一種高強(qiáng)耐久復(fù)合材料桿狀構(gòu)件，其特征為該桿狀構(gòu)件由權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)耐久復(fù)合材料為主要材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高強(qiáng)耐久復(fù)合材料桿狀構(gòu)件，其特征為所述的桿狀構(gòu)件外還設(shè)有鋼質(zhì)外殼，所述外殼的橫截面為圓形或多邊形，管壁厚度為0.1-50mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的高強(qiáng)耐久復(fù)合材料桿狀構(gòu)件，其特征為所述桿狀構(gòu)件呈中空狀，所述復(fù)合材料內(nèi)設(shè)置有鋼筋或其它抗拉強(qiáng)度較高的材料。
9.一種高強(qiáng)耐久復(fù)合材料桿狀構(gòu)件的制造方法，其特征為按下述方法制作的(1).將原料按比例配料結(jié)合劑30-60％，水3-15％，骨料30-60％，纖維0-15％，添加劑0-5％，配置完畢后可在敞開(kāi)或者真空密閉條件下攪拌均勻；(2).攪拌均勻后依流動(dòng)性的不同選擇三種方法之一成型A.自然流動(dòng)成型B.振動(dòng)成型C.離心式成型選用鋼材或抗拉強(qiáng)度高、剛度好的材料制成管狀外殼，管狀外殼橫截面為圓形或者多邊形，管壁厚度0-50mm，桿狀構(gòu)件可制成空心狀；桿狀構(gòu)件不帶有管狀外殼時(shí)，成型在模具中進(jìn)行；(3).成型后在模具內(nèi)施加0-100MPa的壓力，施壓時(shí)間0-100小時(shí)，直到復(fù)合材料硬固為止；(4).復(fù)合材料硬固之后進(jìn)行(不帶管狀外殼時(shí)須脫模)熱壓處理，溫度10-500℃，壓力0-100MPa，相對(duì)濕度50-100％，持續(xù)時(shí)間0-200小時(shí)，在此期間溫度、壓力和濕度可以隨時(shí)間變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高強(qiáng)耐久復(fù)合材料桿狀構(gòu)件的制造方法，其特征為所述的桿狀構(gòu)件成型前可在復(fù)合材料中設(shè)置鋼筋或者其它抗拉強(qiáng)度較高的材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高強(qiáng)耐久復(fù)合材料及其制造方法與應(yīng)用，目的是提供一種高強(qiáng)耐久復(fù)合材料及其制造方法，同時(shí)提供一種由該高強(qiáng)耐久復(fù)合材料為主要材料制成的高強(qiáng)耐久材料桿狀構(gòu)件及其制造方法。本發(fā)明所提供的高強(qiáng)耐久復(fù)合材料，基本上由以下原料配比組成結(jié)合劑，30－60％；水，3－15％；骨料，30－60％；纖維，0－15％；添加劑，0－5％。本發(fā)明提供的高強(qiáng)度耐久復(fù)合材料克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，各項(xiàng)性能(包括耐久性)都比混凝土好；和鋼材相比，本發(fā)明的復(fù)合材料雖然抗拉強(qiáng)度較低，但抗壓強(qiáng)度相當(dāng)，而且具有優(yōu)越的耐久性和耐火度；和鋼材相比，本發(fā)明的復(fù)合材料還具有輕質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B14/38GK1436747SQ0310223
公開(kāi)日2003年8月20日 申請(qǐng)日期2003年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月30日
發(fā)明者苗伯霖 申請(qǐng)人:穆楨子