CN104074114A - 复合材料立体蜂窝增强混凝土制品及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料立体蜂窝增强混凝土制品及其制备方法。所述复合材料立体蜂窝增强混凝土制品由复合材料立体蜂窝(1)和混凝土基体(2)复合而成。具体过程是：制作相应规格的复合材料板材，然后通过卡槽将复合材料板组合成复合材料立体蜂窝。复合材料立体蜂窝可为正方形、长方形、六边形等。接着将混凝土填充进蜂窝凝胶固化形成复合材料立体蜂窝增强混凝土制品。这种复合式混凝土制品与普通的混凝土制品相比，在保持了混凝土的抗压强度下，极大提高了混凝土制品的弯拉强度,复合后抗弯拉强度可达10Mpa以上，同时还提高了抗疲劳性能和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土制品，特别是一种复合材料立体蜂窝增强混凝土制品及其制备方法。
背景技术
在公路***中，混凝土制品使用广泛，近年我国交通运输业快速发展，水泥混凝土路面以其低廉的铺设成本，相对于沥青路面更长的使用寿命得到广泛的应用。由于我国的大部分公路地基为较软的地基，而且路面的承载越来越大，现在为了提高公路的承载能力一般是通过增加路面的厚度来实现，但是路面每一层铺设的厚度不能太厚，所以较厚的路面层需要多次铺设，同时养护期较长，这就使水泥路面的施工期进一步延长，而且单纯的增加厚度并不能有效的防止路面开裂。
复合材料拉伸强度在800-1800Mpa,大于钢筋的230Mpa，远大于混凝土的4-6Mpa，因而能有效提高混凝土制品的拉伸和弯曲强度。复合材料压缩强度在300Mpa左右，大于重载公路40Mpa压缩强度要求，能很好保证抗压强度。在同样强度要求下可使混凝土制品厚度减薄1/3-1/5。
由于复合材料板中树脂能有效保护纤维能比钢筋更好的耐腐蚀，复合材料一般使用寿命达30年以上如果使用防腐蚀体系寿命还能延长5-10年。复合材料特有的抗疲性能，能有效的减少维护成本，提高路面的使用寿命。
复合材料立体蜂窝可通过拉挤等工艺快速高效的根据设计要求制出相应的板材，然后将板材在在现场或预先组合为立体蜂窝，放置在施工处按正常施工填充混凝土即可。复合材料立体蜂窝可以更好的分散载荷，大幅提高混凝土制品的抗拉抗弯强度，还可在保证路面达到使用要求的同时减少路面的厚度，能减少路面的铺设次数，减少铺设成本和时间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种可以极大提高制品抗弯拉性能，提高使用寿命的复合材料立体蜂窝增强混凝土制品的结构和制备方法。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的复合材料立体蜂窝增强混凝土制品，是由复合材料立体蜂窝和混凝土基体复合而成，其中：复合材料立体蜂窝是由复合材料板材组合而成的网状立体蜂窝，位于复合材料立体蜂窝增强混凝土制品的底部，混凝土填充并包裹复合材料立体蜂窝，并凝胶固化为一个结构整体，其为复合材料立体蜂窝增强混凝土制品。
所述的复合材料立体蜂窝是由0°和90°方向的复合材料板材通过卡槽组合而成，其截面为正方形、长方形或六边形。
所述的复合材料立体蜂窝的幅宽为4-12m，优选宽度为6m，其蜂窝厚度为30-300mm。
所用复合材料板材的截面为长方形，其厚度为3-10mm。
本发明提供所述复合材料立体蜂窝增强混凝土制品的用途，其在公路、高速公路、桥面、高铁路基或机场跑道中的应用。
本发明提供的制备复合材料立体蜂窝增强混凝土制品的方法，其步骤是：
1)制作相应规格的复合材料板材并切出卡槽；
2)通过卡槽将复合材料板组合成复合材料立体蜂窝；
3)将混凝土基体填充进复合材料立体蜂窝的蜂窝中固化，形成复合材料立体蜂窝增强混凝土制品。
上述步骤1)的具体方法是：将树脂和纤维通过手糊、拉挤成型工艺制成相应规格的板材，按蜂窝要求在复合材料板材上同一侧开宽与板材厚相同，深为板材宽度1/2的矩形槽。
所述的复合材料板材所用树脂包括环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或几种；所述的复合材料板材所用的纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、超高分子量聚乙烯纤维、麻纤维中的一种或几种。
上述步骤2)的具体方法是：将0°和90°两种铺放方向的板材按同一方向的板材卡槽的方向相同，不同方向板材的卡槽方向上下相反的方式，通过槽对槽的形式卡在一起形成立体蜂窝。
上述步骤3)的具体方法是：复合材料蜂窝铺在底部，向蜂窝中填充厚度为蜂窝厚度1-4倍厚度的混凝土填充并包裹复合材料立体蜂窝，震实凝胶固化为一个结构整体；所用混凝土为C30、C35、C40、C45、C50中的一种。
本发明提供的上述方法所制备的复合材料立体蜂窝增强混凝土制品，其在公路、高速公路、桥面、高铁路基或机场跑道中的应用。
本发明和普通的制品相比具有以下的优点：
1.复合材料立体蜂窝增强混凝土制品的弯拉强度为10-15MPa，远大于混凝土的4-6Mpa的弯拉强度；复合材料立体蜂窝增强混凝土制品的压缩强度为50-62MPa,和混凝土40-50MPa相当。复合材料立体蜂窝增强混凝土在保持了混凝土的抗压强度下，极大提高了混凝土制品的抗弯拉性能，提高了制品的抗疲劳性能，减少了混凝土制品的厚度。在同样强度要求下可使混凝土制品厚度减薄1/3-1/5。
2.复合材料立体蜂窝增强混凝土制品使用寿命达30年以上，而且基本不需维修，减少了混凝土制品的维护成本，提高了混凝土制品的使用寿命。
3.制作工艺简单。
附图说明
图1是复合材料立体蜂窝增强混凝土制品的整体效果图。
图2是复合材料立体蜂窝增强混凝土制品旋转剖面图。
图3是矩形孔复合材料立体蜂窝示意图。
图4是复合材料板示意图。
图5是图4的俯视图。
图6是复合材料板组合示意图。
图中：1.复合材料立体蜂窝；2.混凝土基体；3.混凝土部分；4.横向剖面图；5.纵向剖面图；6.矩形孔；7.0°方向板材；8.90°方向板材；9.卡槽。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
本实施例提供的复合材料立体蜂窝增强混凝土制品，其结构如图1和图2所示，由复合材料立体蜂窝1和混凝土基体2复合而成，其中：复合材料立体蜂窝是由复合材料板材组合而成的网状立体蜂窝，位于复合材料立体蜂窝增强混凝土制品的底部，混凝土填充并包裹复合材料立体蜂窝，并凝胶固化为一个结构整体，其为复合材料立体蜂窝增强混凝土制品。
所述的复合材料立体蜂窝增强混凝土制品，其所用复合材料板材的截面为长方形，其厚度为3-10mm(图4、图5)。
所述的复合材料立体蜂窝1，其结构如图3所示：由0°方向板材7和90°方向板材8通过卡槽9组合而成，该复合材料立体蜂窝的截面为正方形、长方形或六边形。图3中编号6是矩形孔。
所述的复合材料立体蜂窝1，在卡槽9处用树脂或其他胶粘剂将复合材料板组合连接位置进行加强。
所述的复合材料立体蜂窝1的幅宽为4-12m，优选宽度为6m，蜂窝厚度为30-300mm。
本发明提供的复合材料立体蜂窝增强混凝土制品的制备方法，其步骤如下：
1)制作相应规格的复合材料板材并切出卡槽；
2)通过卡槽9将复合材料板如图6所示组合成复合材料立体蜂窝1；
3)将混凝土基体2填充进复合材料立体蜂窝1的蜂窝中固化，形成复合材料立体蜂窝增强混凝土制品。
本发明提供的上述复合材料立体蜂窝增强混凝土制品的制备方法，其实施例举例如下：
产品制备方法实施例1.
本实施例提供的复合材料立体蜂窝增强混凝土制品，由正方形孔的复合材料立体蜂窝1和C40号混凝土基体复合而成，其性能如表1中1号所示。首先使用牌号DC191#的不饱和聚酯树脂增强规格为1200tex玻璃纤维用拉挤工艺制作出厚度为5mm复合材料拉挤板材。接着用切割机将复合材料板材如图4所示切为宽150mm，长分别为6000mm和10000mm两种长度的板材，在两种板材上每间隔200mm切出5×75mm的卡槽。然后取29根长度为10000mm的板放在90°并在卡槽中涂环氧粘接胶，再将49根长度为6000mm的板材在0°方向卡在90°板材的卡槽中组合为孔为正方形的复合材料立体蜂窝。该复合材料立体蜂窝的高度可根据公路设计要求来调节板材的宽度而定。复合材料立体蜂窝可以在现场拼装也可以预先拼装好运到施工现场。将复合材料立体蜂窝放在路基上，向其中填充厚度为160mm的C40号混凝土，并振实刮平，按相应要求胶凝养护。
所述按相应要求胶凝养护的工艺为：混凝土浇筑完成后12小时内铺上塑料布将混凝土敞露的全部表面覆盖保湿养护，在接下来七天内每天浇1次水保湿，且在混凝土强度达到1.2MPa前不得在其上踩踏或安装模板及支架。
产品制备方法实施例2.
本实施例提供的复合材料立体蜂窝增强混凝土制品，由正方形孔的复合材料立体蜂窝1和C40号混凝土基体复合而成，其性能如表1中2号所示。首先使用牌号CYD-128的环氧树脂增强规格为T700碳纤维用拉挤工艺制作出厚度为5mm复合材料拉挤板材。接着用切割机将复合材料板材如图4所示切为宽75mm，长分别为6000mm和10000mm两种长度的板材，在两种板材上每间隔200mm切出5×75mm的卡槽。然后取29根长度为10000mm的板放在90°并在卡槽中涂环氧粘接胶，再将49根长度为6000mm的板材在0°方向卡在90°板材的卡槽中组合为孔为正方形的复合材料立体蜂窝。该复合材料立体蜂窝的高度可根据公路设计要求来调节板材的宽度而定。复合材料立体蜂窝可以在现场拼装也可以预先拼装好运到施工现场。将复合材料立体蜂窝放在路基上，向其中填充厚度为160mm的C40号混凝土，并振实刮平，按相应要求胶凝养护。
所述按相应要求胶凝养护的工艺为：混凝土浇筑完成后12小时内铺上塑料布将混凝土敞露的全部表面覆盖保湿养护，在接下来七天内每天浇1次水保湿，且在混凝土强度达到1.2MPa前不得在其上踩踏或安装模板及支架。
产品制备方法实施例3.
本实施例提供的复合材料立体蜂窝增强混凝土制品，由正方形孔的复合材料立体蜂窝1和C40号混凝土基体复合而成，其性能如表1中3号所示。首先使用牌号CYD-128的环氧树脂增强规格为1200tex玻璃纤维用拉挤工艺制作出厚度为5mm复合材料拉挤板材。接着用切割机将复合材料板材如图4所示切为宽75mm，长分别为6000mm和10000mm两种长度的板材，在两种板材上每间隔200mm切出5×75mm的卡槽。然后取29根长度为10000mm的板放在90°并在卡槽中涂环氧粘接胶，再将49根长度为6000mm的板材在0°方向卡在90°板材的卡槽中组合为孔为正方形的复合材料立体蜂窝。该复合材料立体蜂窝的高度可根据公路设计要求来调节板材的宽度而定。复合材料立体蜂窝可以在现场拼装也可以预先拼装好运到施工现场。将复合材料立体蜂窝放在路基上，向其中填充厚度为160mm的C40号混凝土，并振实刮平，按相应要求胶凝养护。
所述按相应要求胶凝养护的工艺为：混凝土浇筑完成后12小时内铺上塑料布将混凝土敞露的全部表面覆盖保湿养护，在接下来七天内每天浇1次水保湿，且在混凝土强度达到1.2N/mm2前不得在其上踩踏或安装模板及支架。
产品制备方法实施例4.
本实施例提供的复合材料立体蜂窝增强混凝土制品，由正方形孔的复合材料立体蜂窝1和C40号混凝土基体复合而成，其性能如表1中4号所示。首先使用牌号CYD-128的环氧树脂增强规格为1200tex玻璃纤维用拉挤工艺制作出厚度为10mm复合材料拉挤板材。接着用切割机将复合材料板材如图4所示切为宽150mm，长分别为6000mm和10000mm两种长度的板材，在长10000mm板材上每间隔250mm切出10×75mm的卡槽,在长6000mm板材上每间隔200mm切出10×75mm的卡槽。然后取29根长度为10000mm的板放在90°，并在卡槽中涂环氧粘接胶，再将39根长度为6000mm的板材在0°方向卡在90°板材的卡槽中组合为孔为长方形的复合材料立体蜂窝。该复合材料立体蜂窝的高度可根据公路设计要求来调节板材的宽度而定。复合材料立体蜂窝可以在现场拼装也可以预先拼装好运到施工现场。将复合材料立体蜂窝放在路基上，向其中填充厚度为160mm的C40号混凝土，并振实刮平，按相应要求胶凝养护。
所述按相应要求胶凝养护的工艺为：混凝土浇筑完成后12小时内铺上塑料布将混凝土敞露的全部表面覆盖保湿养护，在接下来七天内每天浇1次水保湿，且在混凝土强度达到1.2MPa前不得在其上踩踏或安装模板及支架。
在上述实施例及附图中已经描述了本发明的一些示例性实施方案，但是这些实施方案只是对广义发明进行举例说明，本发明并不限于所述的具体实例，凡是不违背本发明所述实质的各种变型，均应为该发明请求保护的范畴。
表1 为复合材料立体蜂窝增强混凝土制品性能参数
Claims (10)
1.一种复合材料立体蜂窝增强混凝土制品，其特征是由复合材料立体蜂窝(1)和混凝土基体(2)复合而成，其中：复合材料立体蜂窝是由复合材料板材组合而成的网状立体蜂窝，位于复合材料立体蜂窝增强混凝土制品的底部，混凝土填充并包裹复合材料立体蜂窝，并凝胶固化为一个结构整体，其为复合材料立体蜂窝增强混凝土制品。
2.根据权利要求1所述的复合材料立体蜂窝增强混凝土制品，其特征在于：复合材料立体蜂窝(1)由0°和90°方向的复合材料板材通过卡槽组合而成，截面为正方形、长方形或六边形。
3.根据权利要求2所述的复合材料立体蜂窝增强混凝土制品，其特征在于：复合材料立体蜂窝(1)的幅宽为4-12m，其蜂窝厚度为30-300mm。
4.根据权利要求1所述的复合材料立体蜂窝增强混凝土制品，其特征在于：所用复合材料板材的截面为长方形，其厚度为3-10mm。
5.一种复合材料立体蜂窝增强混凝土制品的制备方法，其特征是：
1)制作相应规格的复合材料板材并切出卡槽；
2)通过卡槽将复合材料板组合成复合材料立体蜂窝(1)；
3)将混凝土基体(2)填充进复合材料立体蜂窝(1)的蜂窝中凝胶固化，形成复合材料立体蜂窝增强混凝土制品。
6.根据权利要求5所述的复合材料立体蜂窝增强混凝土制品的制备方法，其特征是步骤1)具体方法是：将树脂和纤维通过手糊、拉挤成型工艺制成相应规格的板材，按蜂窝要求在板材上同一侧，开宽与板厚相同，深为板材宽度1/2的矩形槽。
7.根据权利要求6所述的复合材料立体蜂窝增强混凝土制品的制备方法，其特征是板材所用树脂包括环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或几种；板材所用的纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、超高分子量聚乙烯纤维、麻纤维中的一种或几种。
8.根据权利要求5所述的复合材料立体蜂窝增强混凝土制品的制备方法，其特征是步骤2)具体方法是：将0°和90°两种铺放方向的板材按同一方向的板材卡槽的方向相同，不同方向板材的卡槽方向上下相反的方式，通过槽对槽的形式卡在一起形成立体蜂窝。
9.根据权利要求5所述的复合材料立体蜂窝增强混凝土制品的制备方法，其特征是步骤3)具体方法是：复合材料蜂窝铺在底部，向蜂窝中填充厚度为蜂窝厚度1-4倍厚度的混凝土填充并包裹复合材料立体蜂窝，震实凝胶固化为一个结构整体；所用混凝土为C30、C35、C40、C45、C50中的一种。
10.权利要求1-9所述复合材料立体蜂窝增强混凝土制品的用途，其特征是该制品在公路、高速公路、桥面、高铁路基或机场跑道中的应用。
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