CN113698147A - 水泥基复合材料及其制备方法、浮置板 - Google Patents

水泥基复合材料及其制备方法、浮置板 Download PDF

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Abstract

本公开揭示一种水泥基复合材料及其制备方法、浮置板。所述水泥基复合材料包括：基体材料，所述基体材料包括硅酸盐水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰、石英砂、水和减水剂；形状记忆合金；以及合成纤维。该水泥基复合材料可以提高组成浮置板的多个板件之间接缝区域的强度和韧性，并大幅度降低连接长度，从而使长型的浮置板可以应用于轨道交通工程中，以此克服现有浮置板轨道结构存在问题，大幅度提高浮置板的耐久性和舒适性。

Description

水泥基复合材料及其制备方法、浮置板
技术领域
本发明涉及水泥基复合材料及其制备方法以及使用该水泥基复合材料的浮置板。
背景技术
浮置板轨道结构具有较好的减振效果因而被广泛地应用在轨道交通建设中。当前的浮置板轨道结构大多采取使用多块模块化的短板(长度不大于6 米)在工地现场采用铰接等方式连接组成。在长时间的运营过程中，这类浮置板轨道结构在受到列车荷载以及周围环境的影响下，不仅容易产生疲劳破坏，而且会大大降低结构的使用寿命、进而影响列车的安全运营。此外，多块模块化的短板之间由于采用铰接等方式连接，因此在列车荷载的作用下往往会产生较大的噪音，容易干扰到居民区居民的生活。
为了提高浮置板轨道结构的耐久性和行车舒适性，可以采用将多个预制的板件采用湿接缝的方式连接为长型的浮置板。然而，当前还没有一种合适的湿接材料被用来连接预制的板件。因此，需要一种新型的材料来满足多个预制的板件之间湿接缝区域的强度和耐久。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本公开的目的是提供一种水泥基复合材料及其制备方法以及使用该水泥基复合材料的浮置板。该水泥基复合材料可以提高组成浮置板的多个板件之间接缝区域的强度和韧性，并能大幅度降低连接所需要的长度，从而使长型的浮置板可以应用于轨道交通工程中，以此克服现有浮置板轨道结构存在问题，大幅度提高浮置板的耐久性和舒适性。
根据本公开的一个方面提供一种水泥基复合材料，所述水泥基复合材料包括：基体材料，所述基体材料包括硅酸盐水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰、石英砂、水和减水剂；形状记忆合金；以及合成纤维。
可选地，所述形状记忆合金为形状记忆合金丝。
可选地，所述水泥基复合材料按重量份计，包括如下组份：硅酸盐水泥40～50份；硅灰5～15份；矿粉15～20份；粉煤灰15～20份；石英砂80～120 份；减水剂2～4份；水40～50份；形状记忆合金丝6～12份；合成纤维2～4 份。
可选地，所述水泥基复合材料按重量份计，包括如下组份：硅酸盐水泥45～50份；硅灰10～15份；矿粉15～20份；粉煤灰15～20份；石英砂 80～100份；减水剂2～4份；水40～50份；形状记忆合金丝6～12份；合成纤维2～4份。
可选地，所述形状记忆合金丝的抗拉强度大于等于1200兆帕、极限抗拉应变大于等于15％。
可选地，所述合成纤维的抗拉强度大于等于1600兆帕。
根据本公开的另一个方面，还提供一种水泥基复合材料的制备方法，所述水泥基复合材料的制备方法包括如下步骤：将硅酸盐水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰和石英砂按照比例混合，形成混合粉体；按照比例将水和减水剂倒入所述混合粉体中搅拌至形成具有流动性的浆体；按照比例将形状记忆合金和合成纤维倒入浆体中搅拌至弥散分布于所述浆体中。
可选地，所述水泥基复合材料按重量份计，包括如下组份：硅酸盐水泥40～50份；硅灰5～15份；矿粉15～20份；粉煤灰15～20份；石英砂80～120 份；减水剂2～4份；水40～50份；形状记忆合金丝6～12份；合成纤维2～4 份。
根据本公开的又一个方面，还提供一种浮置板，所述浮置板包括多个板件，所述多个板件之间通过上述水泥基复合材料连接后形成接缝区。
可选地，所述浮置板的长度为30～60米，所述板件的数量为6～10块，每两个相邻的所述板件之间的所述接缝区的长度为20～30厘米。
相比于现有技术，本发明实施例提供的水泥基复合材料及其制备方法、浮置板中，水泥基复合材料在基体材料中弥散分布的形状记忆合金 (SMA)丝和合成纤维能够大幅度提高材料的抗弯拉强度及其韧性，形状记忆合金材料的超弹性不仅可以使材料的微裂缝自动闭合，还可以耗散由于外载荷输入结构的能量。当该水泥基复合材料在往复荷载作用下发生开裂时，形状记忆合金(SMA)丝在外荷载撤消后会触发相变恢复到原始形状，使材料中的微裂缝自动闭合，能够大幅度提高结构的耐久性。此外，该材料具有超强的握裹能力，可以大大缩短浮置板预留钢筋的锚固长度，能够大幅度降低各个板件之间的湿接缝长度，使长型浮置板在轨道交通工程中的应用成为现实。进而，相对于现有浮置板轨道结构总所使用的大量预制板件来说，可以节省大量关键隔振部件和原接缝接卸连接部件。形成的浮置板不仅可以提高整体刚度、优化隔振器的布置，而且还可以大幅度降低噪音强度，提高耐久性和舒适性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的一个实施例的水泥基复合材料的制备方法的流程图；以及
图2为本发明的一个实施例的浮置板的结构示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元、材料等，也可以实践本发明的技术方案。在某些情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明。
用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”、“具有”以及“设有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。
下面结合附图和实施例对本发明的技术内容进行进一步地说明。
本发明实施例提供一种水泥基复合材料。所述水泥基复合材料主要包括基体材料、形状记忆合金以及合成纤维。其中，基体材料为按照最大致密理论设计的具有超高韧性的水泥基体材料，包括硅酸盐水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰、石英砂、水和减水剂。可选地，减水剂为高效减水剂。
在本发明的优选实施例中，形状记忆合金为形状记忆合金(SMA)丝。形状记忆合金(SMA)丝的抗拉强度大于等于1200兆帕、极限抗拉应变大于等于15％。合成纤维的抗拉强度大于等于1600兆帕。进一步地，在本发明的一个实施例中，形状记忆合金(SMA)丝的直径可以约为0.2毫米，长度约为15毫米。
在本发明的可选实施例中，水泥基复合材料按重量份计，包括如下组份：
硅酸盐水泥40～50份；
硅灰5～15份；
矿粉15～20份；
粉煤灰15～20份；
石英砂80～120份；
减水剂2～4份；
水40～50份；
形状记忆合金丝6～12份；
合成纤维2～4份。
在此基础上，在本发明的一个优选实施例中，水泥基复合材料按重量份计，包括如下组份：
硅酸盐水泥45～50份；
硅灰10～15份；
矿粉15～20份；
粉煤灰15～20份；
石英砂80～100份；
减水剂2～4份；
水40～50份；
形状记忆合金丝6～12份；
合成纤维2～4份。
本发明提供的水泥基复合材料在基体材料中弥散分布的形状记忆合金 (SMA)丝和合成纤维能够大幅度提高材料的抗弯拉强度及其韧性，形状记忆合金材料的超弹性不仅可以使材料的微裂缝自动闭合，还可以耗散由于外载荷输入结构的能量。当该水泥基复合材料在往复荷载作用下发生开裂时，形状记忆合金(SMA)丝在外荷载撤消后会触发相变恢复到原始形状，使材料中的微裂缝自动闭合，能够大幅度提高结构的耐久性。此外，该材料具有超强的握裹能力，可以大大缩短浮置板预留钢筋的锚固长度，能够大幅度降低各个板件之间的湿接缝长度，使长型浮置板在轨道交通工程中的应用成为现实。
进一步地，本发明还提供一种上述水泥基复合材料的制备方法。请参见图1，其示出了本发明的一个实施例的水泥基复合材料的制备方法的流程图。具体来说，该方法包括如下步骤：
步骤S10：将硅酸盐水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰和石英砂按照比例混合，形成混合粉体。如上所述，硅酸盐水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰和石英砂之间按重量份计，包括如下组份：硅酸盐水泥40～50份；硅灰5～15份；矿粉15～20 份；粉煤灰15～20份；石英砂80～120份。在本发明的一个实施例中，可以将上述材料倒入强制式搅拌机搅拌1～2分钟，使各种粉体充分接触。
步骤S20：按照比例将水和减水剂倒入上述混合粉体中搅拌至形成具有流动性的浆体。如上所述，水和减水剂按重量份计，包括如下组份：减水剂 2～4份；水40～50份。在本发明的一个实施例中，可以将水和减水剂倒入步骤S10完成后充分混合后的混合粉体中搅拌3～5分钟直到粉体成为具有一定流动性的浆体。
步骤S30：按照比例将形状记忆合金和合成纤维倒入浆体中搅拌至弥散分布于所述浆体中。如上所述，形状记忆合金丝和合成纤维按重量份计，包括如下组份：形状记忆合金丝6～12份；合成纤维2～4份。在本发明的一个实施例中，可以分别将形状记忆合金丝和合成纤维倒入上述步骤S20完成后形成的浆体中搅拌1～2分钟直到形状记忆合金丝和合成纤维完全弥散分布于浆体中为止。
完成上述步骤后可形成上述的水泥基复合材料。
进一步地，本发明还提供一种浮置板。请参见图2，其示出了本发明的一个实施例的浮置板的结构示意图。具体来说，浮置板1包括多个板件2。多个板件2之间通过上述水泥基复合材料连接后形成接缝区3。需要说明的是，图2中仅仅以两个相邻板件2以及位于二者之间的接缝区3为例。在本发明的可选实施例中，浮置板的总长度大致为30～60米，为长型浮置板。形成该浮置板的板件的总数量为6～10块，可选地，板件的总数量为6块。两个相邻的板件2之间通过上述水泥基复合材料连接，通过该水泥基复合材料连接的区域即为接缝区3，可选地，接缝区3的长度为20～30厘米。
在本发明的实施例中，由于浮置板的多个板件之间是通过使用本发明公开的水泥基复合材料来连接的，该水泥基复合材料具有超强的握裹能力可以大大缩短浮置板预留钢筋的锚固长度，能够大幅度降低板件之间湿接的长度 (例如图2所示的接缝区3的长度为20～30厘米)，使长型浮置板在轨道交通工程中的应用成为现实。进而，相对于现有浮置板轨道结构总所使用的大量预制板件(例如使用42块板件)来说，可以节省大量关键隔振部件(大约 80套)和原接缝接卸连接部件(大约144套)。此外，该浮置板不仅可以提高整体刚度、优化隔振器的布置，而且还可以大幅度降低噪音强度，提高耐久性和舒适性。在经过静力极限荷载和疲劳荷载试验之后，发现采用本发明提出的水泥基复合材料连接的浮置板即使在板件上出现劈裂面的情况下，接缝区也并未发生破坏，完全满足轨道交通浮置板规范所提出的各种要求。
综上所述，本发明实施例提供的水泥基复合材料及其制备方法、浮置板中，水泥基复合材料在基体材料中弥散分布的形状记忆合金(SMA)丝和合成纤维能够大幅度提高材料的抗弯拉强度及其韧性，形状记忆合金材料的超弹性不仅可以使材料的微裂缝自动闭合，还可以耗散由于外载荷输入结构的能量。当该水泥基复合材料在往复荷载作用下发生开裂时，形状记忆合金 (SMA)丝在外荷载撤消后会触发相变恢复到原始形状，使材料中的微裂缝自动闭合，能够大幅度提高结构的耐久性。此外，该材料具有超强的握裹能力，可以大大缩短浮置板预留钢筋的锚固长度，能够大幅度降低各个板件之间的湿接缝长度，使长型浮置板在轨道交通工程中的应用成为现实。进而，相对于现有浮置板轨道结构总所使用的大量预制板件来说，可以节省大量关键隔振部件和原接缝接卸连接部件。形成的浮置板不仅可以提高整体刚度、优化隔振器的布置，而且还可以大幅度降低噪音强度，提高耐久性和舒适性。
虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“高”“低”“顶”“底”“左”“右”等也作具有类似含义。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述是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者示例中。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者示例。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者多个实施例或者示例中以合适的方式结合。
虽然本发明已以可选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥基复合材料包括：
基体材料，所述基体材料包括硅酸盐水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰、石英砂、水和减水剂；
形状记忆合金；以及
合成纤维。
2.如权利要求1所述的水泥基复合材料，其特征在于，所述形状记忆合金为形状记忆合金丝。
3.如权利要求2所述的水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥基复合材料按重量份计，包括如下组份：
硅酸盐水泥40～50份；
硅灰5～15份；
矿粉15～20份；
粉煤灰15～20份；
石英砂80～120份；
减水剂2～4份；
水40～50份；
形状记忆合金丝6～12份；
合成纤维2～4份。
4.如权利要求3所述的水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥基复合材料按重量份计，包括如下组份：
硅酸盐水泥45～50份；
硅灰10～15份；
矿粉15～20份；
粉煤灰15～20份；
石英砂80～100份；
减水剂2～4份；
水40～50份；
形状记忆合金丝6～12份；
合成纤维2～4份。
5.如权利要求3所述的水泥基复合材料，其特征在于，所述形状记忆合金丝的抗拉强度大于等于1200兆帕、极限抗拉应变大于等于15％。
6.如权利要求3所述的水泥基复合材料，其特征在于，所述合成纤维的抗拉强度大于等于1600兆帕。
7.一种水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，所述水泥基复合材料的制备方法包括如下步骤：
将硅酸盐水泥、硅灰、矿粉、粉煤灰和石英砂按照比例混合，形成混合粉体；
按照比例将水和减水剂倒入所述混合粉体中搅拌至形成具有流动性的浆体；
按照比例将形状记忆合金和合成纤维倒入浆体中搅拌至弥散分布于所述浆体中。
8.如权利要求7所述的水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，所述水泥基复合材料按重量份计，包括如下组份：
硅酸盐水泥40～50份；
硅灰5～15份；
矿粉15～20份；
粉煤灰15～20份；
石英砂80～120份；
减水剂2～4份；
水40～50份；
形状记忆合金丝6～12份；
合成纤维2～4份。
9.一种浮置板，其特征在于，所述浮置板包括多个板件，所述多个板件之间通过如权利要求1至6中任一项所述水泥基复合材料连接后形成接缝区。
10.如权利要求9所述的浮置板，其特征在于，所述浮置板的长度为30～60米，所述板件的数量为6～10块，每两个相邻的所述板件之间的所述接缝区的长度为20～30厘米。
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李奇等: "高性能湿接装配式长型浮置板静动力性能研究" *

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