專利名稱：平臺(tái)構(gòu)造組件和水上浮動(dòng)結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及平臺(tái)構(gòu)造組件和水上浮動(dòng)結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域中，現(xiàn)有的平臺(tái)結(jié)構(gòu)采用鋼筋水泥構(gòu)成或者采用金屬管等搭建而成，其存在施工復(fù)雜、重量大、耐腐蝕性能差等諸多不足，在施工過程或使用過程中，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)遇到?jīng)_擊時(shí)容易斷裂或破碎。上述不足限制了現(xiàn)有各種結(jié)構(gòu)的使用范圍和規(guī)模，如在海上搭建平臺(tái)時(shí)，既要求產(chǎn)品重要輕又要求其具有耐打壓、耐腐蝕的性能，在搭建面積較大時(shí)，還不可避免地會(huì)出現(xiàn)彎曲等情況，此時(shí)采用市場上現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)類產(chǎn)品都難以滿足上述要求。纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料的重量比常規(guī)水泥輕40%，而堅(jiān)韌程度高出500倍。這種俗稱的工程黏性水泥(ECC Engineered Cementitious Composites)最明顯的特征是可以在彎曲狀態(tài)下承受相當(dāng)大的壓力，因?yàn)椴牧侠锩嬗刑厥庵瞥傻木酆象w纖維微粒，所以ECC水泥可以在承受較大壓力的狀態(tài)下彎曲而不破裂。ECC材料具備普通的混凝土或纖維增強(qiáng)混凝土材料無法比擬的超高的物理強(qiáng)度，抗震、防震，質(zhì)量輕，環(huán)保，經(jīng)濟(jì)和更好的耐久性的優(yōu)點(diǎn)。MECC技術(shù)公司則致力于將這種神奇的材料應(yīng)用到油氣管道的保護(hù)領(lǐng)域，在油氣管外部裹涂一層M E C C公司的工程水泥復(fù)合材料涂層(5 — I O mm左右的厚度)，類似于給管道加裝一層刀槍不入的鎧甲(抗沖擊)，但又具備延展性和可彎曲性?，F(xiàn)有的平臺(tái)結(jié)構(gòu)，如中國專利申請(公開號(hào)CN101570239)提供一種海上浮動(dòng)平臺(tái)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為焊接結(jié)構(gòu)，且還需額外進(jìn)行防水涂層處理，可見，這種焊接結(jié)構(gòu)施工復(fù)雜、能耗大，對(duì)焊接質(zhì)量要求高，還需額外增加平板才能實(shí)現(xiàn)最終用途。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供采用纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料制成的平臺(tái)構(gòu)造組件和水上浮動(dòng)結(jié)構(gòu)及其制備方法，具體技術(shù)方案如下。一種平臺(tái)構(gòu)造組件，該平臺(tái)構(gòu)造組件由一類纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料澆筑而成，且具有空心結(jié)構(gòu)；所述空心結(jié)構(gòu)包括一個(gè)以上立體結(jié)構(gòu)，多個(gè)立體結(jié)構(gòu)中相鄰兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)之間的間隙由所述纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料澆筑而成。進(jìn)一步優(yōu)化的，所述立體結(jié)構(gòu)為由輕質(zhì)材料(如塑料、泡沫塑料、充氣塑料膜及其他任何可以起到支持的輕質(zhì)材料)制成，或所述空心結(jié)構(gòu)由實(shí)心部件替代，所述立體結(jié)構(gòu)由輕質(zhì)材料(如塑料、泡沫塑料)制成的實(shí)心結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步優(yōu)化的，所述空心結(jié)構(gòu)整體上為封閉的結(jié)構(gòu)，空心結(jié)構(gòu)的外壁由澆筑的纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料封閉。進(jìn)一步優(yōu)化的，所述立體結(jié)構(gòu)為空心多面體。進(jìn)一步優(yōu)化的，所述空心結(jié)構(gòu)為蜂窩結(jié)構(gòu)。
一種水上浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，其包括一個(gè)以上所述平臺(tái)構(gòu)造組件，多個(gè)所述平臺(tái)構(gòu)造組件之間相互連接。進(jìn)一步優(yōu)化的，所述平臺(tái)構(gòu)造組件外形為拼圖組件，多個(gè)所述平臺(tái)構(gòu)造組件通過拼圖方式拼接形成平臺(tái)結(jié)構(gòu)。上述平臺(tái)構(gòu)造組件的制備方法，具體是在多個(gè)立體結(jié)構(gòu)的外側(cè)澆筑纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料，多個(gè)立體結(jié)構(gòu)的外側(cè)被纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料覆蓋，各立體結(jié)構(gòu)之間的間隙被澆筑的纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料填充，經(jīng)硬化后形成所述平臺(tái)構(gòu)造組件。進(jìn)一步優(yōu)化的，所述多個(gè)立體結(jié)構(gòu)排布成一層或多層結(jié)構(gòu)，相鄰兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)之間留有供所述纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料注入的間隙。進(jìn)一步優(yōu)化的，相鄰兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)之間設(shè)有隔開部件；在澆筑所述纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料之前，上下相鄰的兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)之間的隔開部件同時(shí)用于支撐上一層立體結(jié)構(gòu)。 進(jìn)一步優(yōu)化的，相鄰兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)通過所述隔開部件拼接在一起。進(jìn)一步優(yōu)化的，相鄰兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)之間的所述隔開部件與其中一個(gè)立體結(jié)構(gòu)一體形成，且另一個(gè)立體結(jié)構(gòu)設(shè)有用于使用該兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)拼接在一起的部位(例如，若該隔開部件為圓柱形(根據(jù)常識(shí)可以有多種形狀，如螺紋結(jié)構(gòu))，則所述另一個(gè)立體結(jié)構(gòu)設(shè)有與該圓柱形配合的圓柱孔)。進(jìn)一步優(yōu)化的，立體結(jié)構(gòu)與隔開部件為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，相鄰兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)上均設(shè)有用于安裝所述隔開部件的部位(例如，若該隔開部件為圓柱形(根據(jù)常識(shí)可以有多種形狀，如螺紋結(jié)構(gòu))，則相鄰兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)上均設(shè)有與該圓柱形配合的圓柱孔)。進(jìn)一步優(yōu)化的，所述拼接為螺紋連接或插接。進(jìn)一步優(yōu)化的，將所述一個(gè)或多個(gè)立體結(jié)構(gòu)放置一個(gè)由模板連接成的槽中，立體結(jié)構(gòu)與模板之間設(shè)有間隙，通過向槽中澆注纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料，使得相鄰立體結(jié)構(gòu)之間的間隙被纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料填充，且空心立體結(jié)構(gòu)的外側(cè)被纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料包圍覆蓋，經(jīng)硬化后形成所述平臺(tái)構(gòu)造組件。本發(fā)明所采用的纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料，優(yōu)采用水泥基材料、惰性填料、增強(qiáng)纖維、水和化學(xué)添加劑為原料制成，其中，水泥基材料為水泥及硅土沙子或依靠水硬型機(jī)制硬化的復(fù)合物；水泥、硅土沙子、惰性填料、水、化學(xué)添加劑的重量比為I :0. 5 2. O :1. 2 I. 5 :0. 5 O. 8 :0. 01 O. 03，上述原料混合后的總體積與增強(qiáng)纖維的體積比為I :0. 01
O.04。所述惰性填料包括天然沙土、金屬礦沙、用于混凝土配重層的粉末、工業(yè)廢料、碳粉中的一種或多種。所述增強(qiáng)纖維包括金屬纖維、聚合物纖維、無機(jī)纖維、天然纖維(象玄武巖纖維)或經(jīng)過表面涂層改性纖維中的一種或多種。所述化學(xué)添加劑包括穩(wěn)定劑、衍生混合物、超塑性材料和減水劑的中一種或多種。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果
I、結(jié)構(gòu)簡單，平臺(tái)構(gòu)造組件通過纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料最終一體形成。2、抗沖擊性、耐磨損和可彎曲，采用纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的立體蜂窩結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的抗沖擊性、耐磨性和可彎曲性。3、低成本，非常環(huán)保，纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的主要成份(如中國專利ZL200710142709. 5 )是一種特別的短纖維，普通的水泥，細(xì)沙和粉煤灰，粉煤灰的用量超過3 O %。
4、施工方便，可以通過調(diào)節(jié)內(nèi)部的多個(gè)所述空心立體結(jié)構(gòu)的大小，可設(shè)計(jì)出不同浮動(dòng)性能的平臺(tái)。5、應(yīng)用廣泛，可用于搭建各種建筑構(gòu)件，如墻體、柱、梁、海上作業(yè)平臺(tái)、海上浮橋、海上固定式或漂浮式飛機(jī)場等等。


圖Ia和圖Ib為平臺(tái)構(gòu)造組件的內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)由正方體構(gòu)成的立體示意圖。圖2a和圖2b為平臺(tái)構(gòu)造組件的內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)由六棱柱構(gòu)成的立體示意圖。圖3a和圖3b為平臺(tái)構(gòu)造組件的內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)由斜棱柱構(gòu)成的立體示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)范圍不 限于此。圖Ia和圖Ib為平臺(tái)構(gòu)造組件的內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)的一種示意圖，該結(jié)構(gòu)是由多個(gè)正方體101構(gòu)成，相鄰兩個(gè)正方體之間留有間隙103，正方體可以由輕質(zhì)材料(如塑料、泡沫塑料、充氣塑料膜及其他任何可以起到支持的輕質(zhì)材料)制成。正方體也可以為由輕質(zhì)材料(如塑料、泡沫塑料)制成的實(shí)心結(jié)構(gòu)。相鄰兩個(gè)正方體通過隔開部件拼接在一起，相鄰兩個(gè)正方體之間的所述隔開部件與其中一個(gè)正方體一體形成，且另一個(gè)正方體設(shè)有用于使該兩個(gè)正方體拼接在一起的部位，例如，若該隔開部件為圓柱形(根據(jù)常識(shí)可以有多種形狀，如螺紋結(jié)構(gòu))，則所述另一個(gè)正方體設(shè)有用于使該兩個(gè)正方體拼接在一起的部位可以為圓柱孔102 (或螺紋孔)，如圖Ia所示結(jié)構(gòu)也可以一體形成。圖Ia的整體結(jié)構(gòu)外側(cè)設(shè)有多個(gè)圓柱孔102，圖Ib的整體結(jié)構(gòu)外側(cè)具有多個(gè)突出的圓柱，也可以是圖Ia和圖Ib中的正方體各個(gè)面都具有一個(gè)圓柱孔102，相鄰的正方體通過一個(gè)圓柱形的隔開部件連接在一起，最后還可以利用這些圓柱及圓柱孔將多個(gè)圖Ia和多個(gè)圖I所示的平臺(tái)構(gòu)造組件一體結(jié)構(gòu)拼裝成面積和/或厚度更大的平臺(tái)結(jié)構(gòu)。如圖2a、圖2b、圖3a和圖3b所示，平臺(tái)構(gòu)造組件的內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)也可以由六棱柱或斜棱柱等構(gòu)成，多個(gè)所述平臺(tái)構(gòu)造組件的內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)通過層疊后再澆筑纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料，可以形成內(nèi)部為蜂窩結(jié)構(gòu)的平臺(tái)結(jié)構(gòu)。同理，六棱柱或斜棱柱等也可以由圓柱、球形等各種立體結(jié)構(gòu)代替。本發(fā)明的平臺(tái)構(gòu)造組件的制備方法，以圖Ia或圖Ib為例，將一個(gè)所述平臺(tái)構(gòu)造組件的內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)或由多個(gè)內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)拼接后形成的結(jié)構(gòu)放置在一個(gè)由模板連接成的槽中，內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)與模板之間設(shè)有間隙，通過向槽中澆注纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料，使得相鄰立體結(jié)構(gòu)(如正方體)之間的間隙被纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料填充，且立體結(jié)構(gòu)的外側(cè)被纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料包圍覆蓋，經(jīng)硬化后形成所述平臺(tái)構(gòu)造組件或由多個(gè)所述平臺(tái)構(gòu)造組件組成更大的平臺(tái)結(jié)構(gòu)(如水上浮動(dòng)結(jié)構(gòu))。進(jìn)一步的，優(yōu)選以下兩種方式之一形成完全密封的平臺(tái)構(gòu)造組件
I、在由模板連接成的槽中，先鋪一層纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料，待該層材料未完全硬化時(shí)再將平臺(tái)構(gòu)造組件的內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)放上去，此時(shí)下層的纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料能對(duì)平臺(tái)構(gòu)造組件的內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)起到一定的支撐作用，接著澆筑其余纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料，使得相鄰立體結(jié)構(gòu)之間的間隙被纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料填充，且立體結(jié)構(gòu)的外側(cè)被纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料包圍覆蓋。2、通過計(jì)算設(shè)計(jì)空心結(jié)構(gòu)的體積大小或者選擇不同的輕質(zhì)材料，使平臺(tái)構(gòu)造組件的內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)懸浮在纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料中，待硬化后形成所述平臺(tái)構(gòu)造組件。以最終制成的水上浮結(jié)構(gòu)為例，若內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)為正方體，該正方體的外表面包覆纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料后形成2mX2mX2m的密封正方體，且該密封正方體頂部的纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料厚度為10cm，其他六個(gè)面的的纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料厚度為5cm。水的密度約為1.0X103kg / m3，纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料硬化后的密度為2100kg/m3 (如中國專利ZL 200710142709. 5中所述及的復(fù)合材料)，忽略內(nèi)部正方體輕質(zhì)材料的質(zhì)量，經(jīng) 過計(jì)算可知，包覆纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料后的密封正方體平均密度約為346.89 kg/m3，其密度遠(yuǎn)小于水的密度，因此，纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料制成平臺(tái)構(gòu)造組件能很好的漂浮于水上，若平臺(tái)結(jié)構(gòu)受到向下的壓力作用，在不完全沉沒下去的情況下，單獨(dú)一個(gè)密封立方體所能承載的重量達(dá)5224. 88kg，當(dāng)所述密封正方體的數(shù)量為多個(gè)時(shí)，其能承載的重量為上述重量的相應(yīng)倍數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種平臺(tái)構(gòu)造組件，其特征是該平臺(tái)構(gòu)造組件由纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料澆筑而成，且具有空心結(jié)構(gòu)；所述空心結(jié)構(gòu)包括一個(gè)以上立體結(jié)構(gòu)，多個(gè)立體結(jié)構(gòu)中相鄰兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)之間的間隙由所述纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料澆筑而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的平臺(tái)構(gòu)造組件，其特征在于所述立體結(jié)構(gòu)為由輕質(zhì)材料制成，或所述空心結(jié)構(gòu)由實(shí)心部件替代，所述立體結(jié)構(gòu)由輕質(zhì)材料制成的實(shí)心結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的平臺(tái)構(gòu)造組件，其特征在于所述空心結(jié)構(gòu)整體上為封閉的結(jié)構(gòu)，空心結(jié)構(gòu)的外壁由澆筑的纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料封閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的平臺(tái)構(gòu)造組件，其特征在于所述立體結(jié)構(gòu)為空心多面體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平臺(tái)構(gòu)造組件，其特征在于所述空心結(jié)構(gòu)為蜂窩結(jié)構(gòu)。
6.一種水上浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于包括一個(gè)以上所述平臺(tái)構(gòu)造組件，多個(gè)所述平臺(tái)構(gòu)造組件之間相互連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水上浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述平臺(tái)構(gòu)造組件外形為拼圖組件，多個(gè)所述平臺(tái)構(gòu)造組件通過拼圖方式拼接形成平臺(tái)結(jié)構(gòu)。
8.權(quán)利要求I所述平臺(tái)構(gòu)造組件的制備方法，其特征是在多個(gè)立體結(jié)構(gòu)的外側(cè)澆筑纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料，多個(gè)立體結(jié)構(gòu)的外側(cè)被纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料覆蓋，各立體結(jié)構(gòu)之間的間隙被澆筑的纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料填充，經(jīng)硬化后形成所述平臺(tái)構(gòu)造組件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于所述多個(gè)立體結(jié)構(gòu)排布成一層或多層結(jié)構(gòu)，相鄰兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)之間留有供所述纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料注入的間隙。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于相鄰兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)之間設(shè)有隔開部件；在澆筑所述纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料之前，上下相鄰的兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)之間的隔開部件同時(shí)用于支撐上一層立體結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于相鄰兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)通過所述隔開部件拼接在一起。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制備方法，其特征在于相鄰兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)之間的所述隔開部件與其中一個(gè)立體結(jié)構(gòu)一體形成，且另一個(gè)立體結(jié)構(gòu)設(shè)有用于使該兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)拼接在一起的部位。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制備方法，其特征在于立體結(jié)構(gòu)與隔開部件為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，相鄰兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)上均設(shè)有用于安裝所述隔開部件的部位。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于所述拼接為螺紋連接或插接。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于將所述一個(gè)或多個(gè)立體結(jié)構(gòu)放置一個(gè)由模板連接成的槽中，立體結(jié)構(gòu)與模板之間設(shè)有間隙，通過向槽中澆注纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料，使得相鄰立體結(jié)構(gòu)之間的間隙被纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料填充，且立體結(jié)構(gòu)的外側(cè)被纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料包圍覆蓋，經(jīng)硬化后形成所述平臺(tái)構(gòu)造組件。
全文摘要
本發(fā)明公開了平臺(tái)構(gòu)造組件和水上浮動(dòng)結(jié)構(gòu)及其制備方法，該平臺(tái)構(gòu)造組件由一類纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料澆筑而成，且具有空心結(jié)構(gòu)(如蜂窩空心結(jié)構(gòu))，所述空心結(jié)構(gòu)優(yōu)選包括多個(gè)立體結(jié)構(gòu)，多個(gè)立體結(jié)構(gòu)中相鄰兩個(gè)立體結(jié)構(gòu)之間(如蜂窩結(jié)構(gòu)的壁)也是由所述的纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料澆筑而成。所述空心結(jié)構(gòu)由預(yù)埋的輕質(zhì)材料填充，輕質(zhì)材料可以為實(shí)心或空心。所述平臺(tái)構(gòu)造組件可用于構(gòu)建水上(如海上)浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，水上浮動(dòng)結(jié)構(gòu)可以一體形成也可以由多個(gè)所述平臺(tái)構(gòu)造組件拼接而成。本發(fā)明的平臺(tái)構(gòu)造組件和水上浮動(dòng)結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、浮力大、整體強(qiáng)度高、抗沖擊性強(qiáng)、可彎曲等優(yōu)點(diǎn)，制備方法實(shí)施簡單、經(jīng)濟(jì)環(huán)保。
文檔編號(hào)C04B16/06GK102910263SQ201210378409
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月8日
發(fā)明者杜衛(wèi)沖 申請人:杜衛(wèi)沖