本發(fā)明涉及建筑構(gòu)件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三維間隔織物增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

水泥基材料具有抗壓強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、耐熱、耐火和價(jià)格低廉等特性，在土木建筑領(lǐng)域大量使用，但水泥基脆性的特點(diǎn)使其在抗折強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度上表現(xiàn)差強(qiáng)人意，容易出現(xiàn)裂紋，嚴(yán)重影響了水泥基材料的耐久性和安全性。

傳統(tǒng)的水泥基增強(qiáng)主要是采用鋼筋作為增強(qiáng)材料。用鋼筋作為增強(qiáng)材料的鋼筋混凝土雖然改善了混凝土的抗拉、抗折性能，但是由于鋼筋不耐腐蝕，容重也很大，限制了鋼筋混凝土的進(jìn)一步使用。所以，逐漸出現(xiàn)了采用纖維或織物增強(qiáng)水泥基材料。但是，短纖維在基體中分布不均勻，補(bǔ)強(qiáng)效果差；連續(xù)長纖維或是網(wǎng)格布只能在二維方向上增強(qiáng)水泥基材料，并且施工復(fù)雜。近年來，在紡織領(lǐng)域出現(xiàn)了一種三維間隔織物，是由上、下面層和間隔絲層組成的三維立體結(jié)構(gòu)。其作為增強(qiáng)材料，具有設(shè)計(jì)方便、抗沖擊性強(qiáng)、容易成型復(fù)雜形狀構(gòu)件等優(yōu)點(diǎn)，而且在硅酸鹽或氯化物中不易受腐蝕，容重比鋼筋小。

單純的采用三維間隔織物增強(qiáng)仍有不足之處，中國專利CN 103086740 A一種三維間隔織物增強(qiáng)無機(jī)防火泡沫保溫板及其制備方法，用三維間隔織物增強(qiáng)無機(jī)材料板，雖然能在一定程度上提高保溫板的力學(xué)強(qiáng)度，但增強(qiáng)效果并不明顯，耐久性差。一是受織物本身力學(xué)性能的限制，二是紗線內(nèi)外層纖維受力不均，三是由于紗線直接暴露在水泥基材料中，容易受到磨損和破壞。而三維間隔織物復(fù)合樹脂，能夠有效解決上述問題，自身力學(xué)強(qiáng)度和彈性模量都大大提高，用于增強(qiáng)混凝土，可以顯著改善混凝土的力學(xué)性能，增強(qiáng)效果更加突出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明為了解決水泥基材料脆性大，易開裂，抗折強(qiáng)度低的問題，提出一種用三維間隔織物復(fù)合樹脂增強(qiáng)水泥基材料的方法，制備出一種強(qiáng)度高，不易開裂，耐腐蝕，抗變形能力強(qiáng)，整體性能優(yōu)越的水泥基復(fù)合材料。

技術(shù)方案：本發(fā)明一種一種三維間隔織物增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料及其制備方法，是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種三維間隔織物增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，是將三維間隔織物復(fù)合樹脂作為增強(qiáng)體骨架，與水泥基材料復(fù)合增強(qiáng)而獲得。

三維間隔織物增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料所用三維間隔織物是由上、下面層和間隔絲層組成。

三維間隔織物的總厚度為3～65mm，上面層的厚度為0.5～5mm，下面層的厚度為0.5～5mm，間隔絲層的厚度為2～55mm。

所述的水泥基材料是由水泥膠凝材料、水和添加劑組成，可以是普通的水泥混凝土，也可以是泡沫混凝土。

所述的水泥是硅酸鹽水泥、高鋁水泥、硫鋁酸鹽水泥中的一種或幾種；所述的添加劑是減水劑、引氣劑、膨脹劑中的一種或幾種。

三維間隔織物的面層纖維可以是無機(jī)纖維，如玻璃纖維，玄武巖纖維，碳纖維等，也可以是有機(jī)纖維，如聚乙烯、PET、尼龍、芳綸、聚酯樹脂纖維等，或是上述兩種或幾種纖維混雜編織而成；間隔絲層是滌綸單絲、丙綸單絲、錦綸單絲、乙綸單絲中的一種。

所述的三維經(jīng)編間隔織物的表面層是網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，網(wǎng)孔形狀是等邊三角形、菱形、矩形、正六邊形中的一種，每平方厘米網(wǎng)孔個(gè)數(shù)在0.4～7.5之間。

所述的樹脂是環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚酰亞胺樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、熱固性樹脂、聚氨酯樹脂、熱塑性樹脂中的一種。所述熱固性樹脂是呋喃類樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、聚丁二烯樹脂、有機(jī)硅脂中的一種；所述熱塑性樹脂是聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯、ABS樹脂、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰亞胺、聚砜、聚砜醚、聚芳醚酮、聚苯硫醚中的一種。

一種三維間隔織物增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料及其制備方法，包括以下步驟：

第一步：選擇三維間隔織物，水泥膠凝材料和外加劑。

第二步：將三維間隔織物放入模具中，在模具中固定形狀，利用樹脂傳遞模塑成型技術(shù)，使三維間隔織物與樹脂復(fù)合，得到三維間隔織物復(fù)合材料骨架。

第三步：將水泥膠凝材料、水、外加劑混合攪拌均勻，澆筑于第二步得到的三維間隔織物復(fù)合材料骨架中。

第四步：振蕩模具，使混合料漿充分填充三維間隔織物。養(yǎng)護(hù)硬化，脫模即制得所述復(fù)合材料。

本發(fā)明對(duì)比以往技術(shù)具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)

(1)將三維間隔織物應(yīng)用到無機(jī)材料中，拓寬了三維間隔織物新的應(yīng)用領(lǐng)域，找到了 三維間隔織物與無機(jī)材料的結(jié)合點(diǎn)。

(2)三維間隔織物增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料具有整體性好、強(qiáng)度高、變形小、不易開裂的特點(diǎn)?，F(xiàn)有水泥基增強(qiáng)材料中，短纖維在基體中分布不均勻，補(bǔ)強(qiáng)效果差；連續(xù)長纖維或是網(wǎng)格布只能在二維方向上增強(qiáng)水泥基材料。而本發(fā)明采用的三維間隔織物是整體編織成型的立體結(jié)構(gòu)，不存在分布不均勻的問題，而且能夠在三維方向上提高水泥基材料的性能。

(3)三維間隔織物具有良好的柔韌性和可變形性，可以根據(jù)施工要求復(fù)合成型各種形狀復(fù)雜的建筑構(gòu)件。同時(shí)，三維間隔織物可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，面密度、間隔絲高度和網(wǎng)孔大小都可以設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)，能夠滿足不同性能的需求。

(4)三維間隔織物復(fù)合樹脂，使增強(qiáng)體本身即為復(fù)合材料，與單純用三維間隔織物增強(qiáng)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：能夠使紗線內(nèi)外層纖維粘結(jié)在一起，避免纖維受力不均；同時(shí)在纖維表面形成保護(hù)層，有效減少纖維的磨損和破壞；三維間隔織物復(fù)合樹脂后，力學(xué)強(qiáng)度和彈性模量都大大提高，比單純用三維間隔織物增強(qiáng)效果更加突出，性能更加優(yōu)異。

附圖說明

圖1為三維經(jīng)編間隔織物增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的示意圖，形狀不限于本示意圖所示。

其中有三維間隔織物和有機(jī)發(fā)泡材料。三維間隔織物包括上面層1、間隔絲層2和下面層3，4為普通水泥混凝土或泡沫混凝土填充材料。

具體實(shí)施方式

下面給出本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，但所述的具體實(shí)施例不限制本發(fā)明權(quán)利要求。

實(shí)施例1

第一步：選取原材料。三維間隔織物由PET纖維織造而成，厚度為20mm；選用樹脂為不飽和聚酯樹脂；膠凝材料為42.5R硅酸鹽水泥，外加劑為萘系減水劑。水灰比為0.54，水泥與減水劑的質(zhì)量比為100∶1.2。

第二步：三維間隔織物放入模具中，在模具中固定形狀，利用樹脂傳遞模塑成型技術(shù)，使三維間隔織物與樹脂復(fù)合，得到三維間隔織物復(fù)合材料骨架。

第三步：將水泥膠凝材料、水、外加劑按比例混合攪拌均勻，澆筑于第二步得到的三維間隔織物復(fù)合材料骨架中。

第四步：振蕩模具，使混合料漿充分填充三維間隔織物。凝固硬化，脫模并放置于溫度20±2℃，相對(duì)濕度60±5％的環(huán)境中自然養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)至適齡。

測(cè)得其性能結(jié)果如下：該三維間隔織物復(fù)合樹脂增強(qiáng)水泥基材料的抗壓強(qiáng)度為 83.7MPa，抗彎強(qiáng)度為19.3MPa，防火等級(jí)為A2級(jí)。

相同配比下，單純用三維間隔織物增強(qiáng)水泥基材料的抗壓強(qiáng)度為61.4MPa，抗彎強(qiáng)度為11.8MPa，防火等級(jí)為A2級(jí)。

相同配比下，未增強(qiáng)的水泥基材料的抗壓強(qiáng)度為45MPa，抗彎強(qiáng)度為5.7MPa，防火等級(jí)為A2級(jí)。

三維間隔織物復(fù)合樹脂增強(qiáng)泡沫混凝土比單純用間隔織物增強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度提高36％，抗彎強(qiáng)度提高64％。

三維間隔織物復(fù)合樹脂增強(qiáng)泡沫混凝土比未增強(qiáng)的泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度提高86％，抗彎強(qiáng)度提高238％。

實(shí)施例2

第一步：選取原材料：三維間隔織物由玻璃纖維織造而成，厚度為15mm；選用樹脂為環(huán)氧樹脂；水泥基材料為泡沫混凝土，膠凝材料為硫鋁酸鹽水泥，發(fā)泡劑為雙氧水，外加劑是萘系減水劑和穩(wěn)泡劑。設(shè)計(jì)泡沫混凝土的容重為300kg/m3，水灰比為0.54。

第二步：三維間隔織物放入模具中，在模具中固定形狀，利用樹脂傳遞模塑成型技術(shù)，使三維間隔織物與樹脂復(fù)合，得到三維間隔織物復(fù)合材料骨架。

第三步：將水泥膠凝材料、水、減水劑、穩(wěn)泡劑按比例混合攪拌，形成均勻料漿；然后將發(fā)泡劑加入料漿中，攪拌均勻后澆筑于第二步得到的三維間隔織物復(fù)合材料骨架中。

第四步：振蕩模具，使混合料漿充分填充三維間隔織物。凝固硬化，脫模并放置于溫度20±2℃，相對(duì)濕度60±5％的環(huán)境中自然養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)至適齡。

測(cè)得其性能結(jié)果如下：該三維間隔織物復(fù)合樹脂增強(qiáng)泡沫混凝土的容重為315kg/m3，抗壓強(qiáng)度為2.02MPa，抗彎強(qiáng)度為0.98MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.073W/(m.k)。

相同配比下，單純用三維間隔織物增強(qiáng)泡沫混凝土的容重為308kg/m3，抗壓強(qiáng)度為1.23MPa，抗彎強(qiáng)度為0.51MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.68MPa。

相同配比下，未增強(qiáng)的泡沫混凝土的容重為300kg/m3，抗壓強(qiáng)度為0.73MPa，抗彎強(qiáng)度為0.24MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.066W/(m.k)。

三維間隔織物復(fù)合樹脂增強(qiáng)泡沫混凝土比單純用間隔織物增強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度提高64％，抗彎強(qiáng)度提高91％，而容重和導(dǎo)熱系數(shù)基本不變。

三維間隔織物復(fù)合樹脂增強(qiáng)泡沫混凝土比未增強(qiáng)的泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度提高176％，抗彎強(qiáng)度提高308％，而容重和導(dǎo)熱系數(shù)基本不變。