本發(fā)明涉及建筑施工，具體涉及一種應(yīng)力可調(diào)的復(fù)合材料板材及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、fe-sma(鐵基形狀記憶合金)因其獨特的形狀記憶效應(yīng)和優(yōu)異的力學(xué)性能，近年來在土木工程結(jié)構(gòu)加固中得到了廣泛應(yīng)用。fe-sma的形狀記憶效應(yīng)使其能夠在加熱至一定溫度后恢復(fù)到預(yù)設(shè)的形狀，并在此過程中引入預(yù)應(yīng)力，從而顯著提高被加固結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性。fe-sma材料通過加熱激活后，在冷卻至室溫的過程中能夠保持預(yù)設(shè)的形狀，并且在外部荷載作用下仍能維持預(yù)應(yīng)力。這一特點使得fe-sma在長期加固中表現(xiàn)出色。例如，soroushian等人在密歇根州的一座橋梁修復(fù)項目中，成功地應(yīng)用了fe-sma板層來控制橋梁剪切裂縫的擴展。通過錨桿錨固裝置固定fe-sma板層，并結(jié)合加熱激活，fe-sma有效地引入了預(yù)應(yīng)力，顯著延長了橋梁的使用壽命。這種加固效果不僅在短期內(nèi)穩(wěn)定，還具有長期耐久性，尤其適用于承受動態(tài)荷載的橋梁、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施。

2、與傳統(tǒng)材料相比，fe-sma材料能夠在特定溫度下激活并恢復(fù)其預(yù)設(shè)形狀，這為結(jié)構(gòu)加固帶來了靈活性。通過對fe-sma材料進(jìn)行局部加熱，可以在特定位置引入預(yù)應(yīng)力，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的局部加強和整體性能優(yōu)化。此外，fe-sma材料的高溫穩(wěn)定性和抗疲勞性能使其在需要長期承載和抗疲勞的工程結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。wu等人的研究表明，fe-sma板層在鋼結(jié)構(gòu)加固中表現(xiàn)出了優(yōu)異的疲勞壽命，在長期荷載下依然能夠保持預(yù)應(yīng)力，有效提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。

3、fe-sma材料在土木工程結(jié)構(gòu)加固中具有獨特的形狀記憶效應(yīng)，能夠通過加熱激活引入預(yù)應(yīng)力，從而大幅提升結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性。其溫度響應(yīng)性和高溫穩(wěn)定性使其在動態(tài)荷載條件下表現(xiàn)出色，尤其適用于橋梁、隧道等需要長期穩(wěn)定性的基礎(chǔ)設(shè)施加固。然而，在與其他材料如ecc結(jié)合使用時，fe-sma的加熱激活過程可能會對其結(jié)合界面產(chǎn)生影響，這需要進(jìn)一步的設(shè)計優(yōu)化來解決。

4、ecc(工程水泥基復(fù)合材料)是一種高性能水泥基材料，以其優(yōu)異的抗裂性能和延展性而著稱。ecc通過在水泥基體中引入少量的短切纖維(如pva纖維)，顯著提高了材料的抗拉強度和韌性，使其在土木工程結(jié)構(gòu)加固和修復(fù)中得到了廣泛應(yīng)用。ecc材料的突出特點是其在承受荷載時能夠形成多道微裂縫，而不是像傳統(tǒng)混凝土那樣產(chǎn)生少量的大裂縫。這種多裂縫行為有效限制了裂縫的寬度，顯著提高了材料的延展性和抗裂性能?？道蚱嫉难芯匡@示，ecc與frp結(jié)合用于加固鋼筋混凝土梁，不僅提升了梁的承載力，還有效控制了裂縫的發(fā)展，延長了結(jié)構(gòu)的使用壽命。這一特性使得ecc在承受反復(fù)荷載或地震作用的結(jié)構(gòu)中，能夠提供更好的抗裂保護(hù)，減少裂縫擴展的風(fēng)險。

5、ecc材料的高延展性使其在極端荷載條件下仍能保持良好的整體性，避免了傳統(tǒng)混凝土在破壞時的脆性失效。此外，ecc材料還具有一定的自愈合能力，在適當(dāng)條件下能夠修復(fù)自身的微裂縫，從而恢復(fù)部分力學(xué)性能。這種自愈性在長期使用中尤為重要，有助于延緩材料性能的退化。楊珊的研究表明，ecc材料在高溫下雖然表現(xiàn)出一定的力學(xué)性能下降，但其在常溫下的自愈合能力有助于在一定程度上恢復(fù)其抗裂性和強度。ecc不僅具有優(yōu)異的抗裂和延展性能，還能夠根據(jù)具體的工程需求進(jìn)行配方調(diào)整，以適應(yīng)不同的環(huán)境條件和功能需求。例如，ecc材料可以通過調(diào)整纖維類型和比例來優(yōu)化其抗拉強度、抗彎性能和耐久性，使其適用于橋梁、隧道、地震區(qū)的建筑物等多種場景?？道蚱嫉难芯恐?，ecc與frp筋結(jié)合形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下表現(xiàn)出較好的承載力和抗裂性，這種組合在抗震性能和高溫環(huán)境下的應(yīng)用前景廣闊。

6、盡管fe-sma和ecc各自在結(jié)構(gòu)加固與修復(fù)中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，但兩者在實際應(yīng)用中的結(jié)合存在技術(shù)挑戰(zhàn)。fe-sma在加熱激活過程中可能引發(fā)界面處的應(yīng)力集中，特別是在與ecc結(jié)合時，由于ecc對高溫的敏感性，可能導(dǎo)致其力學(xué)性能下降，從而影響復(fù)合材料的整體性能。如何在fe-sma加熱激活的過程中保護(hù)ecc材料，減少熱傳導(dǎo)對ecc性能的不利影響，同時確保兩者之間的結(jié)合強度和長期穩(wěn)定性，是本發(fā)明所要解決的核心問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，現(xiàn)提供一種應(yīng)力可調(diào)的復(fù)合材料板材及其制備方法，以解決針對fe-sma與ecc結(jié)合的復(fù)合材料，在加熱激活fe-sma過程中，由于ecc對高溫的敏感性，可能導(dǎo)致其力學(xué)性能下降，從而影響復(fù)合材料的整體性能的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，提供一種應(yīng)力可調(diào)的復(fù)合材料板材，包括：

3、ecc板層，所述ecc板層具有一正面和一背面；

4、鋪設(shè)于所述ecc板層的背面的夾心板，所述夾心板包括cfrp板層和fe-sma板層，所述fe-sma板層的相對兩側(cè)分別粘接有所述cfrp板層，所述fe-sma板層的中部設(shè)置有加強區(qū)段，所述fe-sma板層的相對兩端設(shè)置有錨固區(qū)段，所述加強區(qū)段與所述錨固區(qū)段之間形成加熱激活區(qū)段，所述cfrp板層包括粘接于所述加強區(qū)段的加強板段和粘接于所述錨固區(qū)段的錨固板段，所述錨固板段通過錨固件固定安裝于所述背面；

5、耐火隔離層，墊設(shè)于所述加熱激活區(qū)段和所述背面之間。

6、進(jìn)一步的，所述夾心板設(shè)置于所述背面的中部。

7、進(jìn)一步的，所述錨固區(qū)段和所述錨固板段分別開設(shè)有穿孔，所述錨固件穿設(shè)于所述錨固區(qū)段和所述錨固板段的穿孔中且錨固于所述ecc板層。

8、進(jìn)一步的，所述穿孔的數(shù)量為多個，多個所述穿孔呈矩陣式排布。

9、進(jìn)一步的，所述cfrp板層通過粘接劑粘接于所述fe-sma板層。

10、進(jìn)一步的，所述耐火隔離層通過高溫耐火粘接劑粘接于所述背面。

11、進(jìn)一步的，所述耐火隔離層為陶瓷纖維布層、高溫硅膠層、或石墨片層。

12、本發(fā)明提供一種應(yīng)力可調(diào)的復(fù)合材料板材的制備方法，包括以下步驟：

13、于ecc板層的相對兩端鋪設(shè)耐火隔離層；

14、于fe-sma板層的相對兩側(cè)分別粘接cfrp板層以形成夾心板，使得所述cfrp板層的加強板段粘接于所述fe-sma板層的加強區(qū)段、所述cfrp板層的錨固板段粘接于所述fe-sma板層的錨固區(qū)段；

15、將所述夾心板鋪設(shè)于所述ecc板層的背面，使得所述耐火隔離層墊設(shè)于所述加熱激活區(qū)段和所述背面之間；

16、對所述fe-sma板層的加熱激活區(qū)段進(jìn)行掃描式加熱，使得所述fe-sma板層的加熱激活區(qū)段均勻激活。

17、進(jìn)一步的，所述加熱激活區(qū)段的加熱溫度為200℃。

18、本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明的應(yīng)力可調(diào)的復(fù)合材料板材，通過在fe-sma與ecc之間引入隔熱層或frp材料，并采用粘結(jié)與機械錨固相結(jié)合的方式，確保復(fù)合材料在高溫環(huán)境下依然具備優(yōu)異的力學(xué)性能和長期耐久性。本發(fā)明的應(yīng)力可調(diào)的復(fù)合材料板材，不僅能夠充分發(fā)揮fe-sma的形狀記憶效應(yīng)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力調(diào)節(jié)，還能在高溫環(huán)境下保護(hù)ecc材料，提升整體結(jié)構(gòu)的使用壽命和安全性。

技術(shù)特征：

1.一種應(yīng)力可調(diào)的復(fù)合材料板材，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力可調(diào)的復(fù)合材料板材，其特征在于，所述夾心板設(shè)置于所述背面的中部。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)力可調(diào)的復(fù)合材料板材，其特征在于，所述錨固區(qū)段和所述錨固板段分別開設(shè)有穿孔，所述錨固件穿設(shè)于所述錨固區(qū)段和所述錨固板段的穿孔中且錨固于所述ecc板層。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)力可調(diào)的復(fù)合材料板材，其特征在于，所述穿孔的數(shù)量為多個，多個所述穿孔呈矩陣式排布。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力可調(diào)的復(fù)合材料板材，其特征在于，所述cfrp板層通過粘接劑粘接于所述fe-sma板層。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力可調(diào)的復(fù)合材料板材，其特征在于，所述耐火隔離層通過高溫耐火粘接劑粘接于所述背面。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)力可調(diào)的復(fù)合材料板材，其特征在于，所述耐火隔離層為陶瓷纖維布層、高溫硅膠層、或石墨片層。

8.一種如權(quán)利要求1～7中任意一項所述的應(yīng)力可調(diào)的復(fù)合材料板材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述加熱激活區(qū)段的加熱溫度為200℃。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種應(yīng)力可調(diào)的復(fù)合材料板材及其制備方法，包括：ECC板層；鋪設(shè)于ECC板層的背面的夾心板，夾心板的Fe?SMA板層的相對兩側(cè)分別粘接有夾心板的CFRP板層，F(xiàn)e?SMA板層的中部設(shè)置有加強區(qū)段，F(xiàn)e?SMA板層的相對兩端設(shè)置有錨固區(qū)段，加強區(qū)段與錨固區(qū)段之間形成加熱激活區(qū)段，CFRP板層包括粘接于加強區(qū)段的加強板段和粘接于錨固區(qū)段的錨固板段，錨固板段通過錨固件固定安裝于背面；耐火隔離層，墊設(shè)于加熱激活區(qū)段和背面之間。本發(fā)明解決了針對Fe?SMA與ECC結(jié)合的復(fù)合材料，在加熱激活Fe?SMA過程中，由于ECC對高溫的敏感性，可能導(dǎo)致其力學(xué)性能下降，從而影響復(fù)合材料的整體性能的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：張普,李昊翔,魯鑫東,劉燁,董志強,朱虹
受保護(hù)的技術(shù)使用者：鄭州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19