多纤维层增强的水泥基复合材料及其应用方法技术

本发明专利技术提供环境友好型多纤维层增强的水泥基复合材料(FRCM)，纳米颗粒进一步加强该FRCM。FRCM用于钢筋混凝土建筑的结构强化和/或修复。FRCM由多纤维层和水泥基基体组成，多纤维层作为负荷承载和裂纹控制部件，水泥基基体作为纤维层的基床。水泥基基体的主成分基于粒化高炉矿渣粉(GGBS)和回收型碎玻璃，因此是环境友好的。添加某些添加物，包括纳米颗粒、超塑化剂、羟丙基甲基纤维素和淀粉醚，从而获得适用于应用需求的可施工性和流变性，并得以加强新拌性能、机械性能和/或耐久性。此外，指定用途为负荷承载和裂纹控制的人造纤维和自然纤维嵌入到水泥基基体中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及建筑领域，且尤其涉及纤维增强的水泥基复合材料(fabricreinforcedcementitiousmatrix，FRCM)及其应用方法。
技术介绍
钢筋混凝土结构最常见的退化表现为钢筋腐蚀。其通常伴随有混凝土保护层的开裂剥落。这不仅弱化了结构安全系数，也将耐火性弱化到低于设计值。因此需要有适当的强化/修复作业。目前存在数种可用于腐蚀的钢筋混凝土结构的强化/修复技术。它们包括(i)螺栓连接作为附加钢筋的外部钢板，(ii)去除腐蚀的钢筋，并用一新的钢筋取而代之，(iii)使用已流行用于结构强化和/或修复的纤维增强型聚合物(fibrereinforcedpolymer，FRP)薄片。然而，上述各种方法均有一定局限。例如，需要对附加的外部钢板做额外保护，从而防止其腐蚀；由于有机粘结剂(通常为聚环氧树脂)的耐火性差，含有该粘合剂的FRP耐火性差，因此需要注意抗火；以及，更换腐蚀的钢筋耗费劳力。因此，需要有一种创新性的修复/强化材料。
技术实现思路
本专利技术提供环境友好型多纤维层增强的水泥基复合材料(FRCM)，纳米颗粒进一步加强该FRCM。FRCM用于钢筋混凝土建筑的结构强化和/或修复。FRCM由多纤维层和水泥基基体组成，多纤维层作为负荷承载和裂纹控制部件，水泥基基体作为纤维层的基床(bedding)。水泥基基体主要由可持续性的固体材料制备得到，以发展出环境友好活性；其中固体材料基于普通硅酸盐水泥，粒化高炉矿渣粉(groundgranulatedblast-furnaceslag，GGBS)和回收型碎玻璃。添加某些添加物(包括纳米颗粒、超塑化剂、羟丙基甲基纤维素和淀粉醚)，从而获得适用于应用需求的可施工性和流变性。具体地，包括纳米二氧化硅颗粒和纳米黏土颗粒的纳米颗粒用于加强新拌性能(freshproperties)，机械性能和/或耐久性。此外，指定用途分别为负荷承载和裂纹控制的人造纤维和自然纤维嵌入到水泥基基体中。在一个方面，提供纤维增强的水泥基复合材料(FRCM)，其可包括水泥基基体和嵌入在水泥基基体内的多个纤维增强层。可通过粘合剂将FRCM应用于混凝土基底，其中嵌入在FRCM内的多个纤维增强层可用于负荷承载和裂纹控制。在另一方面，同样提供能够应用于混凝土基底的纤维增强的水泥基复合材料(FRCM)。FRCM可包括水泥基基体和嵌入在水泥基基体内的多个纤维增强层。该水泥基基体可包括重量百分比至少为70％的废料或回收材料，从而变得可持续发展。该多个纤维增强层可由用于负荷承载的一个或多个第一纤维层、以及用于裂纹控制的一个或多个第二纤维层构成，其中第一纤维层和第二纤维层分别邻近水泥基复合材料的内侧和外侧定位。在本专利技术的一些实施例中，水泥基基体还可包括纳米颗粒。例如，纳米二氧化硅颗粒和/或纳米黏土颗粒可用作改进FRCM的机械性能和新拌性能的纳米颗粒。在本专利技术的一些实施例中，由于水泥基基体采用废料或回收材料，因此FRCM为环境友好型。水泥基基体可基于粒化高炉矿渣粉和回收型碎玻璃开发制得。在另一方面，提供将纤维增强的水泥基复合材料应用于混凝土基底的方法，该方法可包括：在混凝土基底上施用粘合剂；在涂覆有粘合剂的混凝土基底上施用第一层水泥基基体；在第一层水泥基基体上敷设彼此间间隔开的多个纤维增强层；以及用另一第二层水泥基基体覆盖多个纤维增强层，以便将多个纤维增强层嵌入在水泥基基体中。此处，多个纤维增强层可包括用于负荷承载的一个或多个第一纤维层、以及用于裂纹控制的一个或多个第二纤维层。该方法可还包括：在每两个第一纤维层之间、每两个第二纤维层之间、和/或第一纤维层与第二纤维层之间施用厚度至少为5mm的一层水泥基基体，以使得纤维层和水泥基基体层相互交错。附图说明结合本专利技术的附图可更好地理解以下本公开中对各个实施例的详细描述，附图中相同结构用相同标号表示。附图中：图1是纤维增强的水泥基复合材料(FRCM)的示意图，其中FRCM通过粘合剂粘合到混凝土基底上；以及图2是如何将纤维增强的水泥基复合材料应用于混凝土基底的流程图。具体实施方式为更清楚地理解本专利技术的目的、技术方案和优点，将结合特定实施例和附图对本专利技术做进一步详细描述。应该理解的是，本文描述的这些特定实施方式仅用于解释本专利技术、而非限制本专利技术。本专利技术的各实施例提供多纤维层增强的水泥基复合材料(FRCM)，该FRCM既具有优良耐火性，又具有结构强化/修复作用。FRCM可包括主成分为废料或回收材料的水泥基基体，以及包括嵌入在水泥基基体内，用于为混凝土结构提供负荷承载功能和裂纹控制功能的多个纤维增强层。此类FRCM为环境友好和可持续发展的。而且，由于充当FRCM主体结构的水泥基材料具有良好耐火性，且由于多个纤维增强层在FRCM内的排布，FRCM相对于其他强化/修复材料(例如FRP材料)来说，可体现出更好的固有耐火性能。此外，当纳米颗粒用作水泥基基体内的添加物时，FRCM可具备加强的机械性能、耐久性和新拌性能。参考图1，其是本专利技术一实施例中的FRCM10的示意图。FRCM10包括水泥基基体11，用于负荷承载的第一纤维层12和用于裂纹控制的第二纤维层13，其中第一纤维层12和第二纤维层13直接嵌入在水泥基基体11内，即水泥基基体11在无需使用任何专用试剂(specializedagent)的情况下充当两类纤维层的基床。图1也示出了与FRCM10粘合的混凝土基底20，FRCM通过由粘合剂形成的粘合层30粘合到混凝土基底上。这种情况下，水泥基基体11也充当粘合剂的基床，而不用使用其他专用组合物。如图1所示，该实施例中的FRCM可通过粘合剂应用于混凝土基底，其中多个纤维增强层(即，第一纤维层12和第二纤维层13)在应用过程中则直接嵌入到水泥基基体11内部。水泥基基体11与混凝土基底20相兼容，因此可简化FRCM10的表面处理。粘合剂可在无需使用高分子修饰的情况下改进FRCM的粘合强度，后续将解释粘合剂的一些具体实例配方。可替代地，假设待修复的混凝土基底足够粗糙的话，FRCM可直接应用于这样的混凝土基底，而无需使用任何粘合剂。上述纤维增强层具有指定用途。应该注意的是，至少两个各自具有其功能的纤维层包含在水泥基材料内部。具体地，FRCM内分别设置有用于负荷承载的一个或多个纤维层和用于裂纹控制的一个或多个纤维层。各层的数量取决于强化需求，该强化需求进一步以待修复本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维增强的水泥基复合材料，所述纤维增强的水泥基复合材料能够通过粘合剂应用于一混凝土基底，其特征在于，包括：水泥基基体和多个纤维增强层；其中所述多个纤维增强层嵌入在所述水泥基基体的内部。

【技术特征摘要】
2015.12.10 US 14/964,5981.一种纤维增强的水泥基复合材料，所述纤维增强的水泥基复合材料能
够通过粘合剂应用于一混凝土基底，其特征在于，包括：水泥基基体和多个纤
维增强层；其中所述多个纤维增强层嵌入在所述水泥基基体的内部。
2.根据权利要求1所述的纤维增强的水泥基复合材料，其特征在于，所
述多个纤维增强层包括用于负荷承载的一个或多个第一纤维层、以及用于裂纹
控制的一个或多个第二纤维层；一个或多个所述第一纤维层和一个或多个所述
第二纤维层在所述水泥基基体内彼此分隔开定位。
3.根据权利要求2所述的纤维增强的水泥基复合材料，其特征在于，所
述水泥基复合材料包括内表面和外表面，一个或多个所述第一纤维层邻近所述
水泥基复合材料的所述内表面定位，一个或多个所述第二纤维层邻近所述水泥
基复合材料的所述外表面定位。
4.根据权利要求2所述的纤维增强的水泥基复合材料，其特征在于，一
个或多个所述第一纤维层由编织的或非编织的人造玄武岩纤维或人造玻璃纤
维制成，和/或一个或多个所述第二纤维层由编织的或非编织的自然亚麻纤维
或自然棉纤维制成。
5.根据权利要求1所述的纤维增强的水泥基复合材料，其特征在于，所
述水泥基复合材料的厚度大致为10mm-40mm，且所述多个纤维层之间的间距
至少为4mm；和/或所述多个纤维层相对于所述水泥基复合材料的表面呈平行
设置。
6.根据权利要求1所述的纤维增强的水泥基复合材料，其特征在于，所
述水泥基基体通过混合水和固体材料制备得到；所述固体材料包括重量百分比
为30-40％的胶凝材料，重量百分比为60-70％的骨料，以及添加物；其中所述
添加物相对于所述固体材料的重量百分比为0.5-1.5％，且所述水与所述胶凝材
料的重量比的范围值为0.35-0.45。
7.根据权利要求6所述的纤维增强的水泥基复合材料，其特征在于，所

\t述胶凝材料由普通硅酸盐水泥和粒状高炉矿渣粉组成，所述骨料为回收型碎玻
璃；所述固体材料包括重量百分比为20-30％的普通硅酸盐水泥、重量百分比
为10-20...

【专利技术属性】
技术研发人员：李波，林忠财，陈斌猛，尹启泰，晏艺飞，林悦基，沈文龙，
申请(专利权)人：纳米及先进材料研发院有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81