复合结构材料及其骨料制造技术

由骨料在基质内形成的复合结构材料，所述骨料是颗粒材料，其中每一个颗粒包括至少三个由中心毂向外延伸的呈放射状的腿。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及此类复合结构材料，其在基质(例如胶结相)中保持有骨料相，还涉及能形成改进的复合结构材料的骨料的新的构造。专利技术背景已知使用骨料(aggregate)的复合结构材料，它们提供比单独的基质(没有骨料)具有更大强度的复合结构材料。混凝土是这种复合结构材料的典型例子。有多种类型的混凝土可用，它们通过改变主要成分的比例而产生，以使得最终产物通过不同的强度、密度或化学和热阻性质适应其应用。典型地，混凝土包括胶结粘合剂和骨料，胶结粘合剂与水以及通常与细颗粒材料(例如砂子)一起形成基质，骨料为粗颗粒材料形式，例如砂砾、碎石(例如石灰石或花岗石)、碎矿渣或再生玻璃。典型地，骨料是大体上球形的并且具有合理的较大密度。胶结粘合剂，通常简单地被称为“水泥”，通常是硅酸盐水泥(Portlandcement)，虽然其它胶结材料例如粉煤灰和矿渣水泥也可以作为骨料的粘合剂。水然后与粘合剂和骨料的干燥复合物混合，产生工作者能使之成型(通常是通过将它倒入模型或模具中)的半流质。还可以加入化学添加剂以获得不同的性质。例如，这些添加剂可以加快或减慢混凝土硬化的速度，并且可以赋予其它有用的性质。混凝土然后通过化学过程凝固并硬化，所述化学过程被称为水合作用，其中水与水泥反应，将其它组分粘合在一起，产生坚固的、“石头样的”复合结构材料。混凝土具有相对高的抗压强度，但抗张强度低得多。因为这个原因，通常用具有强张力的材料(通常是钢)对混凝土进行加强。而且，混凝土的弹性在低应力水平下相对恒定，但在高应力水平下，由于常常出现基质开裂，混凝土的弹性开始减小。混凝土具有非常低的热膨胀系数，并且随着它的成熟趋向于收缩。因此，由于收缩和张力的原因，所有混凝土结构趋向于某种程度的开裂。不同混凝土成分的混合物产生不同的强度，通常以psi或MPa测量，而不同强度的混凝土用于不同的目的。例如，当混凝土必须是轻质的时候，可以使用非常低强度(15MPa或更低)的混凝土。轻质混凝土通常通过加入空气、泡沫或轻质骨料获得，其常规副作用是强度降低。对于大部分常规使用来说，使用20MPa到30MPa的混凝土。然而，35MPa的混凝土也是容易商购获得的，它作为一种更耐用的，虽然更昂贵的选择，通常用于较大的土建项目。35MPa以上的强度用于特定的建筑构件，例如，高层混凝土建筑物的较低层柱可以使用80MPa或更高强度的混凝土，以保持小的柱尺寸。桥梁可以使用70MPa混凝土的长梁以减少所需跨度的数量。偶尔，其它结构需要可能要求甚至更高强度的混凝土。例如，如果结构必须是刚性的，可以指定非常高强度的混凝土，甚至比承受工作负荷所需的强度强得多。为此，高达130MPa的强度已投入商业使用。由于硬化产品中的空隙的存在不利地并显著地影响混凝土的强度，因此，重要的是在混凝土混合物的硬化过程中达到最大的可能密度。这要求混凝土混合物具有足够的“可加工性”以允许理想地仅仅使用合理的工作(震动)量实现几乎完全压实。混凝土中空隙的存在减小了它的密度，并且大大地降低了强度—例如，5％的空隙可以使强度降低差不多30％。而且，从混凝土混合物易于放置、形成和压实的角度来说，花费的劳动、最终产品的质量和获得特定类型产品的能力都受到混凝土混合物的可加工性的影响。硬化前混凝土混合物的可加工性(通常被简单地视为是其“湿润度”的测量值)因此实际上是为了克服混凝土的各个组分之间的摩擦力以允许完全压实并除去所有空隙，并且没有不希望的泌水或离析所需的内部功的函数。已知的对混凝土混合物的可加工性进行数值测量的技术是“坍落度试验”，通常被执行以对于混凝土混合物流动的容易程度来检查新制备的混凝土混合物的稠度。坍落度试验检查压实的倒锥形(被称为“坍落度试验锥”或“艾布拉姆斯(Abrams)锥”)混凝土在重力作用下的行为。锥桶被放置在硬的非吸收性的表面上，分三个阶段装入新制的混凝土，每次都用标准尺寸的棒捣实。将该锥桶小心垂直上移，以便于不破坏混凝土锥体，混凝土随后沉降。该沉降被称为“坍落度”，如果坍落度<100mm，则测量精确到5mm，如果坍落度>100mm，则测量精确到10mm。坍落的混凝土具有不同的形状，根据坍落的混凝土的外形，坍落被称为“正常坍落(trueslump)”、“剪切坍落(shearslump)”或“崩陷坍落(collapseslump)”。如果结果是剪切坍落或崩陷坍落，取新的样品重复测试。崩陷坍落表明混合物过于湿润。在测试中，只有正常坍落是有用的。非常干的混合物，具有0-25mm范围的坍落度，往往用来筑路，并且是低可加工性的混合物；具有10-40mm范围的坍落度的混合物往往用于轻度加强的地基，并且是中等可加工性的混合物；而具有50-100mm范围坍落度的混合物用于通过震动置放的普通钢筋混凝土，并且被认为是高可加工性的混凝土混合物。通常，混凝土混合物中骨料的体积的增加降低可加工性，传统的观点是使用光滑圆润的骨料提高可加工性(而如果使用有棱角的和粗糙的骨料，则会降低可加工性)。骨料的尺寸越大，润滑它所需的水越少，这意味着多余的水应可用在可加工性上。就这一点来说，与无孔骨料相比，多孔骨料也需要更多的水以达到相同的可加工性。多年来认为在混凝土中使用回收材料作为骨料是有利的，以帮助实现回收废弃材料(例如塑料废弃材料)的社会意愿，避免自然资源(例如砂砾和碎石)的过度使用，以及理所当然地提供更轻的、更坚固的和更易于使用的混凝土。授予J.S.Sweeney的美国专利5209968是复合结构材料的一个实例，它是由轻质颗粒废料或废弃塑料骨料与胶结粘合剂粘合在一起，尽管结构的核心组成部分还包括使用纤维状非织造网作为骨料的外部复合材料层。核心组成部分的塑料骨料据称是由大体上球形，即类似于混凝土所用的典型砂砾骨料的形状的发泡聚苯乙烯珠形成的。授予R.L.Nicholls的美国专利4778718是复合结构材料的另一个实例，它具有用塑料骨料加强的胶结基质，这次是均匀分布于其中的塑料织物的形式。本专利技术意在提供新形状的骨料，它能够形成比典型的复合结构材料更轻，但仍然显示出所希望的可加工性和强度的复合结构材料。专利技术简述本专利技术提供由骨料在基质内形成的复合结构材料，该骨料是颗粒材料，其中每个颗粒包括至少三个由中心毂(hub)向外延伸的呈放射状的腿(radiallegs)。本专利技术还提供适用于这样的复合结构材料的骨料，该骨料是颗粒材料，其中每个颗粒包括至少三个由中心毂向外延伸的呈放射状的腿。每个骨料颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由骨料在硬质基质内形成的复合结构材料，所述骨料是颗粒材料，其中每一个颗粒包括至少三个由中心毂向外延伸的呈放射状的腿。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.29 AU 2013101024;2014.04.04 AU 20149012261.一种由骨料在硬质基质内形成的复合结构材料，所述骨料是颗粒材料，其中每
一个颗粒包括至少三个由中心毂向外延伸的呈放射状的腿。
2.根据权利要求1的复合结构材料，包括大约0.1％到25.0％体积比的量的骨料。
3.根据权利要求1的复合结构材料，包括大约0.5％到20.0％体积比的量的骨
料。
4.根据权利要求1的复合结构材料，包括大约1.0％到15.0％体积比的量的骨料。
5.根据权利要求1的复合结构材料，包括大约2.0％到7.5％体积比的量的骨料。
6.根据权利要求1的复合结构材料，包括大约2.5％到5.0％体积比的量的骨料。
7.根据权利要求1-6任一项的复合结构材料，其中骨料颗粒具有三个腿、四个
腿、五个腿、六个腿、七个腿、八个腿、九个腿或十个腿。
8.根据权利要求7的复合结构材料，其中骨料颗粒具有六个腿。
9.根据权利要求1-8任一项的复合结构材料，其中一些或所有腿由中心毂向外对
称地呈放射状地延伸。
10.根据权利要求1-8任一项的复合结构材料，其中一些或所有腿由中心毂向外对
称地呈放射状地延伸，形成三维骨料颗粒。
11.根据权利要求1-10任一项的复合结构材料，其中腿具有相同的尺寸和形状。
12.根据权利要求1-10任一项的复合结构材料，其中一个或多个腿与其它腿具有
不同的尺寸和/或形状。
13.根据权利要求1-12任一项的复合结构材料，其中腿是圆柱形的、圆锥形的或
截头圆锥形的，其中圆锥形和截头圆锥形形式的直径在远离中心毂的方向上减小。
14.根据权利要求13的复合结构材料，其中一些腿是圆柱形的形状，并且一些腿
是截头圆锥形的形状。
15.根据权利要求1-14任一项的复合结构材料，其中腿的自由端具有平面、或曲
面(为凸面或凹面)、球状球形顶端、或者是尖的。
16.根据权利要求1-15任一项的复合结构材料，其中所有腿具有相同的长度。
17.根据权利要求1-16任一项的复合结构材料，其中腿长度在3mm到20mm范围
内。
18.根据权利要求1-17任一项的复合结构材料，其中中心毂具有大体上球形的形
状、大体上圆柱形的形状或大体上立方体形的形状。
19.根据权利要求18的复合结构材料，其中中心毂是大体上球形的并且具有在
1mm到10mm范围内的直径。
20.根据权利要求18的复合结构材料，其中中心毂是大体上圆柱形的并且具有在
1mm到10mm范围内的宽度。
21.根据权利要求1-20任一项的复合结构材料，其中腿在最接近中心毂的位置处
的直径等于或小于中心毂的直径/宽度。
22.根据权利要求21的复合结构材料，其中腿...

【专利技术属性】
技术研发人员：西雷·斯蒂芬，
申请(专利权)人：西尔斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU