一种FRP‑三维间隔织物增强水泥基复合材料布及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种FRP‑三维间隔织物增强水泥基复合材料布及其制造方法，该复合材料包括三维间隔织物和填充在所述三维间隔织物内的水硬性无机粉末部分，所述三维间隔织物包括疏织织布层、纤维丝层和密织织布层，所述水硬性无机粉末通过疏织织布层填充到三维间隔织物中，其特征在于：在所述疏织织布层的外表面还粘贴有一层FRP纤维布。该FRP‑三维间隔织物增强水泥基复合材料布不仅提高了原有三维间隔织物增强水泥基复合材料布的拉伸、弯曲、剪切强度，具有高的承载能力，可设计性强，而且具有优异的抗侵彻性能。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种基于三维间隔织物增强水泥基复合材料布的纤维增强树脂复合材料(FRP)/混凝土复合结构及其制造方法。属于建筑构件技术、军事防护领域。
技术介绍
：三维间隔织物增强水泥基复合材料布的概念在2005年在英国首次被Brewin和Crawford提出，并应用于实际生产，已成功应用于民用和军用工程领域。由于其快凝早强、像布一样柔软、可以铺设成任意形状、无需搅拌和模具成型、应用时仅需在其表面喷洒水即可、厚度仅3-20mm、施工方便、便与运输等优点，在山体护坡、水下管道保护、隧道保护、沟渠内衬、防护帐篷、等领域发挥了很好的作用。近几年我国有学者对其进行研究，从水泥基体改性，三维间隔织物格局两个方面来优化其材料整体力学性能，并在军事领域得到应用并申请了一种三维间隔织物增强水泥基复合材料布的专利。由于三维间隔织物增强水泥基复合材料布是将水泥粉体密实填充后加水硬化形成的复合材料布，虽然三维间隔织物的增强作用有效提高了水泥基材料的延展性，纤维布局在阻止水泥基进一步开裂方面起到一定的作用使其拉伸弯曲过程呈现多缝开裂模式。但是由于其独特的成型过程(即干粉填充、洒水硬化)，使其又有较低的密实度，从而导致较低的强度。而且三维间隔织物为表层面纱与中间桩纱编织结合，较为疏松，无论是表层织物还是三维间隔织物整体的拉伸弹性模量远低于水泥基体。在破坏初始阶段无法发挥织物的拉伸增强作用。因此三维间隔织物增强水泥基复合材料布的拉伸初裂强度很低，同样在弯曲破坏时，受拉面很容易开裂，导致其弯曲强度也很低。虽然后期有应变硬化趋势，但其整体强度依然很低。作为大幅面应用的水泥基薄层材料，其拉伸/弯曲强度很低，从而大大限制了三维间隔织物增强水泥基复合材料在建筑构件
的应用。而且现有三维间隔织物水泥基复合材料布较低防弹性能很大程度上限制了该材料在军事防护领域的应用，迫切需要提高三维间隔织物增强水泥基复合材料布的综合力学性能和防弹性能，但国内外尚未有相关研究。纤维增强复合树脂材料FRP(Fiber Reinforced Polymer)是由纤维增强的聚合物基质的复合材料，所述的纤维通常为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，通常利用环氧树脂，聚酯苯酚甲醛树脂等来复合作用，拉强度高，是一般钢筋的2至10倍，同时其密度只有钢材的1/5至1/3；此外其耐腐蚀抗疲劳性能好。FRP的商用开始二十世纪三十年代，最初用于航空领域，后在汽车、船舶、建筑、防弹装甲等领域得到利用。二十世纪八十年代后期，北美、日本、欧洲等一些发达国家对FRP在土木工程领域的应用研究才开始活跃。FRP可应用于任何需要减轻重量、精密工程、简化结构及生产和操作的设计方案。在建筑领域的应用主要集中于梁、柱、板。可用于结构修复和加固。拥有良好的可设计性，可根据工程需要采用不同种类的纤维材料及纤维含量和铺陈方式等不同工艺设计出不同强度指标、弹性模量及特殊性能需求的产品。将FRP应用在混凝土可以综合发挥两者的优势，即混凝土拥有较高的抗压强度和较低的成本，又拥有FRP高的抗拉强度，及良好的耐腐蚀抗疲劳性能。同时提高复合构件的在军事防护领域应用中的抗侵彻性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种FRP-三维间隔织物增强水泥基复合材料布及其制造方法。以期达到提高三维间隔织物增强水泥基复合材料布的综合力学性能以及抗侵彻性能，解决其拉伸强度和弯曲强度低的问题。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：一种FRP-三维间隔织物增强水泥基复合材料布，包括三维间隔织物和填充在所述三维间隔织物内的水硬性无机粉末部分，所述三维间隔织物包括疏织织布层、纤维丝层和密织织布层，所述水硬性无机粉末通过疏织织布层填充到三维间隔织物中，其特征在于：在所述疏织织布层的外表面还粘贴有一层FRP纤维布。所述FRP纤维布为碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等一种或多种纤维以多种形式编织的纤维布或无纬布。所选FRP纤维布的抗拉强度及拉伸弹性模量需大于或远大于混凝土帆布本身的拉伸弹性模量及拉伸强度。所述FRP纤维布与所述疏织织布层通过环氧树脂或者结构型聚氨酯进行粘接。所述水硬性无机粉末包含水泥基和添加剂，水泥为高铝水泥；添加剂为石膏。石膏为α型半水石膏粉末，比表面积为270m2/kg，因为是粉体成型，然后洒水渗透，石膏粉体的细度会提高粉末的水化效果。现有水硬性无机粉末配方：水泥基复合材料，由水泥和添加剂组成，其质量比例为水泥添加剂＝80～95:5～20水泥是硅酸盐水泥、高铝水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或几种，添加剂是减水剂、引气剂、膨胀剂中的一种或几种。与现有配方相比，本专利技术配方效果：提高了抗压强度、干燥收缩变形大幅度降低，即具有优异的体积稳定性。而低的干燥收缩变形不仅降低了材料收缩开裂的风险，而且利于FRP的复合增强，因为在养护过程中的收缩变形会导致表面的FRP承受压缩应力和应变，在使用过程中不利于发挥FRP的拉伸性能优势。高铝水泥主要矿物相为C12A7化合物(12CaO ·7Al2O3)，矿物相C12A7化合物其质量分数≥50％。高铝水泥的主要矿物相通常为CA(CaO ·Al2O3)长期抗压强度会发生倒缩现象，我们主要选用这种特定矿物相的高铝水泥，因为这种矿物相掺加石膏抗压强度高且强度发展稳定，尤其是体积稳定性好。所述疏织织布层、纤维丝层和密织织布层所用材料为涤纶纤维丝、尼龙纤维丝和聚丙烯纤维丝中的一种或几种纤维丝编织制成。一种FRP-三维间隔织物增强水泥基复合材料布的制造方法，其特征在于：具体制作步骤如下：1)三维间隔织物增强水泥基制备：将水硬性无机粉末按照配方搅拌均匀后填充至三维间隔织物中；2)结构复合：将FRP通过胶黏剂在混凝土帆布表面均匀涂胶，将准备好的FRP铺设在其表面，然后用辊子或其他工具按压FRP纤维布表面使其粘贴均匀，养护至胶黏剂固化；3)洒水硬化：向密织织布层的表面洒水，水透过密织织布层渗透到水硬性无机粉末，使其硬化。FRP-三维间隔织物增强水泥基复合材料布受力时FRP纤维层通过粘贴在三维间隔织物的表面，使FRP与三维间隔织物和硬化后的水硬性无机材料复合材料的各部分相互连接，共同承担力的作用。步骤2)和步骤3)可以调换，即可以在基体洒水硬化后再将FRP铺设在三维间隔织物的疏织织布层。当复合材料布承受子弹冲击时FRP纤维布层通过与三维间隔织物和水泥基体的粘结共同承担子弹的冲击。FRP纤维布与三维间隔织物增强水泥基复合材料布的界面通过胶黏剂粘结后还可以通过机械锚固，由于混凝土帆布为轻质且薄通常为大幅面，粘结后的还可以通过机械锚固，锚固装置可以根据实际情况及设计要求灵活布置，锚固后的FRP增强混凝土帆布复合结构能承受更高的荷载。本专利技术中，FRP纤维布是一种纤维或多种纤维以多种形式编织或复合而成，可分为经过树脂浸渍的、未经浸渍的或者浸渍后养护至半固化状态的纤维布，无论以哪一种形式，必须要有良好的可塑性以便与混凝土帆布表面贴合，因为混凝土帆布本身特点为洒水硬化前像布一样柔软可以铺设成任意形状，并在洒水硬化后保持该形状。三维增强水泥基复合材料布的表面，是指疏织织布层，需要将其表面清理干净使疏织织布层纤维网格清晰可见，但不能破坏纤维，当表面网格被破坏后会影响混凝土帆布本身的力学性能，而且表面纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种FRP‑三维间隔织物增强水泥基复合材料布，包括三维间隔织物和填充在所述三维间隔织物内的水硬性无机粉末部分，所述三维间隔织物包括疏织织布层、纤维丝层和密织织布层，所述水硬性无机粉末通过疏织织布层填充到三维间隔织物中，其特征在于：在所述疏织织布层的外表面还粘贴有一层FRP纤维布。

【技术特征摘要】
1.一种FRP-三维间隔织物增强水泥基复合材料布，包括三维间隔织物和填充在所述三维间隔织物内的水硬性无机粉末部分，所述三维间隔织物包括疏织织布层、纤维丝层和密织织布层，所述水硬性无机粉末通过疏织织布层填充到三维间隔织物中，其特征在于：在所述疏织织布层的外表面还粘贴有一层FRP纤维布。2.根据权利要求1所述的FRP-三维间隔织物增强水泥基复合材料布，其特征在于，所述FRP纤维布为碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维中一种，或上述多种纤维编织的纤维布或无纬布。3.根据权利要求1所述的FRP-三维间隔织物增强水泥基复合材料布，其特征在于，所述FRP纤维布与所述疏织织布层通过环氧树脂或者结构型聚氨酯进行粘接。4.根据权利要求1所述的FRP-三维间隔织物增强水泥基复合材料布，其特征在于，所述水硬性无机粉末包含高铝水泥和石膏，其质量比例为，高铝水泥：α型半水石膏= 65~75:25~35。5.根据权利要求4所述的FRP-三维间隔织物增强水泥基复合材料布，其特征在于，所述高铝水泥中矿物相C12A7化合物其质量分数≥50%。6.根据权利要求1所述的FRP-三维间隔织物增强水泥基复合材料布，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈惠苏，张方圆，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32