一种似声子晶体复合材料、其制备方法及其用途技术

本发明专利技术公开了一种似声子晶体复合材料、其制备方法及其用途，该材料以粒径为0.5‑3.0cm、非单一粒径的石子为散射体，外面包裹环氧树脂层，包裹厚度8‑10mm，包裹环氧树脂层的散射体，与水泥砂浆拌和浇注获得，其由一个多原胞构成一个聚合体，而且这聚合体呈周期分布，从而构成似声子晶体周期性结构复合材料，能打开50Hz以下的低频带隙，用于地铁的减振，有利于提高地铁减振效果，在具有推广应用价值。

A phononic crystal like composite material, its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种似声子晶体复合材料、其制备方法及其用途
本专利技术属于地铁减振材料
，具体涉及一种似声子晶体复合材料减振道床制作方法。
技术介绍
我国地铁目前正处在建设与运营并重的阶段，确保地铁运营安全，既是一项重要的民生工程，也是城市发展绿色经济的战略工程，关系到每个人的出行安全。事实上，由于地铁的动力传输系统——轮轨系统，使得地铁列车振动成为扰民因素，地铁列车运营引起的振动通过周围地层向外传播，进一步诱发建筑物的二次振动，对建筑物的结构安全以及居民的工作和日常生活都产生了相当程度的影响。产生这些问题的原因，是由我国的浅埋深地铁特点决定的。我国地铁的埋深大多在15m左右，属于浅埋地铁，地表浅层大多为第四系松软土层，而且地铁通常采用整体道床结构，为增加轨道的弹性，钢轨扣件采用双弹性垫层设计，即在钢轨和轨枕用之间扣件铁垫板下均设静刚度系数较小的橡胶垫板，地铁列车振动长期作用，致使地铁周边软弱土层的累积变形不断增大，大大增加了运营维护成本。现有技术中，道床采用C35的混凝土浇注，属于刚性道床，对列车振动基本上没有任何衰减作用。地铁工程在一般区间段的基础道床都没有采用任何减振措施，只是在医院、有减振要求的厂房、机关等部位所在区域采用减振设施，如浮置板式道床、弹性短轨枕式整体道床轨道、橡胶垫板等措施进行减振，但这些措施难以达到好的减振隔振效果，振动衰减6-10dB，使用寿命有限，价格昂贵。地铁列车振动主要以特定的频率波向外传播，如能找到对这些频率波的衰减材料，就可以实现减振。依据地铁结构形式，适当的道床材料上可以达到这一目的。基于固体物理的理论，如采用一种周期性结构材料，并利用周期性结构材料带隙特征，就可以达到减振的效果。但常规的均匀周期性结构声子晶体复合材料难以打开低频带隙。
技术实现思路
技术问题：本专利技术为了解决现有地铁减振所采用的刚性道床对列车振动基本上没有任何衰减作用的技术问题，提供一种似声子晶体复合材料地铁减振道床，该似声子晶体复合材料是由一个多原胞构成的一个聚合体，各聚合体具有普通周期性结构特征，聚合体内晶包大小错开，能打开50Hz以下的低频带隙，用于地铁的减振，有利于提高地铁减振效果，在具有推广应用价值。技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种似声子晶体复合材料，以石子为散射体，外面包裹环氧树脂层（厚度8-10mm），包裹环氧树脂层的石子，浇筑在混凝土中。散射体是粒径为0.5-3.0cm、且非单一粒径的均匀石子。上述似声子晶体复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，选用粒径为0.5-3.0cm、且非单一粒径的均匀石子作为散射体；步骤2，用环氧树脂将石子包裹，包裹层的厚度为8-10mm；步骤3，配制水泥砂浆，将步骤2制得的环氧树脂包裹石子料与水泥砂浆均匀拌和，采用水泥砂浆包裹，水泥包裹层的厚度在10-15mm，形成似声子晶体排列的复合材料；强度为40-45MPa。将所得似声子晶体复合材料配筋，制成地铁减振道床预制件，这样的似声子晶体复合材料减振道床能够打开50Hz以下的低频带隙，提高减振效果。配筋率要满足地铁杂散电流控制要求。技术效果：（1）、本专利技术的似声子晶体复合材料，是一种周期性结构的复合材料，从内到外依次为石子-环氧树脂层-水泥砂浆层。（2）、用这种多晶胞聚合体构成的复合材料制作成地铁道床，打开50Hz以下的低频带隙，提高减振效果。附图说明图1为实施例1的似声子晶体复合材料的组成示意图。其中1-石子，2-环氧树脂包裹层，3-水泥砂浆。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。实施例1不同反应条件下所得似声子晶体复合材料的性能考核表1上述实施例1-6的制备方法如下：步骤1，选用粒径为1.0-3.0cm、非单一粒径的均匀石子作为似声子晶体复合材料的散射体；步骤2，将步骤1的石子与环氧树脂均匀拌和，使环氧树脂将石子包裹；步骤3，配制水泥砂浆，将步骤2制得的环氧树脂包裹石子料与水泥砂浆均匀拌和，使水泥砂浆将环氧树脂包裹，形成似声子晶体排列的复合材料，如图1所示；步骤4，将步骤3所得似声子晶体复合材料配筋，制成地铁减振道床预制件。实施例2各参数对材料性能的影响考核1、专利技术人经过不同方案的实践测试，发现散射体的粒径分布对结果有较大影响，单一粒径的散射体难以打开50Hz以下的带隙，如实施例3、4；需要不同粒径散射体的组合成多晶胞聚合体才能打开50Hz的带隙，如实施例1、2、6、7、8，主要因为多晶胞聚合体内部不同大小晶胞间振动波相互干涉形成局域共振作用打开了超低频带隙，克服了常规声子晶体的局限。2、树脂包裹层和水泥砂浆包裹层的厚度则对该性能影响不大。3、如上所述，单一粒径的散射体难以打开50Hz以下的带隙，但是调整水泥砂浆包裹厚度也能实现这一功能，如实施例5，调整水泥砂浆包裹厚度，虽然也能打开50Hz以下的带隙，但是带隙宽度很窄，其减振效果不明显，水泥砂浆包裹厚度变化不是主要作用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种似声子晶体复合材料，其特征在于，包括散射体，散射体外面包裹环氧树脂层，水泥砂浆层浇筑在散射体的四周。/n

【技术特征摘要】
1.一种似声子晶体复合材料，其特征在于，包括散射体，散射体外面包裹环氧树脂层，水泥砂浆层浇筑在散射体的四周。


2.根据权利要求1所得的似声子晶体复合材料，其特征在于，是所述的散射体是粒径为0.5-3.0cm、且非单一粒径的石子；环氧树脂层的厚度为8-10mm；水泥砂浆层的厚度在10-15mm。


3.根据权利要求1所述似声子晶体复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，选用粒径为0.5-3.0cm、且...

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