一種復合材料雙向桁架組合板及其制造工藝的制作方法

本發明涉及建筑材料及制造技術領域，具體涉及一種復合材料雙向桁架組合板及其制造工藝。

背景技術：

目前，隨著國家城鎮化建設的快速發展，中國建筑規模居世界第一位，建筑物的大量建設引起了環境和資源問題，生態、節能、環保、循環經濟、建筑工業化成為建筑業在可持續發展戰略上的重要課題。為了延長建筑物壽命，便于更換和維修管線等填充體，需要將支撐體與填充體相分離的“CSI”(C是中國China，S是支撐體Skelton，I是填充體Infill)建筑體系進行創新，“CSI”是百年建筑的設計理念的新型建筑構件。

此外，中國粉煤灰的排放量已經達到5.4億噸，長期堆放不僅占用大量土地，造成嚴重環境污染，同時也造成資源的巨大浪費，急需進一步的處理，對廢物進行有效循環利用，發展循環經濟。建筑業是能耗大戶，2010年已經達到18.5億噸準煤，供暖建筑能耗約占總能耗的30％，現有技術的節能保溫材料，例如：聚苯板、聚氨酯、擠塑板，其保溫性能良好、操作方便、吸水率小，但是這些材料的防火性能差，且燃燒時會產生有毒氣體，易老化、使用耐久性差。

現有技術中的鋼結構存在防火、防腐、隔音性能差的問題，一直困擾著建筑界鋼結構產業，是當今鋼結構領域中亟待解決的關鍵技術。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種復合材料雙向桁架組合板及其制造工藝，用以解決現有技術中的不足之處。

為解決上述技術問題，本發明采取以下技術方案：本發明提供一種復合材料雙向桁架組合板，所述復合材料雙向桁架組合板包括：輕鋼骨架、上面層、輕骨料混凝土層、保溫隔音層以及底面層；

所述保溫隔音層位于所述輕鋼骨架的內側，所述輕骨料混凝土層鋪設于所述輕鋼骨架的上部，所述輕骨料混凝土內設有鋼絲網；

所述上面層鋪設于所述輕骨料混凝土層上面，所述上面層為透光硬殼氣凝膠保溫層；

所述底面層位于所述輕鋼骨架的下表面；

所述輕鋼骨架具有一輕鋼外框，該輕鋼外框內具有雙向輕鋼桁架。

所述輕鋼外框是由縱向的左肋Z形鋼、右肋Z形鋼和兩端橫向的前端肋C形鋼、后端肋C形鋼圍合拼接而成。

所述左肋Z形鋼、右肋Z形鋼、前端肋C形鋼和后端肋C形鋼的腹部設有多個卷邊孔，孔距為300mm-600mm；

所述左肋Z形鋼、右肋Z形鋼、前端肋C形鋼和后端肋C形鋼上部設有栓釘，所述栓釘間距300mm-500mm。

所述輕鋼骨架為長方形，所述輕鋼骨架外表面涂覆有一層水泥基復合材料。

所述水泥基復合材料由水泥、水、砂以及補強纖維復合材料制成。

所述雙向輕鋼桁架包括垂直相交的橫向上弦桿和縱向上弦桿，所述上弦桿的頂面與輕鋼外框的頂面齊平；以及

相互垂直相交的橫向下弦桿和縱向下弦桿，所述下弦桿的底面與所述輕鋼外框的底面齊平；

所述上弦桿和所述下弦桿對應的交點之間對應地設有支撐桿，所述上弦桿和所述下弦桿的端部與所述輕鋼外框焊接，構成雙向桁架。

所述透光硬殼氣凝膠保溫層為氣凝膠儲存在透明硬殼中形成。

所述輕鋼骨架內部填充有保溫隔音層，所述保溫隔音層的底部鋪設有玻璃絲布；所述保溫隔音層采用泡沫混凝土制成，其密度為80-120kg/m³，導熱系數為0.04-0.047w/(m·k)。

所述底面層采用碳酸鈣桔桿、粉聚脂板或硅鈣板制成。

本發明還提供一種上述所述的復合材料雙向桁架組合板的制造工藝，所述制造工藝包括以下步驟：

步驟A：準備材料及設備；

步驟B：清理工作臺面，按照組合板的設計尺寸安裝模具；

步驟C：在所述模具中鋪放透光硬殼氣凝膠模塊形成透光硬殼氣凝膠保溫層；

步驟D：在所述透光硬殼氣凝膠保溫層上表面依次安放鋼絲網以及輕鋼骨架；

步驟E：在所述透光硬殼氣凝膠保溫層上澆注輕骨料混凝土形成輕骨料混凝土層；

步驟F：在所述輕骨料混凝土層上澆筑泡沫混凝土，鋪設玻璃絲布，形成保溫隔音層；

步驟G：拆除模具，在所述加強層上鋪設底面層，形成復合材料雙向桁架組合板。

本發明的復合材料雙向桁架組合板具有以下有益效果：

1、本發明的輕鋼外框內具有雙向輕鋼桁架，使得本發明復合材料雙向桁架組合板具有較大的承載能力和優良的整體性，本發明采用的輕鋼可回收利用，粉煤灰是工業廢料，具有可回收循環利用的優點。

2、本發明的輕鋼骨架外表面涂覆有一層水泥基復合材料制成的“鋼-ECC復合材料”是一種高強度、高柔性、重量輕、防火、防腐、隔音、抗震，綜合性能優良的新材料，解決了鋼結構防腐、防火問題；

3、本發明的透光硬殼氣凝膠和超輕泡沫混凝土，構成了優異的保溫、隔音層，有效解決了鋼結構保溫、隔音問題。

4、本發明的型鋼腹部有卷邊孔，具有自重輕、強度大、便于穿管線的優點，按“CSI”理念設計樓蓋，省去了常規的架空層。

附圖說明

圖1是本發明的復合材料雙向桁架組合板的結構示意圖。

圖2是本發明的左肋、右肋用的冷彎Z形鋼結構示意圖。

圖3是本發明的前端肋、后端肋的結構示意圖。

圖4是本發明的屋面板/墻板的結構示意圖。

圖5是本發明的樓板的結構示意圖。

圖6是本發明的復合材料雙向桁架組合板(屋面板/墻板)生產工藝流程圖。

具體實施方式

以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

如圖1至圖5所示，本發明提供的一種復合材料雙向桁架組合板，該復合材料雙向桁架組合板主要用于樓板、屋面板和墻板，該復合材料雙向桁架組合板包括輕鋼骨架、上面層10、輕骨料混凝土層11、保溫隔音層13以及底面層14；保溫隔音層13位于輕鋼骨架的內側，保溫隔音層被鋼骨架包圍，保溫隔音層的底部鋪設有玻璃絲布；輕鋼骨架的上面鋪設有輕骨料混凝土層11，輕骨料混凝土層11內部設有鋼絲網12，上面層10鋪設于輕骨料混凝土層11上面，上面層10為透光硬殼氣凝膠保溫層，底面層14位于輕鋼骨架的下表面。

其中，透光硬殼氣凝膠保溫層10，氣凝膠是以納米級超微顆粒相互聚集構成納米多孔網絡結構，在網絡孔隙中充滿氣態分散介質的輕質納米固態材料。氣凝膠的孔隙率為80％-99.8％，密度為0.003g/cm³，其極低的熱導率，較好的隔音效果，是用于保溫、隔音的理想材料，但其強度低，故需將氣凝膠放在有一定強度的透光硬殼之內。作為可變換的實施方式，本發明的透光硬殼氣凝膠保溫層也可采用其他高效保溫層，以降低復合材料雙向桁架組合板的制造成本。

保溫隔音層13是將超輕泡沫混凝土填充到輕鋼骨架的內側形成的，保溫隔音層13位于輕鋼骨架之內，保溫隔音層13的上表面至雙向桁架上槽鋼的底部，下表面與輕鋼骨架底面齊平，超輕泡沫混凝土保溫隔音層的密度為80-120kg/m³，導熱系數為0.04-0.047w/(m·k)。本發明的復合材料雙向桁架組合板的保溫、隔音效果是通過該上述保溫隔音層和上面層的透光硬殼氣凝膠共同形成的組合結構達到的。

底面層14固定在輕鋼骨架的底部，托住超輕泡沫混凝土保溫隔音層13，底面層14采用具有一定強度的碳酸鈣桔桿粉聚脂板、硅鈣板等裝飾板制成。

本發明的在輕鋼骨架的上面以及保溫隔音層13的上面是輕骨料混凝土層11，輕骨料混凝土層11位于輕鋼骨架上部，輕骨料混凝土層11的底面與雙向桁架的上弦桿底面相平。輕骨料混凝土層11包括水、水泥、粉煤灰陶粒以及外加劑，其骨料為粉煤灰淘粒，強度等級為CL30，內部設有點焊鋼絲網12。制造屋面板和墻板時，輕骨料混凝土內摻加防水劑。在輕骨料混凝土層11上安裝透光硬殼氣凝膠保溫層10。

本發明的超高韌性水泥基混凝土復合材料ECC(Polypropylene Engineered Cementitious Composites，簡稱ECC)包括水泥、水、砂組成的水泥砂漿以及高強度補強纖維的復合材料，較佳的，纖維可采用聚乙烯醇纖維(PVA)。該復合材料具有類似金屬材料的拉伸強化性能，極限拉伸應變達5％-6％，性質類似金屬，該變形材料是一種可變形的“金屬混凝土”，其具有的高韌性和高吸收能量的能力，可用于抗震結構、抗沖擊結構、結構裂紋控制等。將上述復合材料涂覆到混凝土的表面能有效防止中性化集料反應，增強抗凍性，提高耐久性。對傳統的技術性能具有重大突破，對質量、節能、工程經濟、環境等方面均有重大意義。水泥基復合材料為超高韌性水泥基復合材料，其經系統的微觀力學設計，在拉伸和剪切荷載下呈現高延展性的一種纖維增強水泥基復合材料。

其中，本發明的輕鋼骨架的為長方形，輕鋼骨架外表面涂覆有一層水泥基復合材料。輕鋼骨架具有一輕鋼外框，輕鋼外框內具有雙向輕鋼桁架，輕鋼外框是由縱向的左肋Z形鋼2、右肋Z形鋼4和兩端橫向的前端肋C形鋼1、后端肋C形鋼3圍合拼接而成。左肋Z形鋼2、右肋Z形鋼4、前端肋C形鋼1和后端肋C形鋼3的腹部設有多個卷邊孔16，卷邊孔16沿長向布置，卷邊孔的設置便于穿設管線。前端肋1、左肋2、后端肋3、右肋4為冷彎薄壁型鋼，如冷彎Z形鋼、冷彎不等邊角鋼、冷彎內卷邊槽鋼、冷彎等邊槽鋼等。卷邊孔16的孔形可為長圓頭形或圓形或六角蜂窩形等，孔間距為300mm-600mm。前端肋1、左肋2、后端肋3、右肋4上面設有栓釘15，栓釘15間距為300mm-500mm，栓釘15用于輕鋼與混凝土的連接。本發明將超高韌性水泥基復合材料ECC涂覆在輕鋼骨架的表面，從而形成“金屬混凝土”，ECC與金屬相復合，使輕鋼骨架具有高強度、高柔性、重量輕、防火、防腐、隔音、抗震綜合性能優良的新材料。

本發明的雙向輕鋼桁架包括橫向下弦桿5、橫向上弦桿6、縱向下弦桿7和縱向上弦桿8，橫向上弦桿6和縱向上弦桿8垂直相交，交點為上弦桿交點，上弦桿的頂面與輕鋼外框的頂面齊平。橫向下弦桿5和縱向下弦桿6垂直相交，交點為下弦桿交點，下弦桿的底面與所述輕鋼外框的底面齊平。上弦桿交點和下弦桿交點之間設有支撐桿9，形成一個三維的空間結構雙向桁架，該雙向輕鋼桁架安裝在輕鋼外框之內，上弦桿和下弦桿的端部分別與輕鋼外框焊接或者拼接。

本發明的復合材料雙向桁架組合板制造工藝流程，如圖6所示，本發明的復合材料雙向桁架組合板的制造工藝，以屋面板/墻板/樓板為例，包括以下步驟：

步驟A：準備材料及設備

見工藝流程(15)，準備工作包括：ECC制備站(1501)、輕骨料混凝土攪拌站(1502)、超輕泡沫混凝土攪拌站(1503)、鋼絲網(1504)、輕鋼骨架(1505)、透光硬殼氣凝膠塊(1506)以及及底面層材料(1507)；

步驟B：清理工作臺面，按照組合板的設計尺寸安裝模具；

步驟C：見工藝流程(1506)，從堆放處取出在所述模具中鋪放透光硬殼氣凝膠塊形成透光硬殼氣凝膠保溫層10(制造樓板無此項，由步驟B直接進入步驟D)；

步驟D：依照設計圖，依次安放鋼絲網以及輕鋼骨架；

鋼絲網的制作見工藝流程(1504)，鋼絲網是通過下料、配料、焊接、加標識，最后堆放，使用時，直接從堆放處取用。

輕鋼骨架制備，見工藝流程(1505)。

輕鋼骨架是通過下料、劃線、沖孔、焊接、校正以及在鋼骨架上噴涂超高韌性水泥基復合材料ECC，制成長方體的輕鋼骨架。

見工藝流程(1501)，ECC面層是取一定量的水、水泥、砂、聚乙烯醇(PVA)進行混合攪拌形成水泥基混凝土復合材料ECC，利用氣動噴槍將水泥基混凝土復合材料ECC噴射到輕鋼骨架上，做到裹覆輕鋼骨架全部外表面；

步驟E：在透光硬殼氣凝膠保溫層上澆注輕骨料混凝土形成輕骨料混凝土層11；

輕骨料混凝土的制作見工藝流程(1502)，輕骨料混凝土是取一定量的水、水泥、水粉煤灰陶粒、外加劑進行混合攪拌混合而成備用。

步驟F：在輕骨料混凝土層11上澆注超輕泡沫混凝土，鋪設玻璃絲并進行養護，形成保溫隔音層13；

超輕泡沫混凝土的制作見工藝流程(1503)，制備超輕泡沫混凝土，首先選取一定量的水、水泥、水煤灰摻合料進行混合攪拌得到水泥混合料，同時，將水、發泡劑、激發劑以及穩泡劑混合得到發泡產物，將水泥混合料和發泡產物混合后，堵住輕鋼骨架的前端肋、左肋、后端肋、右肋上的卷邊孔16，將水泥混合料和發泡產物的混合物填充到輕鋼骨架的內側，形成保溫隔音混凝土層。

步驟G：拆除模具，在所述超輕泡沫加強層上鋪設底面層14，吊出反轉180度、運至成品庫堆放。

見工藝流程(1507)，從堆放處取出底面層材料，鋪設固定在輕鋼骨架上，底面層14是采用具有一定強度的碳酸鈣桔桿粉聚脂板、硅鈣板等制成的。

底面層14形成后，可將該復合材料雙向桁架組合板吊出，因工藝是反打法，在吊出后反轉180度，運至成品庫堆放。

本發明的復合材料雙向桁架組合板將大跨度的空間結構的理念應用于屋面板、墻板、樓板之中，較常規的平面結構，具有較大的承載能力和較好的結構性能。本發明采用的粉煤灰是工業廢料，輕鋼可回收利用，具有可回收循環利用的優點。本發明的ECC裹覆型鋼結構具有高強度、高柔性、重量輕、防火、防腐、隔音、抗震，綜合性能優良的新材料“鋼-ECC復合材料”；本發明具有“CSI”功能，將支撐體與填充體相分離的建筑體系，符合未來可建筑可持續發展的“百年建筑”新趨勢，本發明不用架空地板，各種管線安放在復合材料雙向桁架組合板的保溫隔音層的填充體內，可將下底面層打開進行更換、維修，達到百年住宅的目的，同時，減少了樓層的結構高度。

雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施例對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發明要求保護的范圍。