專利名稱：一種層狀水泥基復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及水泥基復合材料領域，本發明特指一種層狀水泥基復合材料。
背景技術：
近年來，隨著水泥基材料強度的不斷提高，水泥基材料的脆性增大，延性變小。針對水泥基材料準脆性的特性，目前，采用的較多的就是在水泥基材料中加入各種纖維來提高它的韌性。但各種人造纖維的生產要耗費大量的化石能源，而且在基體中難于分散。天然生物材料——珍珠和貝殼也主要由本身是脆性的碳酸鈣組成，然而卻具有較高的韌性，韌性主要來源于其層狀結構。研究表明層狀材料的韌性一般比較好，這是因為裂紋從一層傳遞到另一層的過程中，有著不同的能量耗散模式，從而最終消耗大量的能量，增強了材料的韌性。本發明針對傳統水泥基材料抗折強度低、脆性大的缺點，借鑒珍珠等生物材料和人造層狀陶瓷材料，提出了層狀水泥基復合材料的概念；本發明還根據弱夾層裂紋偏轉增韌原理，在兩層高強度的基體間引入弱薄層。在含有弱界面的層狀復合材料中，當裂紋到達一個弱結合界面時，在荷載作用下弱結合界面上就會形成微裂紋，并且微裂紋將沿著弱界面發生偏轉或分層，增大裂紋擴展路徑，讓能量在裂紋擴展過程中釋放，達到材料增韌的效果。
發明內容
本發明的目的在于提供一種層狀水泥基復合材料及其制備方法，該種水泥基復合材料可提高水泥基材料的韌性，有效提高水泥基材料的服役性能，且制備工藝簡單，成本低。為了實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現本發明所述的一種層狀水泥基復合材料，由水泥漿體層和弱夾層層疊構成，且所述弱夾層的強度低于水泥漿體層。本發明所述的一種層狀水泥基復合材料的制備方法，包括以下步驟首先取一模具，在模具中鋪設一層弱夾層，將自流平水泥漿體倒在弱夾層上，振動并使其攤平，重復步驟1至少10次后，靜置1天后拆模，再進行標準養護。本發明所述的另一種層狀水泥基復合材料的制備方法，在振動臺上鋪上弱夾層材料，在弱夾層材料四周放置模具，將水泥漿倒入模具中，在振動臺上充分振動后，利用刮刀法，將模具中多出來的水泥漿體刮去，得到單層復合材料，在水泥漿體達到初凝后拆模， 再將單層復合材料切割成同樣尺寸的小塊材料，并將小塊復合材料層疊起來，層疊最少10 次，此后，將層疊起來小塊復合材料放在振動臺上振動5分鐘左右，最后，放入養護室進行標準養護。有益效果本發明為了提高水泥基復合材料的韌性，提供了一種層狀水泥基復合材料。該材料由水泥漿體層和弱夾層依次層疊構成，水泥漿體層指自流平水泥凈漿或砂漿，弱夾層可以是鋁箔、紙張、泡沫混凝土等。本發明選用的原材料廉價易得自流平水泥漿體，可以選擇商品自流平水泥加水配置，也可以根據需要用水泥、水、外加劑、細沙自己在實驗室配置；弱夾層材料鋁箔、紙張可選用商品，泡沫混凝土可實驗室用起泡劑和水泥漿體混合而得。本發明還提供了層狀水泥基復合材料的兩種典型成型方法簡單層疊法和刮刀-切割-層疊法， 而且每一層的厚度可通過重量或模具高度來進行簡單控制。這兩種成型方法都可以方便的運用機械裝置和自動化裝置來加快生產制備速度，制備工藝條件要求低，設備成本低。本發明提供的層狀水泥基復合材料可有效提高水泥基復合材料的韌性及其服役性能，其增韌機理在于通過弱夾層來增大裂紋擴展路徑，讓能量在裂紋擴展過程中釋放，從而達到材料增韌的效果。通過實施例1獲得的初步實驗結果證實了本發明的弱夾層可導致裂紋偏轉消耗更多的能量，從而顯著改善材料的韌性。
圖1為本發明實施例1的制備工藝流程框圖。圖2為實施例1制得試件縱切面的照片。圖3為實施例1制得試件的斷裂失效的斷面照片。圖4為實施例1制得試件的荷載撓度曲線。圖5是本發明層狀水泥基復合材料的結構示意圖。
具體實施例方式本發明中將水泥凈漿或砂漿和鋁箔、紙、泡沫混凝土等弱夾層交替層疊，制備層狀材料。此設計在兩層高強度的基體間引入弱夾層，該層的要求是既要弱，弱得足以偏轉裂紋，但又能承受一定的壓縮和剪切。含有弱界面的層狀復合材料受載荷作用后，當裂紋達到與單相材料中的臨界裂紋相同的應力強度時，裂紋開始擴展；當裂紋到達一個弱結合界面時，在荷載作用下弱結合界面上就會形成微裂紋，并且微裂紋將沿著弱界面發生偏轉或分層，增大裂紋擴展路徑，讓能量在裂紋擴展過程中釋放，達到材料增韌的效果。為了進一步揭示本發明，以下結合圖1-5及具體實施例進行說明。實施例1一種層狀水泥基復合材料，所述的層狀水泥基復合材料由水泥漿體層1和弱夾層 2層疊構成，且所述弱夾層2的強度低于水泥漿體層1，在本實施例中，所用水泥漿體層1是自流平水泥漿體層；所述的弱夾層2是鋁箔、紙、泡沫混凝土或高水膠比水泥漿體；所述的層狀水泥基復合材料的總層數至少為20層。實施例2一種層狀水泥基復合材料的制備方法，包括以下步驟步驟1取一模具，在模具中鋪設一層弱夾層材料，將自流平水泥漿體倒在弱夾層上，振動并使其攤平，步驟2重復步驟1至少10次后，靜置1天后拆模，再進行標準養護。實施例3一種層狀水泥基復合材料的制備方法，在振動臺上鋪上弱夾層材料，在弱夾層材料四周放置模具，將水泥漿倒入模具中，在振動臺上振動攤平后，利用刮刀法，將模具中多出來的水泥漿體刮去，得到單層復合材料，在水泥漿體達到初凝后拆模，再將單層復合材料切割成同樣尺寸的小塊材料，并將小塊復合材料層疊起來，此后，將層疊起來小塊復合材料CN 102336037 A
說明書
3/3頁
放在振動臺上振動5分鐘左右，靜置M小時后拆模，最后，放入養護室進行標準養護。實施例4(1)選擇麥克斯特自流平4650水泥，加水量5. 5L/2^(g，材料用量1. 7公斤/平方米/毫米(層厚)，該水泥組成含有水泥、細砂、添加劑；(2)選擇鋁箔，長 30cm，寬 30cm，厚 11 μ m ；(3)控制每層水泥漿體的厚度為2mm，由此算得鋪滿30cmX 30cmX 2mm水泥漿用量為420g，其中水泥為:344g，水為76g ；(4)稱量水泥、水；(5)將水泥、水放入攪拌機中攪拌:3min ；(6)在做(3)的同時將將30cmX30cmX4cm模具裝好；(7)在模具下鋪一層鋁箔，鋁箔要鋪滿模具；(8)稱量水泥漿420g ；(9)將水泥漿倒在模具中的鋁箔上，充分震動；(10)待水泥漿平鋪開來后，在水泥漿上平鋪一層鋁箔；(11)稱量水泥漿420g;(12)將水泥漿倒在鋁箔上，再次充分震動；(13)按上述步驟重復15次，到總厚度為30mm ；(14)在水泥達到終凝前，對試件進行二次振動，提高試件強度；(15)在表面覆蓋一層薄膜，靜置一晝夜后拆模；(16)拆模后，放入標準養護室養護，養護觀天取出。為了更好的說明本發明專利，對養護后樣品進行了簡單的表征測試。參照圖2 實施例4制得試件縱切面的照片，圖中淺色的為鋁箔層，深色的為水泥漿體層，從中明顯可見該材料的層狀結構。參照圖3 實施例4制得試件的斷裂失效的斷面照片，圖中參差不齊的斷面說明在斷裂前裂紋發生了偏轉，從而消耗了大量的能量。參照圖4:實施例4制得試件的荷載撓度曲線，橫坐標是撓度，縱坐標是荷載，該荷載撓度曲線明顯不同于傳統的脆性水泥基材料，在到達最高荷載后，撓度還在緩慢向前發展，顯示了材料具有較好的韌性，結合斷面照片可推知裂紋偏轉擴展是主要的能量耗散模式和增韌機理。以上所述僅是本發明的實施例之一，故凡依本發明專利申請范圍所述的特征、原理及構造所做的等效變化或修飾，均包括于本發明專利申請范圍內。
權利要求
1.一種層狀水泥基復合材料，其特征在于所述的層狀水泥基復合材料由水泥漿體層和弱夾層層疊構成，且所述弱夾層的強度低于水泥漿體層。
2.根據權利要求1所述的層狀水泥基復合材料，其特征在于所用水泥漿體層是自流平水泥漿體層。
3.根據權利要求1或2所述的層狀水泥基復合材料，其特征在于弱夾層是鋁箔、紙、泡沫混凝土或高水膠比水泥漿體。
4.根據權利要求1所述的層狀水泥基復合材料，其特征在于所述的層狀水泥基復合材料的總層數至少為20層。
5.一種權利要求1所述層狀水泥基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1取一模具，在模具中鋪設一層弱夾層材料，將自流平水泥漿體倒在弱夾層上，振動并使其攤平，步驟2重復步驟1至少10次后，靜置1天后拆模，再進行標準養護。
6.一種權利要求1所述層狀水泥基復合材料的制備方法，其特征在于，在振動臺上鋪上弱夾層材料，在弱夾層材料四周放置模具，將水泥漿倒入模具中，在振動臺上振動攤平后，利用刮刀法，將模具中多出來的水泥漿體刮去，得到單層復合材料，在水泥漿體達到初凝后拆模，再將單層復合材料切割成同樣尺寸的小塊材料，并將小塊復合材料層疊起來，此后，將層疊起來小塊復合材料放在振動臺上振動5分鐘左右，靜置M小時后拆模，最后，放入養護室進行標準養護。
全文摘要
一種層狀水泥基復合材料，由水泥漿體層和弱夾層層疊構成，且所述弱夾層的強度低于水泥漿體層。一種制備方法，首先取一模具，在模具中鋪設一層弱夾層，將自流平水泥漿體倒在弱夾層上，振動并使其攤平，然后重復步驟1至少10次后，靜置1天后拆模，再進行標準養護。另一種制備方法，在振動臺上鋪上弱夾層材料，在弱夾層材料四周放置模具，將水泥漿倒入模具中，在振動臺上充分振動后，利用刮刀法，將模具中多出來的水泥漿體刮去，得到單層復合材料，在水泥漿體達到初凝后拆模，再將單層復合材料切割成同樣尺寸的小塊材料，并將小塊復合材料層疊起來，層疊次數大于10次，然后將層疊起來小塊復合材料放在振動臺上振動5分鐘，最后進行標準養護。
文檔編號B32B37/15GK102336037SQ201110163380
公開日2012年2月1日 申請日期2011年6月17日 優先權日2011年6月17日
發明者萬克樹, 薛曉波 申請人:東南大學