专利名称：用于水泥基材料的结构增强材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及如在建筑物中所用的水泥、混凝土和水泥混合物等水泥基材料的结构增强材料。
背景技术：
如已知的，水泥基建筑物和产品，尤其是混凝土，存在令上满意的抗压缩性，但对其它的应力的抵抗性不良。
为了补偿这种缺口，人所共知的是将一种结构增强材料如被适当形成规定尺寸和定位的金属增强物加到这些材料中。金属增强物使混凝土建筑物具有良好的抵抗特性，但显著增加了用于所用材料的费用、用于增强材料及其建筑物的设计的费用。而且，制备金属增强材料延迟了建筑物或类似物的完成。
与使用金属增强材料的另一个不方便涉及的事实是，它通常与一些预先固定的区域和建筑物的内部有关，其结果是当经受局部冲击时可能和很容易损坏上述建筑物的边界。
而且，增强材料只在预定的方向上起作用。
而且，金属增强材料对小的很薄的水泥制品来说不适用，并且实际上被使用很少量。
还有另一个不方便之处是当经受热应力，尤其是如果热应力加重时，可能产生裂纹。
已经试图解决上述不方便之处。实际上普遍是在混凝土、水泥基混合物中加入一些成分，如不同材料制的纱线或长丝或纤维。
在一些小的建筑物和不经受特定应力的建筑物中，这些纤维的存在决定得到令人满意而可靠的产品，所述产品也能减少裂纹。
当纤维以一种辅助型式被安排到金属增强材料时，由纤维给水泥基材料所提供的机械抵抗性特性是很重要的。
在相关的应力和大的建筑物存在的地方，上述纤维在任何情况下作为一种结构增强材料，作为金属增强材料的替代物总是不充足。
例如，聚合物纱线，尤其是聚丙烯纱线，使水泥基产品具有良好的机械抵抗性，但施加的力一超过上述机械抵抗性，该机械抵抗性就全部消失。
同样，玻璃纤维也不是很适合生产结构增强材料，即使它们在水泥基材料中具有很好的分散性能。尤其是，当超过已定的力时，这些玻璃纤维也存在一种快速退化。
因此，金属增强材料在所有相当大的应力和相当大的建筑物的情况下普遍都用作水泥基材料的结构增强材料。
发明内容
在这种情况下，在本发明基础上的技术目标是发明一种用于水泥基材料的结构增强材料，所述结构增强材料能克服上述不方便之处。
在上述技术目标内，本发明的一个重要目的是发明一种结构增强材料，所述结构增强材料能令人满意地使水泥基建筑物和制品具有抵抗性和可靠性，并因此能取代金属增强材料，或者至少减少金属增强材料的存在。
本发明的另一个重要目标是发明一种结构增强材料，所述结构增强材料将减少用于所用材料的费用，及用于简单设计和快速施工的费用。
本发明的另一个重要目标是发明一种结构增强材料，上述结构增强材料在一种建筑物或产品的所有方向和所有区域中都是有效的，并且适合用来生产小而薄的产品。
本发明的另一个重要目标是发明一种能令人满意地承受热应力的结构增强材料。
本发明的技术目标和具体目的通过一种用于水泥基材料的结构增强材料得到，所述结构增强材料包括混合在一起以便得到一种混合物的聚合物纱线和玻璃纤维，及上述纱线和纤维与水泥基材料的连结机构；上述纱线和纤维选择性地限定上述材料的抵抗性能直至它们断裂并与上述断裂一致。
在附图中示出本发明优选实施例的例子。
图1示出按照本发明所述结构增强材料的某些实施阶段的方框图；图2示出一种包括按照本发明所述结构增强材料的混凝土聚集物的形成阶段的另一个方框图；图3示出混凝土在没有增强材料情况下的抗弯强度曲线图，在上述曲线图中弯曲值是在X轴上用毫米(mm)表示，而施加的力是在Y轴上用千牛顿(KN)表示；图4是示出图3的混凝土在加入聚丙烯纱线情况下的抗弯强度曲线图；图5用曲线图表示图3的混凝土在加入玻璃纤维情况下的抗弯强度；和图6用另一个曲线图示出图3的混凝土在加入按照本发明所述的结构增强材料情况下的抗弯强度。
具体实施例方式
参见附图，按照本发明所述的结构增强材料用标号1表示。这是一种由聚合物纱线2和玻璃纤维3限定的混合物或绞纱，上述聚合物纱线2和玻璃纤维3埋置在一种水泥基材料，尤其是混凝土4中。
如已知的，混凝土一般包括作为基本成分的水泥4a，各种类型和颗粒状的集料4b，固体添加剂4c，和水与液体添加剂4d。根据所希望的混凝土类型，水泥4a可以处于一可变的量。集料4b可以由一种大集料(砾石或石碴)，和/或一种中等的集料，和/或一种细集料(沙)限定。水和液体添加剂4d的量也可以根据欲得到的混凝土性能而改变。
聚合物纱线2优选的是用聚丙烯制造，并且如果单独考虑的话，已知就象这样。
纱线2必定增加混凝土的机械抵抗性特性例如抗弯强度。
图3和4显示出，没有增强材料的混凝土4的抗弯强度(图3)在加入聚丙烯纱线2时显著增加(图4)。实际上，它们增加了最大可施加的力以及可以接受的弯曲值。
最大的力增加大约30-35千牛顿，而在不断裂情况下产生的变形从仅零点几毫米增加到接近1毫米，上述在不断裂情况下产生的变形意味着它保持对施加的力的良好的抵抗性。
然而，如图4一直示出的，表示施加的力和相应变形的关系曲线基本上是在末端A处垂直地倾斜，同样，没有纤维的混凝土的力/变形的关系曲线在图3中示出。这意味着，带聚丙烯纱线2的混凝土象没有纱线的混凝土一样完全突然断裂，即使这是在更大的抗力和在永久抗力下更大的变形之后发生。
如果例如将不断增加的弯曲载荷施加到一个仅用纱线2增强的混凝土梁上，则可以预见梁的突然和全断裂。这在建筑物施工中是一种极端拒绝的情况，因为它不允许用快速操作插入用来放松载荷或用来增强或-甚至在极端情况下-用来冒险救人。
另一种类型的增强材料用玻璃纤维3产生，所述玻璃纤维3优选的用AR(耐碱)型玻璃制成。
AR玻璃纤维3也是众所周知的，并对高温有最佳不敏感性，并可以承受650℃或更高的直接暴露温度而没有任何问题。
因而它们超过聚丙烯纱线2，所述聚丙烯纱线2在直接暴露时具有大约200℃的范围。
因此，它们使包括上述纤维3的混凝土4具有最佳的耐火性以及合理的机械性能，即使它们通常少于由聚丙烯纱线2所规定的那些性能也是如此。
这个事实在图5中显示出，图5示出当只加AR玻璃纤维3时混凝土(与图3中所用的相同)的抗弯强度。
所施加的力保持在30千牛顿之内，但混凝土在它的最大载荷下变形方面及在最大断裂变形方面具有更大的灵活性，上述最大载荷下的变形从图3的大约0.2毫米变到图5的大约0.3毫米，而上述最大断裂变形在约0.4毫米处发生。
然而，图5中表示施加的力与相应变形的关系曲线具有一快速倾斜的最终分段B，该最终分段B基本上是垂直的。
这意味着带有玻璃纤维3的混凝土一旦超过最大应力也全体断裂。
因此，在单独的纱线2和纤维3的性能之间有一基本的相似性，这种相似性不是互补的二者改善了混凝土的性能，但二者使混凝土减小变形之后全体突然断裂，这与没有纱线2或纤维3的混凝土相同。
令人惊奇的是，尽管这不是互补性，但本发明得到很大的优点，可以预知将聚丙烯纱线2和玻璃纤维3相互结合使用，以便形成一种在混凝土4中无害的混合物或绞纱。
混合物通过一种连结机构5接合到混凝土4上，上述混合物含有纱线2和纤维3二者。
连结机构5通过一种粘结物质5a和/或通过纱线或纤维的几何特性限定。
粘结物质5a-或者简单地说粘结剂-在一种含水溶液中包括一种硅烷、非反应性的聚氨酯乳剂和高分子量聚乙烯的混合物。
粘结剂5a激活水泥4a和集料4b的粘合作用，并且优选在它的形成期间涂布到原料AR玻璃纤维3a上(但如果需要，同样涂布到纱线2上)。
实际上，纤维3用若干单根细绒线或长丝制成，上述细绒线或长丝捆扎在一起，每组都含有一千根以上的细绒线或长丝。为了得到最大抵抗性，每一束都将1500和2500之间的细绒线集合在一起。
将覆盖有粘结剂5a的细绒线或长丝束切断并干燥，以便通过蒸发掉含水部分而使粘结剂进行聚合。
连结机构5额外地或可供选择地由纱线2和/或纤维3的几何特性制成，该几何特性通过不同于圆形截面的横向截面上获得，以便使表面与体积相当地增加-及因此接触区增加。
各截面可以是方形、梯形、三角形、八字形或各种外形。
聚丙烯纱线2优选的是加工成一定形状，以便可以很容易通过从聚合材料2a开始用挤出法生产。
在图1中以5b示出纱线2的挤出和成形阶段。
在优选实施例中，选定聚丙烯纱线2和玻璃纤维3用于形成上述的混合物，二者具有相似尺寸和相似重量。例如，有小于20％的差异。
它们还根据终端使用改变长度和截面，以便得到最好的结果。
用于板或薄产品的混凝土可以包括具有长度为大约1毫米的纱线和纤维，而更大的建筑物和更大的集料4b可以具有高达50毫米的纱线和纤维。取平均值，预知长度是在5和35毫米之间。
横向尺寸基本上包括在15和50微米之间，而取平均值是在25和35微米之间。
重要的是，根据所要求的特性和根据混凝土中水泥的预知量，纱线2和纤维3的总量是在水泥4a重量的10％和40％之间。
如上所述制成的纱线2和纤维3混合物使混凝土4具有新的和令人惊愕的性能。
图6示出包括上述混合物的一种混凝土的抗弯强度。
混凝土与用于图3曲线图的类型相同，纱线2与用于图4中曲线图的那些相同，和纤维3与用于图5中曲线图的那些相同。
显然，施加力的曲线和相应的变形具有施加力的最大值，该最大值大于只有聚丙烯纱线2存在(图4)或只有玻璃纤维存在(图5)的那些值，并且尤其是垂直倾斜的最终分段A和B不再存在。
最大可施加的力实际上是在约40/45KN(千牛顿)附近，并且最终分段C很平缓地下降，这样使对施加的力的抵抗性在逐渐而充分的弯曲之后消失，如在图6的曲线中为3毫米以上。
因此，具有上述混合物的混凝土一旦达到3断裂点，则很慢地断裂，因而保证建筑物构造显著的安全水平。
这种引人注目的结果从考察图4和5中曲线图的曲线是不可预知的，上述曲线证明了一种快速倾斜的分段A或B。可以相信，这种结果是由于在纱线2和纤维3之间一种自然而逐渐的任务分配。
可能是，更坚硬或张紧或粘合得更好的一些成分，主要是聚丙烯纱线2，它们在一起协同起作用，以便在载荷低于断裂载荷的情况下经得住所施加的力，上述成分单独地通常使混凝土具有比聚丙烯纱线所提供的机械性能更大的机械性能。
假定在更大载荷情况下纱线在预定水平处断裂，则对大部分来说有玻璃纤维3介入。这些不能使断裂停止，但使断裂大大减缓。
基本上，如上所述一种纱线和纤维的混合物的预知，上述纱线和纤维二者连结到水泥上并均匀地分散在水泥中，该预知决定一种混合物的各种成分的明显不同和选择性的加入，和一种在达到过度的最大抵抗性后很平缓的断裂。
上述纱线2和纤维3混合物的另一种积极而令人惊愕的效果是将该混合物加入其中的混凝土的耐火性。
实际上，增强的混凝土耐高温性与AR玻璃纤维3的相同或更大，上述AR玻璃纤维3如果直接暴露，则尽管存在聚丙烯纱线2，也有约650℃的耐高温极限，而上述聚丙烯纱线2如果直接暴露，则具有约200℃的熔点。
假定当混凝土暴露于火中时，则纱线2熔化产生由混凝土中的水所产生的蒸汽出口，而玻璃纤维的存在防止混凝土分散。
为了混合物直接和按常规使用，混合物在具有预定容积的容器6中制备。
尤其是容器6装有单剂量的袋6a，所述袋6a包括预定最小量的聚丙烯纱线2和玻璃纤维3。
此外，容器6，或至少是单剂量的袋6a，是水溶性的，以便可以直接将它们加入水泥混合物中。
本发明还举例说明了一种用于完成如上所述的结构增强材料1的方法。
概括地说，这种方法包括选定聚丙烯纱线2和玻璃纤维3，旨在限定水泥基材料如混凝土4的抵抗性能；用连结机构5提供纱线2和纤维3给混凝土；和用一种方式将聚丙烯纱线2和玻璃纤维3混合，以便造出一种在混凝土4或类似材料中均匀产生的混合物。
更具体地说，方法包括图1和2中所示的各个阶段。
首先，预知生产装备有连结机构5的聚丙烯纱线2和AR玻璃纤维3。
纱线2从一种聚合材料2a开始生产，纱线通过一个挤出阶段5b生产和成形。
使纱线2具有一种不是圆形的形状，例如具有扁平形状。
纤维3从原料纤维3a开始，并通过一个浸渍阶段用事先净化的粘结剂5a浸渍它们进行生产。
还预知纱线2和纤维3的称重阶段7和冷混合阶段8，以便不损坏它们和具有精确剂量的组分。这样得到一种多成分的混合物，以便在称重阶段9时，放入具有预定容积的容器6中。也用若干单剂量的袋6a作为容器。
最初，将混合物加入到一种水泥混合物中，而上述混合物仍在容器6中，所述容器6优选的是水溶性的。
加有混合物的混凝土4的形成在图2中示意示出。
这显示出，首先制成水泥4a，集料4b，添加剂4c和纱线2与纤维3的混合物，如果需要的话可以单剂量袋6a的形式使用。随后是上述各成分的称重阶段和混合阶段。在不打开水溶性包装的情况下加入单剂量袋6a。
可以预知，混合物是在加入液体之前加到水泥混合物中。然后计量水4d并与液体添加剂一起加入，及在混合之后混合物准备使用。
本发明得到一些重要的优点。
实际上，它可利用一种结构增强材料，所述结构增强材料能生产具有令人满意的抵抗性及显著可靠性的水泥基产品、制品和建筑物，同时克服了金属增强材料的不方便以及用于增强纱线、纤维和长丝的上述限制。
权利要求
1.用于水泥基材料的结构增强材料，其特征在于，它包括聚合物纱线(2)和玻璃纤维(3)，及连接机构(5)，上述聚合物纱线(2)和玻璃纤维(3)混合在一起以便形成一种混合物，而上述连接机构(5)将上述纱线(2)和纤维(3)连接到水泥基材料(4)上；上述纱线(2)和纤维(3)在它们显著断裂之前选择性地限定上述材料(4)的抵抗性能，并与上述断裂相一致。
2.按照权利要求1所述的结构增强材料，其中上述纱线(2)是用聚丙烯制成，且上述纤维(3)是用AR(耐碱)玻璃制成。
3.按照权利要求1所述的结构增强材料，其中在上述混合物中，上述纱线(2)和纤维(3)具有彼此相似的重量。
4.按照权利要求1所述的结构增强材料，其中上述混合物具有在所用水泥重量的10％和40％之间的量。
5.按照权利要求1所述的结构增强材料，其中上述混合物中，上述纱线(2)和纤维(3)具有彼此相似的尺寸，并且有在1和50毫米之间的长度，及在15和50微米之间的横向尺寸。
6.按照权利要求1所述的结构增强材料，其中上述连接机构包括一种含水溶液粘结剂，所述粘结剂由硅烷、非反应性聚氨酯乳剂和具有高分子量的乙烯的混合物限定。
7.按照权利要求1所述的结构增强材料，其中上述连接机构制成具有与圆形不同的几何特性，以便与体积相当地增加表面。
8.按照权利要求1所述的结构增强材料，其中上述纱线(2)是挤出的纤维，所述纤维具有一种不是圆形的截面形状。
9.按照权利要求1所述的结构增强材料，其中每个上述纤维(3)都由一束限定，所述束包括1000根以上的单根长丝或细绒线。
10.按照权利要求1所述的结构增强材料，其中上述混合物装在具有预定容积的水溶性容器(6)中，以便它们可以直接加入到一种水泥混合物中。
11.用于得到水泥基材料用的一种结构增强材料的方法，其特征在于，它包括选定旨在增加上述材料的抵抗性能的聚合物纱线(2)和玻璃纤维(3)；用连结机构(5)将上述纱线(2)和纤维(3)赋予给上述材料；及以一种方式将上述纱线(2)和纤维(3)混合，以生产一种在整个上述材料中均匀分布的混合物。
12.按照权利要求11所述的方法，其中上述纱线(2)通过挤出聚丙烯生产，以便形成一种不是圆形的成形截面。
13.按照权利要求11所述的方法，其中上述纱线(2)和玻璃纤维(3)冷态混合在一起，以便在将上述纱线(2)和纤维(3)加入到一种水泥材料中之前生产上述绞线(hank)。
14.按照权利要求13所述的方法，其中上述绞线用已经混合在一起的上述纱线(2)和纤维(3)装在水溶性容器(6)中，并且上述绞线在仍然处于上述容器(6)中时且在液体加入到水泥混合物中之前加到上述水泥混合物中。
全文摘要
预知一种用于水泥基材料的结构增强材料，所述结构增强材料包括聚合物纱线(2)如聚丙烯和AR玻璃纤维(3)，它们按相似的重量混合在一起，以便限定一种混合物；及将纱线(2)和纤维(3)与水泥基材料(4)连接的连接机构(5)，纱线(2)和纤维(3)选择地限定材料(4)的抵抗性能，直至上述材料(4)基本上断裂并与断裂一致，混合物以水泥基材料(4)中所用的水泥重量的10％和40％之间的量装入。
文档编号C04B14/42GK1762881SQ20051009783
公开日2006年4月26日 申请日期2005年8月30日 优先权日2004年8月31日
发明者G·朱利亚尼 申请人:I.C.R.S.工业陶瓷加固方案有限公司