一种复合材料双向桁架组合板及其制造工艺的制作方法

本发明涉及建筑材料及制造技术领域，具体涉及一种复合材料双向桁架组合板及其制造工艺。

背景技术：

目前，随着国家城镇化建设的快速发展，中国建筑规模居世界第一位，建筑物的大量建设引起了环境和资源问题，生态、节能、环保、循环经济、建筑工业化成为建筑业在可持续发展战略上的重要课题。为了延长建筑物寿命，便于更换和维修管线等填充体，需要将支撑体与填充体相分离的“CSI”(C是中国China，S是支撑体Skelton，I是填充体Infill)建筑体系进行创新，“CSI”是百年建筑的设计理念的新型建筑构件。

此外，中国粉煤灰的排放量已经达到5.4亿吨，长期堆放不仅占用大量土地，造成严重环境污染，同时也造成资源的巨大浪费，急需进一步的处理，对废物进行有效循环利用，发展循环经济。建筑业是能耗大户，2010年已经达到18.5亿吨准煤，供暖建筑能耗约占总能耗的30％，现有技术的节能保温材料，例如：聚苯板、聚氨酯、挤塑板，其保温性能良好、操作方便、吸水率小，但是这些材料的防火性能差，且燃烧时会产生有毒气体，易老化、使用耐久性差。

现有技术中的钢结构存在防火、防腐、隔音性能差的问题，一直困扰着建筑界钢结构产业，是当今钢结构领域中亟待解决的关键技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种复合材料双向桁架组合板及其制造工艺，用以解决现有技术中的不足之处。

为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：本发明提供一种复合材料双向桁架组合板，所述复合材料双向桁架组合板包括：轻钢骨架、上面层、轻骨料混凝土层、保温隔音层以及底面层；

所述保温隔音层位于所述轻钢骨架的内侧，所述轻骨料混凝土层铺设于所述轻钢骨架的上部，所述轻骨料混凝土内设有钢丝网；

所述上面层铺设于所述轻骨料混凝土层上面，所述上面层为透光硬壳气凝胶保温层；

所述底面层位于所述轻钢骨架的下表面；

所述轻钢骨架具有一轻钢外框，该轻钢外框内具有双向轻钢桁架。

所述轻钢外框是由纵向的左肋Z形钢、右肋Z形钢和两端横向的前端肋C形钢、后端肋C形钢围合拼接而成。

所述左肋Z形钢、右肋Z形钢、前端肋C形钢和后端肋C形钢的腹部设有多个卷边孔，孔距为300mm-600mm；

所述左肋Z形钢、右肋Z形钢、前端肋C形钢和后端肋C形钢上部设有栓钉，所述栓钉间距300mm-500mm。

所述轻钢骨架为长方形，所述轻钢骨架外表面涂覆有一层水泥基复合材料。

所述水泥基复合材料由水泥、水、砂以及补强纤维复合材料制成。

所述双向轻钢桁架包括垂直相交的横向上弦杆和纵向上弦杆，所述上弦杆的顶面与轻钢外框的顶面齐平；以及

相互垂直相交的横向下弦杆和纵向下弦杆，所述下弦杆的底面与所述轻钢外框的底面齐平；

所述上弦杆和所述下弦杆对应的交点之间对应地设有支撑杆，所述上弦杆和所述下弦杆的端部与所述轻钢外框焊接，构成双向桁架。

所述透光硬壳气凝胶保温层为气凝胶储存在透明硬壳中形成。

所述轻钢骨架内部填充有保温隔音层，所述保温隔音层的底部铺设有玻璃丝布；所述保温隔音层采用泡沫混凝土制成，其密度为80-120kg/m³，导热系数为0.04-0.047w/(m·k)。

所述底面层采用碳酸钙桔杆、粉聚脂板或硅钙板制成。

本发明还提供一种上述所述的复合材料双向桁架组合板的制造工艺，所述制造工艺包括以下步骤：

步骤A：准备材料及设备；

步骤B：清理工作台面，按照组合板的设计尺寸安装模具；

步骤C：在所述模具中铺放透光硬壳气凝胶模块形成透光硬壳气凝胶保温层；

步骤D：在所述透光硬壳气凝胶保温层上表面依次安放钢丝网以及轻钢骨架；

步骤E：在所述透光硬壳气凝胶保温层上浇注轻骨料混凝土形成轻骨料混凝土层；

步骤F：在所述轻骨料混凝土层上浇筑泡沫混凝土，铺设玻璃丝布，形成保温隔音层；

步骤G：拆除模具，在所述加强层上铺设底面层，形成复合材料双向桁架组合板。

本发明的复合材料双向桁架组合板具有以下有益效果：

1、本发明的轻钢外框内具有双向轻钢桁架，使得本发明复合材料双向桁架组合板具有较大的承载能力和优良的整体性，本发明采用的轻钢可回收利用，粉煤灰是工业废料，具有可回收循环利用的优点。

2、本发明的轻钢骨架外表面涂覆有一层水泥基复合材料制成的“钢-ECC复合材料”是一种高强度、高柔性、重量轻、防火、防腐、隔音、抗震，综合性能优良的新材料，解决了钢结构防腐、防火问题；

3、本发明的透光硬壳气凝胶和超轻泡沫混凝土，构成了优异的保温、隔音层，有效解决了钢结构保温、隔音问题。

4、本发明的型钢腹部有卷边孔，具有自重轻、强度大、便于穿管线的优点，按“CSI”理念设计楼盖，省去了常规的架空层。

附图说明

图1是本发明的复合材料双向桁架组合板的结构示意图。

图2是本发明的左肋、右肋用的冷弯Z形钢结构示意图。

图3是本发明的前端肋、后端肋的结构示意图。

图4是本发明的屋面板/墙板的结构示意图。

图5是本发明的楼板的结构示意图。

图6是本发明的复合材料双向桁架组合板(屋面板/墙板)生产工艺流程图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1至图5所示，本发明提供的一种复合材料双向桁架组合板，该复合材料双向桁架组合板主要用于楼板、屋面板和墙板，该复合材料双向桁架组合板包括轻钢骨架、上面层10、轻骨料混凝土层11、保温隔音层13以及底面层14；保温隔音层13位于轻钢骨架的内侧，保温隔音层被钢骨架包围，保温隔音层的底部铺设有玻璃丝布；轻钢骨架的上面铺设有轻骨料混凝土层11，轻骨料混凝土层11内部设有钢丝网12，上面层10铺设于轻骨料混凝土层11上面，上面层10为透光硬壳气凝胶保温层，底面层14位于轻钢骨架的下表面。

其中，透光硬壳气凝胶保温层10，气凝胶是以纳米级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。气凝胶的孔隙率为80％-99.8％，密度为0.003g/cm³，其极低的热导率，较好的隔音效果，是用于保温、隔音的理想材料，但其强度低，故需将气凝胶放在有一定强度的透光硬壳之内。作为可变换的实施方式，本发明的透光硬壳气凝胶保温层也可采用其他高效保温层，以降低复合材料双向桁架组合板的制造成本。

保温隔音层13是将超轻泡沫混凝土填充到轻钢骨架的内侧形成的，保温隔音层13位于轻钢骨架之内，保温隔音层13的上表面至双向桁架上槽钢的底部，下表面与轻钢骨架底面齐平，超轻泡沫混凝土保温隔音层的密度为80-120kg/m³，导热系数为0.04-0.047w/(m·k)。本发明的复合材料双向桁架组合板的保温、隔音效果是通过该上述保温隔音层和上面层的透光硬壳气凝胶共同形成的组合结构达到的。

底面层14固定在轻钢骨架的底部，托住超轻泡沫混凝土保温隔音层13，底面层14采用具有一定强度的碳酸钙桔杆粉聚脂板、硅钙板等装饰板制成。

本发明的在轻钢骨架的上面以及保温隔音层13的上面是轻骨料混凝土层11，轻骨料混凝土层11位于轻钢骨架上部，轻骨料混凝土层11的底面与双向桁架的上弦杆底面相平。轻骨料混凝土层11包括水、水泥、粉煤灰陶粒以及外加剂，其骨料为粉煤灰淘粒，强度等级为CL30，内部设有点焊钢丝网12。制造屋面板和墙板时，轻骨料混凝土内掺加防水剂。在轻骨料混凝土层11上安装透光硬壳气凝胶保温层10。

本发明的超高韧性水泥基混凝土复合材料ECC(Polypropylene Engineered Cementitious Composites，简称ECC)包括水泥、水、砂组成的水泥砂浆以及高强度补强纤维的复合材料，较佳的，纤维可采用聚乙烯醇纤维(PVA)。该复合材料具有类似金属材料的拉伸强化性能，极限拉伸应变达5％-6％，性质类似金属，该变形材料是一种可变形的“金属混凝土”，其具有的高韧性和高吸收能量的能力，可用于抗震结构、抗冲击结构、结构裂纹控制等。将上述复合材料涂覆到混凝土的表面能有效防止中性化集料反应，增强抗冻性，提高耐久性。对传统的技术性能具有重大突破，对质量、节能、工程经济、环境等方面均有重大意义。水泥基复合材料为超高韧性水泥基复合材料，其经系统的微观力学设计，在拉伸和剪切荷载下呈现高延展性的一种纤维增强水泥基复合材料。

其中，本发明的轻钢骨架的为长方形，轻钢骨架外表面涂覆有一层水泥基复合材料。轻钢骨架具有一轻钢外框，轻钢外框内具有双向轻钢桁架，轻钢外框是由纵向的左肋Z形钢2、右肋Z形钢4和两端横向的前端肋C形钢1、后端肋C形钢3围合拼接而成。左肋Z形钢2、右肋Z形钢4、前端肋C形钢1和后端肋C形钢3的腹部设有多个卷边孔16，卷边孔16沿长向布置，卷边孔的设置便于穿设管线。前端肋1、左肋2、后端肋3、右肋4为冷弯薄壁型钢，如冷弯Z形钢、冷弯不等边角钢、冷弯内卷边槽钢、冷弯等边槽钢等。卷边孔16的孔形可为长圆头形或圆形或六角蜂窝形等，孔间距为300mm-600mm。前端肋1、左肋2、后端肋3、右肋4上面设有栓钉15，栓钉15间距为300mm-500mm，栓钉15用于轻钢与混凝土的连接。本发明将超高韧性水泥基复合材料ECC涂覆在轻钢骨架的表面，从而形成“金属混凝土”，ECC与金属相复合，使轻钢骨架具有高强度、高柔性、重量轻、防火、防腐、隔音、抗震综合性能优良的新材料。

本发明的双向轻钢桁架包括横向下弦杆5、横向上弦杆6、纵向下弦杆7和纵向上弦杆8，横向上弦杆6和纵向上弦杆8垂直相交，交点为上弦杆交点，上弦杆的顶面与轻钢外框的顶面齐平。横向下弦杆5和纵向下弦杆6垂直相交，交点为下弦杆交点，下弦杆的底面与所述轻钢外框的底面齐平。上弦杆交点和下弦杆交点之间设有支撑杆9，形成一个三维的空间结构双向桁架，该双向轻钢桁架安装在轻钢外框之内，上弦杆和下弦杆的端部分别与轻钢外框焊接或者拼接。

本发明的复合材料双向桁架组合板制造工艺流程，如图6所示，本发明的复合材料双向桁架组合板的制造工艺，以屋面板/墙板/楼板为例，包括以下步骤：

步骤A：准备材料及设备

见工艺流程(15)，准备工作包括：ECC制备站(1501)、轻骨料混凝土搅拌站(1502)、超轻泡沫混凝土搅拌站(1503)、钢丝网(1504)、轻钢骨架(1505)、透光硬壳气凝胶块(1506)以及及底面层材料(1507)；

步骤B：清理工作台面，按照组合板的设计尺寸安装模具；

步骤C：见工艺流程(1506)，从堆放处取出在所述模具中铺放透光硬壳气凝胶块形成透光硬壳气凝胶保温层10(制造楼板无此项，由步骤B直接进入步骤D)；

步骤D：依照设计图，依次安放钢丝网以及轻钢骨架；

钢丝网的制作见工艺流程(1504)，钢丝网是通过下料、配料、焊接、加标识，最后堆放，使用时，直接从堆放处取用。

轻钢骨架制备，见工艺流程(1505)。

轻钢骨架是通过下料、划线、冲孔、焊接、校正以及在钢骨架上喷涂超高韧性水泥基复合材料ECC，制成长方体的轻钢骨架。

见工艺流程(1501)，ECC面层是取一定量的水、水泥、砂、聚乙烯醇(PVA)进行混合搅拌形成水泥基混凝土复合材料ECC，利用气动喷枪将水泥基混凝土复合材料ECC喷射到轻钢骨架上，做到裹覆轻钢骨架全部外表面；

步骤E：在透光硬壳气凝胶保温层上浇注轻骨料混凝土形成轻骨料混凝土层11；

轻骨料混凝土的制作见工艺流程(1502)，轻骨料混凝土是取一定量的水、水泥、水粉煤灰陶粒、外加剂进行混合搅拌混合而成备用。

步骤F：在轻骨料混凝土层11上浇注超轻泡沫混凝土，铺设玻璃丝并进行养护，形成保温隔音层13；

超轻泡沫混凝土的制作见工艺流程(1503)，制备超轻泡沫混凝土，首先选取一定量的水、水泥、水煤灰掺合料进行混合搅拌得到水泥混合料，同时，将水、发泡剂、激发剂以及稳泡剂混合得到发泡产物，将水泥混合料和发泡产物混合后，堵住轻钢骨架的前端肋、左肋、后端肋、右肋上的卷边孔16，将水泥混合料和发泡产物的混合物填充到轻钢骨架的内侧，形成保温隔音混凝土层。

步骤G：拆除模具，在所述超轻泡沫加强层上铺设底面层14，吊出反转180度、运至成品库堆放。

见工艺流程(1507)，从堆放处取出底面层材料，铺设固定在轻钢骨架上，底面层14是采用具有一定强度的碳酸钙桔杆粉聚脂板、硅钙板等制成的。

底面层14形成后，可将该复合材料双向桁架组合板吊出，因工艺是反打法，在吊出后反转180度，运至成品库堆放。

本发明的复合材料双向桁架组合板将大跨度的空间结构的理念应用于屋面板、墙板、楼板之中，较常规的平面结构，具有较大的承载能力和较好的结构性能。本发明采用的粉煤灰是工业废料，轻钢可回收利用，具有可回收循环利用的优点。本发明的ECC裹覆型钢结构具有高强度、高柔性、重量轻、防火、防腐、隔音、抗震，综合性能优良的新材料“钢-ECC复合材料”；本发明具有“CSI”功能，将支撑体与填充体相分离的建筑体系，符合未来可建筑可持续发展的“百年建筑”新趋势，本发明不用架空地板，各种管线安放在复合材料双向桁架组合板的保温隔音层的填充体内，可将下底面层打开进行更换、维修，达到百年住宅的目的，同时，减少了楼层的结构高度。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。