专利名称：复合结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种复合结构。
背景技术：
在建筑业中，以钢-水泥基材料的组合为基础的结构是公知的。除了常规的用钢筋改善混凝土的负荷性能外，还设计了更复杂的结构，用在专门的要求高性能特征的领域中，例如用在海底领域中。
为满足海底的性能要求而设计的基于钢-混凝土的结构的例子描述在GB-A2136033中，该结构包括一对间隔开的钢板、将这两个钢板互连的一组钢构件和填充或部分填充这两个钢板之间的空间的混凝土层。据说GB-A2136033的结构能够抗船只冲撞和冰压力。
但尽管这样的材料能够抗击低冲撞力和逐步施加的压力，仍然还需要性能改善的结构，例如具有改善的高耐冲击力或抗爆性的结构(例如用在油田勘探中、钻井平台上或危险的制造环境中)。
因此，如果有一种结构，其结构强度等于或接近已知的基于钢-混凝土的复合材料并且还具有改善的高耐冲击力和抗爆性，则将非常有益。
发明内容
现在令人惊奇地发现通过在复合结构中掺入一种包括特殊种类的含沥青烯的粘合剂的材料，可以实现结构强度和高耐冲击力的双重目的。
因此，本发明提供一种包括两个面板的结构，其中这两个面板分别设置在固态组合物的每一侧上，该固态组合物以其总重量计包括70-99wt％的固体颗粒和30-1wt％的针入度小于15dmm的含沥青烯的粘合剂。
具体实施例方式
本发明的结构包括一种固态组合物，该固态组合物基于特殊种类的含沥青烯的粘合剂，并且处于两个面板中间。合沥青烯的粘合剂的粘弹性赋予本发明的结构以一定程度的弹性，使其具有更强的耐高冲击力和抗爆破力的性能。虽然其它粘合剂也具有粘弹性，但只有使用用于本发明的含沥青烯的粘合剂，才能得到既有好的结构强度又有高耐冲击力性能的结构。
与其它粘弹性材料相比，在本发明的结构中使用的含沥青烯的粘合剂的另一个优点是由于含沥青烯的粘合剂具有较高的软化点，所以包括所述粘合剂的结构更能够耐高温。
本发明的结构中使用的固态组合物以其总重量计包括70-99wt％的固体颗粒和30-1wt％的针入度小于15dmm的含沥青烯的粘合剂。沥青烯是沥青材料中的组分，其溶解在二硫化碳中，但不溶于石油溶剂。一般来说，沥青烯占沥青材料的5-25％(Shell Bitumen Handbook，1991年9月，第90页)。可以用试验方法IP143/96确认沥青烯的存在。
含沥青烯的粘合剂的针入度小于15dmm。在25℃下根据ASTM D5测定含沥青烯的粘合剂的针入度。优选地，含沥青烯的粘合剂的针入度为1dmm至小于15dmm。粘合剂的针入度优选最大为10dmm，更优选小于10dmm，最优选小于8dmm。另外，粘合剂在25℃时的针入度优选至少为1dmm，更优选至少为2dmm，甚至更优选至少为4dmm。小于2dmm的针入度值可以用下述方法测定在40℃下测定针入度，然后将结果外推至25℃。
本发明的结构中使用的含沥青烯的粘合剂的软化点根据ASTMD36的环球试验测定优选最低是50℃，更优选最低是70℃，甚至更优选最低是100℃。另外，粘合剂的软化点优选最高是157℃，更优选最高是150℃。
在本发明的一个优选实施方案中，该结构包括一种固态组合物，其中含沥青烯的粘合剂按IP143/96测定含有(i)以整个粘合剂计15-95wt％的沥青烯，该沥青烯至少含有60％的芳族碳，和(ii)以整个粘合剂计5-85wt％的其它烃。这个实施方案的含沥青烯的粘合剂是优选的，因为包括这些粘合剂的固态组合物暴露在盐水中时仍能保持其挠曲强度。因此，它们非常适合用在海底领域中。
用下述方法测定沥青烯中芳族碳原子的百分数如IP143/96所述分离出粘合剂中的沥青烯，将沥青烯样品溶解在二硫化碳或氯仿中，用13C NMR估测芳族碳的百分数。
一般来说，在上述优选的粘合剂中存在的其它烃最多可以含有以其它烃计15wt％的非氢碳的原子，更具体地说是硫、氮和氧，优选最多12wt％，最优选最多10wt％。
优选地，本发明的结构中使用的含沥青烯的粘合剂至少含有以整个粘合剂计20wt％的沥青烯。更优选地，所述粘合剂至少含有25wt％的沥青烯。沥青烯的量优选最多为95wt％，更优选最多为70wt％，更优选最多为60wt％，更优选最多为50wt％，更优选最多为45wt％，最优选最多为40wt％。含沥青烯的粘合剂中的余量是其它烃。
本发明的结构中使用的含沥青烯的粘合剂可以用本领域普通技术人员公知的任何方法制备，只要得到的粘合剂具有所需的硬度即可。WO00/46164中描述了可以用在本发明中制备含沥青烯的粘合剂和固态组合物的方法。
当含沥青烯的粘合剂是含下述成分的粘合剂时(i)15-95wt％的沥青烯，该沥青烯至少含有60％的芳族碳，和(ii)5-85wt％的其它烃，它可以通过将烃热裂化的方法方便地制备。优选将残余烃馏分热裂化。热裂化成品可以原样使用，也可以与任何其它烃馏分组合使用，只要达到所需的硬度即可。
固态组合物优选包括以整个固态组合物计2-20wt％的含沥青烯的粘合剂，更优选3-15％，甚至更优选4-10％，最优选6-9％。
本发明的结构中使用的固态组合物以其总重量计包括70-99wt％的固体颗粒。固态组合物优选包括80-98wt％的固体颗粒，更优选85-97wt％，甚至更优选90-96wt％，最优选92-94wt％。
所述固体颗粒可以选自多种材料。可以使用的非穷举性的固体颗粒包括矿物颗粒、水泥、回收沥青、回收轮胎、粉碎的贝壳、飞尘、多孔颗粒如沸石和珍珠岩、废催化剂、木质颗粒如木屑、导电颗粒如石墨颗粒或石油焦颗粒。优选的固体颗粒是矿物颗粒。方便使用的矿物颗粒包括粘土、淤泥、石灰石或石英的颗粒，优选的矿物颗粒是包括二氧化硅和/或氧化铝的矿物颗粒。
粒度小于63微米的固体颗粒在本领域中已知是填料；粒度为63微米至2mm的颗粒已知是砂子；粒度为2mm-8mm的颗粒已知是石头。本发明的固态组合物中的固体颗粒优选是粒度最大为63微米的颗粒(所谓的填料)和粒度为63微米至2mm的颗粒(所谓的砂子)和粒度为2-8mm，优选4-8mm的颗粒(所谓的石头)的组合，还任选地与粒度更大的颗粒组合。粒度是用具有指定尺寸开孔的筛子通过筛分测定的。填料、砂子和石头的量优选各自以固体颗粒总量计为10-50wt％(其总和为100wt％)。
本发明很重要的一个方面是在所述结构中使用的固态组合物具有良好的强度。因此，优选的固态组合物的挠曲强度至少是1.0N/mm2，优选至少是3.0N/mm2，更优选至少是4.0N/mm2，甚至更优选至少是5.0N/mm2，最优选至少是6.0N/mm2，挠曲强度是根据NEN 7000测定的，这是“Nederlands Normalisatie Istituut，第2版，1985年7月”中的一个试验。
另外还优选地，本发明的结构中所使用的固态组合物具有良好的抗压强度，所述抗压强度优选至少是5.0N/mm2，更优选至少是10.0N/mm2，更优选至少是15.0N/mm2，这是根据1990年修订的European Federation of Manufacturers of Refractoryproducts，PRE/R 14-1的ISO/R 836测定的。
本发明的一个有利方面是可以根据所要使用的本发明结构的特定领域优化固态组合物的空隙率。一般对于大多数领域来说，固态组合物的空隙率优选小于3％，更优选小于2％，最优选小于1％，这是根据“Standard Regelgeving Advisering Wegenbouw”，1995，test 67测定的。但在需要轻质结构的情况下，例如在需要易于运输或现场重新定位的结构时，组合物优选具有很高的空隙率，从而使其重量和密度低。
本发明的结构包括两个结合在一起的面板。所述面板优选相互平行。在本发明的一个优选实施方案中，利用多个交叉构件将面板结合在一起。
面板和多个交叉构件优选用高强度材料制成。最优选面板和多个交叉构件由钢制成。
多个交叉构件可以方便地采用棒状、管状等形式，并且优选与面板垂直取向。
每个面板的厚度都优选是2-32mm，更优选3-20mm，最优选6-20mm。面板间隔优选是30-800mm，更优选100-800mm，最优选150-800mm。在使用交叉构件的情况下，每个交叉构件和与其相邻的交叉构件的间隔优选是面板厚度的10-80倍，更优选10-60倍，最优选20-40倍。
因此，在本发明的一个实施方案中，每个面板的厚度是2-32mm，面板间隔是30-800mm，每个交叉构件和与其相邻的交叉构件的间隔是面板厚度的10-80倍。
该结构的宽度和高度可以随其意欲应用的具体领域而变化。该结构可以用本领域已知的任何便利方法制备，例如首先用多个交叉构件将两个面板组结在一起，然后将所需量的固态组合物加热至使其自由流动的温度，然后将该混合物倒入面板之间的空间内，并使其冷却固结。
在本发明的一个优选实施方案中，该结构的面板包括合适材料如钢的平板。
但在一个替代性的实施方案中，所述面板可以是能够更好地抗击外力的形状，例如向内弯曲或向外弯曲或波形。另外，在某些领域中，在可以方便采用的结构中，所述面板包括设置在固态组合物每一侧上的棒或管等的网状结构。
在本发明的另一个实施方案中，该结构包括两个以上的面板，例如三个或四个面板，其中至少两个面板之间的空间内部分填充有本发明的固态组合物。
在本发明的另一个实施方案中，该结构还可以包括设置在一个或多个面板至少一部分外表面上的附加固态组合物层。该附加固态组合物层有利于保护其它结构材料如钢免受腐蚀，有利于在结构表面上的接头等处提供不透液的密封。另外，当将本发明的结构用作道路或铁路的防护屏障时，包括设置在外表面上的这种附加固态组合物层的结构相对于传统防护屏障来说，其附加的优点是该固态组合物能够有效地阻抑声音，从而能够降低周围区域中的噪音水平。
可以非常方便地制备本发明结构的一个方法是使用预制双面板。在该方法中，通过将各个面板相互焊接可以现场组装所述结构。
因此，本发明还提供一种预制双面板，其包括由多个交叉构件结合在一起的两个面板，在使用该面板时，将两个面板分别设置在固态组合物的每一侧上，所述固态组合物以其总重量计包括70-99wt％的固体颗粒和30-1wt％的针入度小于15dmm的含沥青烯的粘合剂。
前面所述本发明的结构优选的尺寸和材料对于本发明的预制双面板也是优选的。本发明优选的双面板是单个面板的宽度为1.0m-2.0m、单个面板的长度为3.5m-18.0m的面板。
包括混凝土填料的双面复合板是已知的，例如由WO95/27109可知。用类似WO95/27109所述的方式可以将本发明的双面板的面板和交叉构件组装起来。但在本发明中，板的内部随后用包括针入度小于15dmm的含沥青烯的粘合剂的固态组合物填充。
用多个双面板可以方便地组装本发明的结构，方法是将每个面板焊接在与其相邻的面板上。当用这种方式组装本发明的结构时，固态组合物可以在焊接面板之前导入双面板内，也可以先组装面板，然后将固态组合物导入结构内。
在本发明的一个优选实施方案中，该结构还可以包括一个设置在面板和固态组合物之间的含沥青烯的粘结剂层。这样可以提高将固态组合物固定在面板上的强度，可以防止在钢-混凝土界面周围的固态组合物中形成裂纹。含沥青烯的粘结剂优选类似于固态组合物中的含沥青烯的粘合剂，或者说最优选与其相同，但与固态组合物不同的是，它的粘合剂与固体颗粒的比例更高。
因此，在一个优选实施方案中，本发明的结构还可以包括一个设置在至少一部分两个面板和固态组合物之间的含沥青烯的粘结剂层。该含沥青烯的粘结剂包括以组合物的总重量计100％至大于30％的针入度小于15dmm的含沥青烯的粘合剂和0至小于70％的固体颗粒。根据该实施方案，含沥青烯的粘结剂优选包括100-50wt％，更优选100-75wt％，最优选100-90wt％的含沥青烯的粘合剂和0-50％，更优选0-25wt％，最优选0-10wt％的固体颗粒。在一个特别优选的实施方案中，含沥青烯的粘结剂包括100wt％的含沥青烯的粘合剂。
前面针对本发明的固态组合物所述的含沥青烯的粘合剂和固体颗粒的类型对于该实施方案的含沥青烯的粘结剂来说也是优选的，只是在含沥青烯的粘结剂中，固体颗粒的平均粒度优选小于63微米，因为使用的颗粒越小，铺设的粘结剂层越薄。含沥青烯的粘结剂层的厚度优选小于5mm，更优选小于2mm，甚至更优选小于1mm。
本发明的结构理想地适用于海底领域，例如在钻井平台上保护防止冲击/爆破，并且能够保护人员所在的区域。但该结构也可以有利地用在民事工程领域，例如在炼油厂或化学厂周围用作保护墙，或者用作道路或铁路的防护屏障。
通过下面的实施例可以进一步理解本发明。
实施例1-4下面的实施例对本发明结构中使用的混凝土和固态组合物在高速撞击条件下的性能进行了比较。试验进行的方法是向试验材料的样品上射击质量已知的射弹。用设置在射靶前面的红外光屏测试撞击前射弹的速度。另外用设置在射靶后面的红外光屏测试穿透材料后所有射弹的速度。试验中使用两种射弹重4g的5.56 SS109球和重9.7g的7.62mm球。试验在室温(20-25℃)下进行。
试验用的射靶是用本发明的固态组合物或B60混凝土制成的板，该板是0.60×0.60m2，厚度约为6cm。
试验用的射靶A是用本发明的固态组合物制成的，其包括14.9wt％的填料、31.1wt％的0.63-3mm的骨料、45.7wt％的3-8mm的骨料和8.3wt％的含沥青烯的粘合剂。含沥青烯的粘合剂是用下述方法得到的将沸点为520℃或更高的中东原油的渣油馏分热裂化，然后通过将产品真空闪蒸除去轻馏分。得到的粘合剂在常压下的沸点是520℃或更高。该粘合剂含有25wt％的沥青烯(IP143/96)，25℃时的针入度为6-7dmm(在25℃下ASTM D5)，环球软化点为90℃(ASTM D36)。该沥青烯具有65wt％的处于芳环中的碳原子。
试验用的射靶B是用B60混凝土制成的，其组成为375Kg/m3的水泥、1820Kg/m3的骨料，水-水泥因数为0.5，空气含量为2.1％；骨料分级如下0.25mm，7wt％；0.25-0.5mm，13wt％；0.5-1mm，15wt％；1-2mm，15wt％；2-4mm，20wt％；4-8mm，30wt％。
试验结果示于表1。从表1可以看出本发明的固态组合物比传统的混凝土能够更有效地阻止高速射弹。对于传统的混凝土来说，5.56SS109球(4.0g)以955/963m/s的速度穿透射靶(对比例2)，而本发明的组合物阻止速度为959/961m/s的射弹(实施例1)。另外，虽然更重的7.62mm球(9.7g)将两种试验材料都穿透了，但与混凝土射靶(对比例4)相比，固态组合物射靶(实施例3)将射弹速度降低到更低的速度值。
表1
na＝未应用nr＝无记录perf.＝穿透这些结果表明与混凝土相比，本发明的固态组合物对高动态负荷如高速撞击来讲能够提供更好的保护。
权利要求
1.一种包括两个面板的结构，其中两个面板分别设置在固态组合物的每一侧上，所述固态组合物以其总重量计包括70-99wt％的固体颗粒和30-1wt％的针入度小于15dmm的含沥青烯的粘合剂。
2.权利要求1的结构，其中所述面板用多个交叉构件结合在一起。
3.权利要求1或2的结构，其中所述含沥青烯的粘合剂含有(i)以整个粘合剂计15-95wt％的沥青烯，该沥青烯含有至少60％的芳族碳，和(ii)以整个粘合剂计5-85wt％的其它烃。
4.权利要求1-3任一项的结构，其中所述面板和多个交叉构件由钢制成。
5.权利要求1-4任一项的结构，其中所述面板相互平行。
6.权利要求2-5任一项的结构，其中所述多个交叉构件均与面板垂直取向。
7.权利要求1-6任一项的结构，还包括设置在至少一部分两个面板和固态组合物之间的含沥青烯的粘结剂层，该含沥青烯的粘结剂包括以组合物的总重量计100wt％至大于30wt％的针入度小于15dmm的含沥青烯的粘合剂和0至小于70wt％的固体颗粒。
8.权利要求2-7任一项的结构，其中所述各面板的厚度均是2-32mm，面板的间隔是30-800mm，每个交叉构件和与其相邻的交叉构件的间隔是面板厚度的10-80倍。
9.一种预制双面板，其包括由多个交叉构件结合在一起的两个面板，其中在使用该双面板时，将两个面板分别设置在固态组合物的每一侧上，所述固态组合物以其总重量计包括70-99wt％的固体颗粒和30-1wt％的针入度小于15dmm的含沥青烯的粘合剂。
全文摘要
本发明提供一种包括两个面板的结构，其中这两个面板分别设置在固态组合物的每一侧上，所述固态组合物以其总重量计包括70－99wt％的固体颗粒和30－1wt％的针入度小于15dmm的含沥青烯的粘合剂，本发明还涉及用于构筑该结构的预制双面板。
文档编号B32B11/00GK1659023SQ03812922
公开日2005年8月24日 申请日期2003年5月2日 优先权日2002年5月2日
发明者M·F·丹尼尔, J·C·J·E·梅杰, H·H·穆伊威尔 申请人:国际壳牌研究有限公司