专利名称：一种层状水泥基复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及水泥基复合材料领域，本发明特指一种层状水泥基复合材料。
背景技术：
近年来，随着水泥基材料强度的不断提高，水泥基材料的脆性增大，延性变小。针对水泥基材料准脆性的特性，目前，采用的较多的就是在水泥基材料中加入各种纤维来提高它的韧性。但各种人造纤维的生产要耗费大量的化石能源，而且在基体中难于分散。天然生物材料——珍珠和贝壳也主要由本身是脆性的碳酸钙组成，然而却具有较高的韧性，韧性主要来源于其层状结构。研究表明层状材料的韧性一般比较好，这是因为裂纹从一层传递到另一层的过程中，有着不同的能量耗散模式，从而最终消耗大量的能量，增强了材料的韧性。本发明针对传统水泥基材料抗折强度低、脆性大的缺点，借鉴珍珠等生物材料和人造层状陶瓷材料，提出了层状水泥基复合材料的概念；本发明还根据弱夹层裂纹偏转增韧原理，在两层高强度的基体间引入弱薄层。在含有弱界面的层状复合材料中，当裂纹到达一个弱结合界面时，在荷载作用下弱结合界面上就会形成微裂纹，并且微裂纹将沿着弱界面发生偏转或分层，增大裂纹扩展路径，让能量在裂纹扩展过程中释放，达到材料增韧的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种层状水泥基复合材料及其制备方法，该种水泥基复合材料可提高水泥基材料的韧性，有效提高水泥基材料的服役性能，且制备工艺简单，成本低。为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现本发明所述的一种层状水泥基复合材料，由水泥浆体层和弱夹层层叠构成，且所述弱夹层的强度低于水泥浆体层。本发明所述的一种层状水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤首先取一模具，在模具中铺设一层弱夹层，将自流平水泥浆体倒在弱夹层上，振动并使其摊平，重复步骤1至少10次后，静置1天后拆模，再进行标准养护。本发明所述的另一种层状水泥基复合材料的制备方法，在振动台上铺上弱夹层材料，在弱夹层材料四周放置模具，将水泥浆倒入模具中，在振动台上充分振动后，利用刮刀法，将模具中多出来的水泥浆体刮去，得到单层复合材料，在水泥浆体达到初凝后拆模， 再将单层复合材料切割成同样尺寸的小块材料，并将小块复合材料层叠起来，层叠最少10 次，此后，将层叠起来小块复合材料放在振动台上振动5分钟左右，最后，放入养护室进行标准养护。有益效果本发明为了提高水泥基复合材料的韧性，提供了一种层状水泥基复合材料。该材料由水泥浆体层和弱夹层依次层叠构成，水泥浆体层指自流平水泥净浆或砂浆，弱夹层可以是铝箔、纸张、泡沫混凝土等。本发明选用的原材料廉价易得自流平水泥浆体，可以选择商品自流平水泥加水配置，也可以根据需要用水泥、水、外加剂、细沙自己在实验室配置；弱夹层材料铝箔、纸张可选用商品，泡沫混凝土可实验室用起泡剂和水泥浆体混合而得。本发明还提供了层状水泥基复合材料的两种典型成型方法简单层叠法和刮刀-切割-层叠法， 而且每一层的厚度可通过重量或模具高度来进行简单控制。这两种成型方法都可以方便的运用机械装置和自动化装置来加快生产制备速度，制备工艺条件要求低，设备成本低。本发明提供的层状水泥基复合材料可有效提高水泥基复合材料的韧性及其服役性能，其增韧机理在于通过弱夹层来增大裂纹扩展路径，让能量在裂纹扩展过程中释放，从而达到材料增韧的效果。通过实施例1获得的初步实验结果证实了本发明的弱夹层可导致裂纹偏转消耗更多的能量，从而显著改善材料的韧性。
图1为本发明实施例1的制备工艺流程框图。图2为实施例1制得试件纵切面的照片。图3为实施例1制得试件的断裂失效的断面照片。图4为实施例1制得试件的荷载挠度曲线。图5是本发明层状水泥基复合材料的结构示意图。
具体实施例方式本发明中将水泥净浆或砂浆和铝箔、纸、泡沫混凝土等弱夹层交替层叠，制备层状材料。此设计在两层高强度的基体间引入弱夹层，该层的要求是既要弱，弱得足以偏转裂纹，但又能承受一定的压缩和剪切。含有弱界面的层状复合材料受载荷作用后，当裂纹达到与单相材料中的临界裂纹相同的应力强度时，裂纹开始扩展；当裂纹到达一个弱结合界面时，在荷载作用下弱结合界面上就会形成微裂纹，并且微裂纹将沿着弱界面发生偏转或分层，增大裂纹扩展路径，让能量在裂纹扩展过程中释放，达到材料增韧的效果。为了进一步揭示本发明，以下结合图1-5及具体实施例进行说明。实施例1一种层状水泥基复合材料，所述的层状水泥基复合材料由水泥浆体层1和弱夹层 2层叠构成，且所述弱夹层2的强度低于水泥浆体层1，在本实施例中，所用水泥浆体层1是自流平水泥浆体层；所述的弱夹层2是铝箔、纸、泡沫混凝土或高水胶比水泥浆体；所述的层状水泥基复合材料的总层数至少为20层。实施例2一种层状水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤步骤1取一模具，在模具中铺设一层弱夹层材料，将自流平水泥浆体倒在弱夹层上，振动并使其摊平，步骤2重复步骤1至少10次后，静置1天后拆模，再进行标准养护。实施例3一种层状水泥基复合材料的制备方法，在振动台上铺上弱夹层材料，在弱夹层材料四周放置模具，将水泥浆倒入模具中，在振动台上振动摊平后，利用刮刀法，将模具中多出来的水泥浆体刮去，得到单层复合材料，在水泥浆体达到初凝后拆模，再将单层复合材料切割成同样尺寸的小块材料，并将小块复合材料层叠起来，此后，将层叠起来小块复合材料CN 102336037 A
说明书
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放在振动台上振动5分钟左右，静置M小时后拆模，最后，放入养护室进行标准养护。实施例4(1)选择麦克斯特自流平4650水泥，加水量5. 5L/2^(g，材料用量1. 7公斤/平方米/毫米(层厚)，该水泥组成含有水泥、细砂、添加剂；(2)选择铝箔，长 30cm，宽 30cm，厚 11 μ m ；(3)控制每层水泥浆体的厚度为2mm，由此算得铺满30cmX 30cmX 2mm水泥浆用量为420g，其中水泥为:344g，水为76g ；(4)称量水泥、水；(5)将水泥、水放入搅拌机中搅拌:3min ；(6)在做(3)的同时将将30cmX30cmX4cm模具装好；(7)在模具下铺一层铝箔，铝箔要铺满模具；(8)称量水泥浆420g ；(9)将水泥浆倒在模具中的铝箔上，充分震动；(10)待水泥浆平铺开来后，在水泥浆上平铺一层铝箔；(11)称量水泥浆420g;(12)将水泥浆倒在铝箔上，再次充分震动；(13)按上述步骤重复15次，到总厚度为30mm ；(14)在水泥达到终凝前，对试件进行二次振动，提高试件强度；(15)在表面覆盖一层薄膜，静置一昼夜后拆模；(16)拆模后，放入标准养护室养护，养护观天取出。为了更好的说明本发明专利，对养护后样品进行了简单的表征测试。参照图2 实施例4制得试件纵切面的照片，图中浅色的为铝箔层，深色的为水泥浆体层，从中明显可见该材料的层状结构。参照图3 实施例4制得试件的断裂失效的断面照片，图中参差不齐的断面说明在断裂前裂纹发生了偏转，从而消耗了大量的能量。参照图4:实施例4制得试件的荷载挠度曲线，横坐标是挠度，纵坐标是荷载，该荷载挠度曲线明显不同于传统的脆性水泥基材料，在到达最高荷载后，挠度还在缓慢向前发展，显示了材料具有较好的韧性，结合断面照片可推知裂纹偏转扩展是主要的能量耗散模式和增韧机理。以上所述仅是本发明的实施例之一，故凡依本发明专利申请范围所述的特征、原理及构造所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
权利要求
1.一种层状水泥基复合材料，其特征在于所述的层状水泥基复合材料由水泥浆体层和弱夹层层叠构成，且所述弱夹层的强度低于水泥浆体层。
2.根据权利要求1所述的层状水泥基复合材料，其特征在于所用水泥浆体层是自流平水泥浆体层。
3.根据权利要求1或2所述的层状水泥基复合材料，其特征在于弱夹层是铝箔、纸、泡沫混凝土或高水胶比水泥浆体。
4.根据权利要求1所述的层状水泥基复合材料，其特征在于所述的层状水泥基复合材料的总层数至少为20层。
5.一种权利要求1所述层状水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤1取一模具，在模具中铺设一层弱夹层材料，将自流平水泥浆体倒在弱夹层上，振动并使其摊平，步骤2重复步骤1至少10次后，静置1天后拆模，再进行标准养护。
6.一种权利要求1所述层状水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，在振动台上铺上弱夹层材料，在弱夹层材料四周放置模具，将水泥浆倒入模具中，在振动台上振动摊平后，利用刮刀法，将模具中多出来的水泥浆体刮去，得到单层复合材料，在水泥浆体达到初凝后拆模，再将单层复合材料切割成同样尺寸的小块材料，并将小块复合材料层叠起来，此后，将层叠起来小块复合材料放在振动台上振动5分钟左右，静置M小时后拆模，最后，放入养护室进行标准养护。
全文摘要
一种层状水泥基复合材料，由水泥浆体层和弱夹层层叠构成，且所述弱夹层的强度低于水泥浆体层。一种制备方法，首先取一模具，在模具中铺设一层弱夹层，将自流平水泥浆体倒在弱夹层上，振动并使其摊平，然后重复步骤1至少10次后，静置1天后拆模，再进行标准养护。另一种制备方法，在振动台上铺上弱夹层材料，在弱夹层材料四周放置模具，将水泥浆倒入模具中，在振动台上充分振动后，利用刮刀法，将模具中多出来的水泥浆体刮去，得到单层复合材料，在水泥浆体达到初凝后拆模，再将单层复合材料切割成同样尺寸的小块材料，并将小块复合材料层叠起来，层叠次数大于10次，然后将层叠起来小块复合材料放在振动台上振动5分钟，最后进行标准养护。
文档编号B32B37/15GK102336037SQ201110163380
公开日2012年2月1日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者万克树, 薛晓波 申请人:东南大学