专利名称：一种高强耐久复合材料及其制造方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高强耐久复合材料及其制造方法与应用，特别涉及一种以二氧化硅和氧化钙为主要结合剂的高强耐久复合材料与制造方法，以及以该材料为主要原料制成的杆状构件与制造方法。
表1-钢材和混凝土的性能比较
备注1以加速腐蚀试验结果预测2以2小时高温下强度衰减不超过30％为判断标准所以人们通常将钢筋和混凝土配合使用，制成钢筋混凝土或钢材-混凝土的混合结构。这样的结构大大改善了混凝土的韧性，但是仍然无法克服耐久性的问题，而且由于混凝土强度不高，使得结构非常笨重。
本发明是通过以下技术方案实现的
一、高强耐久复合材料的原料及配比一种高强耐久复合材料，基本上由以下原料配比组成结合剂 30-60％水 3-15％骨料30-60％纤维0-15％添加剂 0-5％所述结合剂的主要成份为二氧化硅和氧化钙，其组分配比(按重量百分比)为二氧化硅30-70％；氧化钙30-70％；其中部份二氧化硅和氧化钙可以是硅酸钙(硅酸二钙和硅酸三钙)式的复合分子团，结合剂的粒径为10nm-200μm。
所述骨料可以是高强度的石英沙或钢砂，其粒径为0.1-2mm。
所述纤维可以是高强度的钢丝或人造纤维，其直径为0.01-1.5mm，长度为5-30mm。
所述添加剂是为了增加上述原料混合后的流动性而添加，可有多种选择。
二、高强耐久复合材料的制造方法本发明高强耐久复合材料按下述方法制造1、将原料按比例配料结合剂30-60％，水3-15％，骨料30-60％，纤维0-15％，添加剂0-5％，配置完毕之后可在敞开或者真空密闭的条件下搅拌均匀；2、搅拌均匀之后依流动性不同选择下述的一种方法成型A.自然流动成型B.振动成型C.离心式成型D.挤压成型3、成型后可在模具内施加0-100MPa的压力，施压时间0-100小时，直到复合材料硬固为止，以增加其致密性、强度和耐久性；4、复合材料硬固后脱模，可进行热压处理，温度10-500℃，压力0-100MPa，相对湿度50-100％；持续时间0-200小时，在此期间温度、压力和湿度可以随时间变化。
三、高强耐久复合材料杆状构件及制造方法本发明还提供一种以本发明高强耐久复合材料为主要材料的杆状构件，所述的构件是依照下述方法制成的1.将原料按比例配料结合剂30-60％，水3-15％，骨料30-60％，纤维0-15％，添加剂0-5％。原料配制完毕之后可在敞开或真空密闭的条件下搅拌均匀。
2.搅拌均匀之后可依流动性的不同选择三种方法之一成型
A.自然流动B.振动成型C.离心式成型杆状构件成型时选用钢材或其它抗拉强度高、钢度好的材料制成管状外壳，将搅拌均匀的原料装入管状外壳内。管状外壳横截面可以是圆形或者多边形，管壁厚度0.1-50mm。该管状外壳是复合材料成型时的外模，同时也在材料受到轴向压力时起围束作用，增加轴向抗压强度。制作杆状构件时，成型前可以在复合材料中设置钢筋或其它抗拉强度高的材料以增加抗拉强度。杆状构件可制成空心状。本发明提供的高强耐久复合材料杆状构件也可以设计为不带有管状外壳的杆状构件，原料成型时在模具中进行。
3.成型后可在模具内施加0-100MPa的压力，施压时间0-100小时，直到复合材料硬固为止，以增加其致密性、强度和耐久性。
4.复合材料硬固后(不带管状外壳时须脱模)，进行热压处理，温度10-500℃，压力0-100MPa，相对湿度50-100％，持续时间0-200小时。在此期间温度、压力和湿度可以是随时间变化的。
本发明提供的高强度耐久复合材料克服了现有技术的缺点和不足，具有下列优良的性能。
(1) 本发明的复合材料各项性能(包括耐久性)都比混凝土好；(2) 和钢材相比，本发明的复合材料虽然抗拉强度较低，但抗压强度相当，而且具有优越的耐久性和耐火度；(3) 和钢材相比，本发明的复合材料还具有轻质的优点。
本发明高强耐久复合材料与钢材和混凝土的性能比较如表2所示表2-本发明复合材料、钢材和混凝土的性能比较
备注1以加速腐蚀试验结果预测2以2小时高温下强度衰减不超过30％为判断标准下面用具体实例来对本发明作详细描述。
具体实施例方式
实施例1结合剂(二氧化硅∶氧化钙＝55∶45)45％，水8％，骨料(石英砂，0.5mm)40％，钢纤维(0.1×10mm)6％，添加剂(N型减水剂)1％。敞开式拌和，自然流动成型50×100mm圆柱试体。常温大气压下静置24小时后，80℃恒温、90％恒湿、恒压(大气压)下96小时。制得高强耐久复合材料的抗压强度210MPa，抗拉强度22MPa。
实施例2结合剂(二氧化硅∶氧化钙＝60∶40)45％，水8％，骨料(石英砂，0.3mm)40％，钢纤维(0.1×10mm)6％，添加剂(N型高效减水剂)1％。敞开式拌和，振动成型50×100mm圆柱试体。常温大气压下静置16小时后，80℃恒温、90％恒湿、恒压(大气压)下48小时。制得高强耐久复合材料的抗压强度206MPa，抗拉强度21MPa。
实施例3结合剂(二氧化硅∶氧化钙＝55∶45)50％，水8％，骨料(石英砂，1.5mm)33.8％，钢纤维(0.1×10mm)7％，添加剂(N型高效减水剂)1.2％。敞开式拌和，振动成型50×100mm圆柱试体。常温10个大气压下静置16小时后，90℃恒温、90％恒湿、恒压(大气压)下120小时。制得高强耐久复合材料的抗压强度233MPa，抗拉强度25MPa。
实施例4结合剂(二氧化硅∶氧化钙＝55∶45)46％，水12％，骨料(石英砂，1mm)41％，添加剂(N型高效减水剂)1％。密闭后抽真空拌和，自然流动成型50×100mm圆柱试体。常温大气压下静置24小时后，80℃恒温、90％恒湿、恒压(大气压)下48小时。制得高强耐久复合材料的抗压强度181MPa，抗拉强度15MPa。
实施例5结合剂(二氧化硅∶氧化钙＝55∶45)45％，水8％，骨料(钢砂，1.0mm)44％，碳纤维(0.2×20mm)2％，添加剂(N型高效减水剂)1％。敞开式拌和，5倍重力加速度的离心力下成型100×200mm圆柱试体，空心直径30mm。常温大气压下静置16小时后，200℃恒温、90％恒湿、恒压(10个大气压)下168小时。制得高强耐久复合材料的抗压强度275MPa，抗拉强度29MPa。
实施例6结合剂(二氧化硅∶氧化钙＝55∶45)44％，水7％，骨料(石英砂，0.6mm)43％，钢纤维(0.1×10mm)5.5％，添加剂(N型高效减水剂)0.5％。敞开式拌和，挤压成型50×100mm圆柱试体。常温大气压下静置24小时后，80℃恒温、90％恒湿、恒压(大气压)下96小时。制得高强耐久复合材料的抗压强度238MPa，抗拉强度25MPa。
实施例7结合剂(二氧化硅∶氧化钙＝55∶45)32％，水4％，骨料(钢砂，0.5mm)55％，钢纤维(0.2×20mm)8％，添加剂(N型高效减水剂)1％。敞开式拌和，试体直接自然流动成型于壁厚1mm、直径50mm、高100mm的钢管内。常温大气压下静置24小时后，80℃恒温、90％恒湿、恒压(大气压)下120小时。制得高强耐久复合材料的抗压强度355MPa，抗拉强度40MPa。
权利要求
1.一种高强耐久复合材料，基本上由以下原料配比组成结合剂 30-60％水 3-15％骨料30-60％纤维0-15％添加剂 0-5％
2.根据权利要求1所述的高强度耐久复合材料，其特征为所述的结合剂的成份及配比为二氧化硅30-70％，氧化钙30-70％，其中部份二氧化硅和氧化钙可以是硅酸钙(硅酸二钙和硅酸三钙)式的复合分子团，结合剂的粒径为10nm-200μm。
3.根据权利要求1所述的高强度耐久复合材料，其特征为所述的骨料为高强度的石英砂或钢砂，其粒径为0.1-2mm。
4.根据权利要求1所述的高强度耐久复合材料，其特征为所述的纤维为高强度的钢丝和/或人造纤维，其直径为0.01-1.5mm，长度为5-30mm。
5.一种高强耐久复合材料的制造方法，其特征为该复合材料是按下述方法制作的(1).将原料按比例配料结合剂30-60％，水3-15％，骨料30-60％，纤维0-15％，添加剂0-5％，配置完毕之后可在敞开或者真空密闭的条件下搅拌均匀；(2).搅拌均匀之后依流动性不同选择下述的一种方法成型A.自然流动成型B.振动成型C.离心式成型D.挤压成型(3).成型后可在模具内施加0-100MPa的压力，施压时间0-100小时，直到复合材料硬固为止；(4).复合材料硬固后脱模，可进行热压处理，温度10-500℃，压力0-100MPa，相对湿度50-100％；持续时间0-200小时，在此期间温度、压力和湿度可以随时间变化。
6.一种高强耐久复合材料杆状构件，其特征为该杆状构件由权利要求1所述的高强耐久复合材料为主要材料制成。
7.根据权利要求6所述的高强耐久复合材料杆状构件，其特征为所述的杆状构件外还设有钢质外壳，所述外壳的横截面为圆形或多边形，管壁厚度为0.1-50mm。
8.根据权利要求6或7所述的高强耐久复合材料杆状构件，其特征为所述杆状构件呈中空状，所述复合材料内设置有钢筋或其它抗拉强度较高的材料。
9.一种高强耐久复合材料杆状构件的制造方法，其特征为按下述方法制作的(1).将原料按比例配料结合剂30-60％，水3-15％，骨料30-60％，纤维0-15％，添加剂0-5％，配置完毕后可在敞开或者真空密闭条件下搅拌均匀；(2).搅拌均匀后依流动性的不同选择三种方法之一成型A.自然流动成型B.振动成型C.离心式成型选用钢材或抗拉强度高、刚度好的材料制成管状外壳，管状外壳横截面为圆形或者多边形，管壁厚度0-50mm，杆状构件可制成空心状；杆状构件不带有管状外壳时，成型在模具中进行；(3).成型后在模具内施加0-100MPa的压力，施压时间0-100小时，直到复合材料硬固为止；(4).复合材料硬固之后进行(不带管状外壳时须脱模)热压处理，温度10-500℃，压力0-100MPa，相对湿度50-100％，持续时间0-200小时，在此期间温度、压力和湿度可以随时间变化。
10.根据权利要求9所述的一种高强耐久复合材料杆状构件的制造方法，其特征为所述的杆状构件成型前可在复合材料中设置钢筋或者其它抗拉强度较高的材料。
全文摘要
本发明公开了一种高强耐久复合材料及其制造方法与应用，目的是提供一种高强耐久复合材料及其制造方法，同时提供一种由该高强耐久复合材料为主要材料制成的高强耐久材料杆状构件及其制造方法。本发明所提供的高强耐久复合材料，基本上由以下原料配比组成结合剂，30－60％；水，3－15％；骨料，30－60％；纤维，0－15％；添加剂，0－5％。本发明提供的高强度耐久复合材料克服了现有技术的缺点和不足，各项性能(包括耐久性)都比混凝土好；和钢材相比，本发明的复合材料虽然抗拉强度较低，但抗压强度相当，而且具有优越的耐久性和耐火度；和钢材相比，本发明的复合材料还具有轻质的优点。
文档编号C04B14/38GK1436747SQ0310223
公开日2003年8月20日 申请日期2003年1月30日 优先权日2003年1月30日
发明者苗伯霖 申请人:穆桢子