专利名称：一种三维间隔织物增强水泥基复合材料布及其制备方法和施工方法
技术领域：
本发明属于建筑构件技术领域，涉及一种三维间隔织物增强水泥基复合材料布及其制备方法和施工方法。
背景技术：
混凝土材料诞生已经一百多年，由于其各方面性能优异而被广泛的应用在建筑领域。但是，在一些特殊工程中，由于的施工方面的原因，而使得传统搅拌方式的混凝土的应用受到限制，比如，山体护坡、河堤加固、沟渠斜坡、水下管道维修等建筑工程，在这些工程中，普通混凝土现场浇注的施工方式难以操作。近年来在纺织领域，出现了一种三维间隔织物，它是由顶层纤维织布和底层纤维织布以及连接表层织布的纤维丝所组成。它具有高弹、轻质等特性，这种三维间隔织物已由一些纺织公司设计生产出来并用来制造衣服、坐垫、枕芯、户外工具等。三维间隔织布层中间连接的纤维丝具有一定的弹性和承载能力。在生产过程中，三维间隔织物的厚度主要取决于两层织布中间连接的纤维丝的长度。间隔织物的底层和顶层以及中间的纤维丝，可以根据不同的性能要求，选择相同或者不同种类的纤维，如涤纶纤维、玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、尼龙纤维、聚丙烯纤维等等。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种三维间隔织物增强水泥基复合材料布及其制备方法和施工方法，该材料与水接触后可凝固成各种形状复杂的建筑构件，避免了现场搅拌和浇注，尤其适用于特殊工程，而且其成本低廉、性能优异。本发明是通过以下技术方案来实现一种三维间隔织物增强水泥基复合材料布，是将水硬性无机粉末材料填充到三维间隔织物中，三维间隔织物上设有密封层；所述的三维间隔织物包括上织布层、纤维丝层和下织布层，纤维丝层由三维分布的纤维丝组成；上织布层的网孔直径大于水硬性无机粉末的粒径，所述的下织布层是织造紧密的密织织布，下织布层是网孔直径小于水硬性无机粉末的粒径，纤维丝层中填充水硬性无机粉末。所述的密封层上还设有防水薄膜层，密封层由密织织布、胶体或塑料薄膜制成。所述的三维间隔织物的厚度为5mm 20mm，上织布层和下织布层的厚度分别为O. 5 L 5mmο所述的水硬性无机粉末是水泥基复合材料，由水泥和添加剂组成，其质量比例为水泥添加剂=80 95 :5 20。所述的水泥是硅酸盐水泥、高铝水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或几种；所述的添加剂是减水剂、引气剂、膨胀剂中的一种或几种。所述的上织布层、纤维丝层和下织布层的材料相同，为涤纶纤维丝、玄武岩纤维丝、碳纤维丝、芳纶纤维丝尼龙纤维丝和聚丙烯纤维丝中的一种或几种纤维丝编织制成。一种三维间隔织物增强水泥基复合材料布的制备方法，包括以下步骤 I)制作三维间隔织物采用经编纺织技术编织由上织布层、下织布层和纤维丝层组成的三维间隔织物，水硬性无机粉末能够穿过上织布层的网孔，而不能穿过下织布层的网孔；2)填充水硬性无机粉末将水硬性无机粉末倒入制作的三维间隔织物的上织布层的顶面上，通过上织布层的网孔，水硬性无机粉末进入纤维丝层3，直至水硬性无机粉末充满纤维丝层3 ；3)密封上织布层网孔在填充水硬性无机粉末完成之后，在三维间隔织物的上织布层的顶面设置密封层，密封上织布层的网孔，防止水硬性无机粉末从上织布层的网孔中泄漏。所述在水硬性无机粉末倒入上织布层后，使用压力器对三维间隔织物施加向下的压力，并且使用振动器对三维间隔织物振动，使得水硬性无机粉末从松散状态变得密实。所述在密封层的顶面通过粘结剂粘贴防水薄膜层。所述的三维间隔织物增强水泥基复合材料布的施工方法，包括以下步骤首先，将三维间隔织物增强水泥基复合材料布倒置在工况表面上，使下织布层位于最上方；然后，向下织布层的表面洒水，水通过下织布层渗透到三维间隔织物空间内，水硬性无机粉末遇水凝固硬化成建筑构件。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果I、本发明提供的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，具有强度高、耐久性好、防火等级高、抗渗透性佳的性能；同时与水接触后可凝固成各种形状复杂的建筑构件，可应用于传统搅拌方式的混凝土不能应用的领域中，尤其适用于特殊工程。将三维间隔织物增强水泥基复合材料布应用于山体护坡、河堤加固、沟渠斜坡、水下管道维修等传统搅拌方式的混凝土不能应用的领域中。例如，可以用来制作临时帐篷；用作交通车辆的临时通道；用作浇筑混凝土的建筑模板；用作防止山体滑坡的覆盖层等等。本发明提供的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，具有良好的柔韧性和易变行性，可以将复合材料布卷起来封装，运至施工现场。施工时，将复合材料布铺设到工况表面，在下织布层的表面洒水，待水与水硬性无机粉末发生反应，凝固硬化成建筑构件后，即可投入使用。整个制备方法和施工方法简单易行。2、本发明提供的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，具有强度高的性能。上织布层、纤维丝层和下织布层呈三维间隔织物，具有纤维织物增强作用。填充在纤维丝层中的填充水硬性无机粉末具有优异的强度性能，因此，本发明提供的复合材料布具有强度高的性能该复合材料布的抗压强度为42. 7MPa，抗弯强度为9. 3MPa。现有水泥基增强材料，要么是水泥和短纤维(短丝，直径几毫米，长度几厘米)增强，要么是水泥和平布(布厚度可忽略，属于二维结构)结合，而本发明采用的三维间隔织物连续立体结构(厚度2公分左右，镂空，属于三维结构)。3、本发明提供的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，具有防火等级高、抗渗透性佳的性能。本发明提供的复合材料布，上织布层、纤维丝层和下织布层均可采用具有阻燃性能的纤维丝制成，且无机材料自身是不燃的，因此凝固硬化后的复合材料布具有防火效果，防火等级为A2级。同时，复合材料布的上织布层可以覆盖塑料防水薄膜层，保证其凝结硬化后可达到整体防水的效果，使得该复合材料布具有良好的抗渗透性能。4、本发明提供的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，水硬性无机粉末凝结硬化 时间可控，并且建筑构件的造型具有可塑性。所采用的水硬性无机粉末，可根据施工要求进行调配。因此，水硬性无机粉末与水接触后的凝结硬化时间可控制在数小时到一天的范围内。同时，本发明的三维间隔织物增强水泥基复合材料布与水接触后，在水硬性无机粉末凝固之前，三维间隔织物具有很好的柔韧性和易变行性，因而复合材料布可根据施工要求凝固硬化成复杂的形状。5、本发明提供的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，制备方法和施工方法简单易行。本发明在制备的三维间隔织物增强水泥基复合材料布时，首先采用经编纺织技术编织由上织布层、下织布层和纤维丝层组成的三维间隔织物，然后将水硬性无机粉末倒入上织布层的顶面上，最后在三维间隔织物的上织布层的顶面设置一密封层即可。传统方法需要在现场将水泥粉料和水进行搅拌后再浇筑施工。而本发明预先将水泥粉料封装在织物里，平时柔软可折叠包装储存，使用时铺设于施工对象表面，浇水后直接硬化，省略了没有搅拌和浇筑施工过程。
图I为本发明的结构剖视图。其中，I为密封层、2为上织布层、3为纤维丝层、4为下织布层、5为水硬性无机粉末、6为防水薄膜层。
具体实施例方式下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。如图I所示，本发明的一种三维间隔织物增强水泥基复合材料布，包括按从上向下顺序依次布置的密封层I、上织布层2、纤维丝层3和下织布层4。纤维丝层3由三维分布的纤维丝组成。纤维丝层3、上织布层2和下织布层4编织成三维间隔织物。具体的上织布层2、纤维丝层3和下织布层4均由涤纶纤维丝、玄武岩纤维丝、碳纤维丝、芳纶纤维丝和尼龙纤维丝中的任何一种或者任意组合的纤维丝编织制成的三维间隔织物。上织布层2优选由具有弹性的纤维丝制成，例如碳纤维丝、涤纶纤维丝，或者芳纶纤维。这样在填充水硬性无机粉末5时，上织布层2可以将织布撑开，方便填充；在水硬性无机粉末5填充密实后，上织布层2又可以自动缩回原来尺寸。纤维丝层3中填充水硬性无机粉末5。水硬性无机粉末5是水泥基复合材料。具体的，水泥基复合材料由硅酸盐水泥、高铝水泥和硫铝酸盐水泥中的任何一种或者任意组合的水泥、添加剂组成。所述的水泥添加剂可以是减水剂、引气剂、膨胀剂等一些土木工程材料领域里常用的添加剂。
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上织布层2的网孔直径大于水硬性无机粉末5的粒径，下织布层4是织造紧密的密织织布。密封层I由密织织布或者胶体制成。如果由密织织布制成密封层1，则密封层I的网孔孔径小于水硬性无机粉末5的粒径。如果由胶体制成密封层1，那么胶体直接封堵了上织布层2的网孔。密封层I可以防止水硬性无机粉末5在复合材料布在翻卷或运输中从上织布层2泄露。上述结构的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，水硬性无机粉末5填充在纤维丝层3中，因为下织布层4的网孔直径小于水硬性无机粉末5的粒径，所以水硬性无机粉末5不会从下织布层4渗漏。又因为上织布层2的顶面设置有密封层1，密封层I封堵了上织布层2的网孔，所以水硬性无机粉末5不会从上织布层2渗漏。因此，在三维间隔织物增强水泥基复合材料布中，水硬性无机粉末5被限制在纤维丝层3中，不会从复合材料布中泄露。进一步，所述的三维织物增强水泥基复合材料布，还包括聚氯乙烯防水薄膜层6，该聚氯乙烯防水薄膜层6贴覆在密封层I的顶面。通过粘结剂粘结或热熔的方法，在密封层的I顶面覆盖一聚氯乙烯防水薄膜层6，从而达到整体防水效果。进一步,所述的复合材料布的厚度在5mm 20mm之间，上织布层2和下织布层4的厚度分别为O. 5 I. 5mm之间，具体的厚度根据工程需要来选择。上述三维间隔织物增强水泥基复合材料布的制备方法，包括以下步骤第一步，制作三维间隔织物首先，选择上织布层2、下织布层4及纤维丝层3的原材料，然后采用经编纺织技术编织由上织布层2、下织布层4和纤维丝层3组成的三维间隔织物，水硬性无机粉末能够穿过上织布层2的网孔，而不能穿过下织布层4的网孔。第二步，填充水硬性无机粉末将水硬性无机粉末5倒入第一步制作的三维间隔织物的上织布层2的顶面上，通过上织布层2的网孔，水硬性无机粉末5进入纤维丝层3，直至水硬性无机粉末5充满纤维丝层3。在第二步中，在水硬性无机粉末5倒入上织布层2后，使用压力器对三维间隔织物施加向下的压力，并且使用振动器对三维间隔织物振动，使得水硬性无机粉末5从松散状态变得密实。同时，振动可以消除三维间隔织物中的气体空隙。第三步，密封上织布层网孔在第二步填充水硬性无机粉末5完成之后，在三维间隔织物的上织布层2的顶面设置一密封层1，密封上织布层2的网孔，防止水硬性无机粉末5从上织布层2的网孔中泄漏。在第三步中，在上织布层2的顶面设置一密封层I之后，在密封层I的顶面通过粘结剂粘贴一层聚氯乙烯的防水薄膜层6。上述的三维间隔织物增强水泥基复合材料布的施工方法，包括以下步骤首先，将复合材料布倒置在工况表面上，使得三维间隔织物中的下织布层4位于最上方；随后，向下织布层4的表面洒水，水通过下织布层4渗透到三维间隔织物空间内，并与水硬性无机粉末5发生反应，生成凝固硬化成建筑构件。在施工方法中，填充水硬性无机粉末5的三维间隔织物具有良好的柔韧性和易变形性，该材料与水反应后，可以凝结硬化成固定形状。实施例I利用本发明提供的制备方法制备三维间隔织物增强水泥基复合材料布，复合材料布的表面积为2250mm2，水硬性无机粉末5采用的是硫铝酸盐水泥，三维间隔织物由阻燃涤纶纤维丝(PET纤维丝)织造而成，三维间隔织物的厚度为20mm，密封层的厚度为O. 5mm,聚氯乙烯防水薄膜层的厚度为O. 4mm。随后，利用本发明提供的施工方法，对该复合材料布的下织布层4的表面洒水，凝固硬化成建筑构件。将该建筑构件放置于温度20±2°C,相对湿度60±5%的环境中自然养护，养护10天后，按照美国标准ASTM C109/C109M-lla进行抗压强度的测试，按照美国标准ASTMC348-08进行抗弯强度的测试，按照建筑材料及制品燃烧性能分级-GB8624— 2006，进行防火等级的分级。测试结果为该复合材料布的抗压强度为42. 7MPa，抗弯强度为9. 3MPa，防火等级为A2级。实施例2利用本发明提供的制备方法制备三维间隔织物增强水泥基复合材料布，复合材料布的表面积为2250mm2，水硬性无机粉末5采用的是高铝水泥，三维间隔织物由阻燃涤纶纤维丝(PET纤维丝)织造而成，三维间隔织物的厚度为15mm，密封层的厚度为0.5mm，聚氯乙烯防水薄膜层的厚度为O. 4mm。随后，利用本发明提供的施工方法，对该复合材料布的下织布层4的表面洒水，凝固硬化成建筑构件。将该建筑构件放置于温度20±2°C,相对湿度60±5%的环境中自然养护，养护10天后，按照美国标准ASTM C109/C109M-lla进行抗压强度的测试，按照美国标准ASTMC348-08进行抗弯强度的测试，按照建筑材料及制品燃烧性能分级-GB86242006，进行防火等级的分级。测试结果为该复合材料布的抗压强度为36. 7MPa，抗弯强度为7. 2MPa，防火等级为A2级。实施例3利用本发明提供的制备方法制备三维间隔织物增强水泥基复合材料布，复合材料布的表面积为2250mm2，水硬性无机粉末5采用的是高铝水泥、硅酸盐水泥、硬石膏粉三元复合体系，三者质量比为6:1:3 ;三维间隔织物由阻燃涤纶纤维丝(PET纤维丝)织造而成，三维间隔织物的厚度为15mm,密封层的厚度为O. 5mm,聚氯乙烯防水薄膜层的厚度为O. 4mm。随后，利用本发明提供的施工方法，对该复合材料布的下织布层4的表面洒水，凝固硬化成建筑构件。将该建筑构件放置于温度20±2°C,相对湿度60±5%的环境中自然养护，养护10天后，按照美国标准ASTM C109/C109M-lla进行抗压强度的测试，按照美国标准ASTMC348-08进行抗弯强度的测试，按照建筑材料及制品燃烧性能分级-GB8624— 2006，进行防火等级的分级。测试结果为该复合材料布的抗压强度为34. 6MPa，抗弯强度为6. 7MPa，防火等级为A2级。从实施例I至实施例3中可以看出不同的水泥粉体都可以制备复合材料布。同时，复合材料布具有良好的抗压强度、抗弯强度和防火等级性能。本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
权利要求
1.一种三维间隔织物增强水泥基复合材料布，其特征在于，是将水硬性无机粉末材料(5)填充到三维间隔织物中，三维间隔织物上设有密封层(I);所述的三维间隔织物包括上织布层(2)、纤维丝层(3)和下织布层(4)，纤维丝层(3)由三维分布的纤维丝组成；上织布层(2)的网孔直径大于水硬性无机粉末(5)的粒径，下织布层(4)是织造紧密的密织织布，纤维丝层(3)中填充水硬性无机粉末(5)。
2.如权利要求I所述的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，其特征在于，所述的密封层(I)上还设有防水薄膜层(6)，密封层(I)由密织织布、胶体或塑料薄膜制成。
3.如权利要求I所述的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，其特征在于，所述的三维间隔织物的厚度为5mm 20mm，上织布层(2)和下织布层(4)的厚度分别为O. 5 I. 5mm。
4.如权利要求I所述的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，其特征在于，所述的水硬性无机粉末(5)是水泥基复合材料，由水泥和添加剂组成，其质量比例为水泥添加剂=80 95 :5 20。
5.如权利要求4所述的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，其特征在于，所述的水泥是硅酸盐水泥、高铝水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或几种；所述的添加剂是减水剂、引气剂、膨胀剂中的一种或几种。
6.如权利要求I所述的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，其特征在于，所述的上织布层(2)、纤维丝层(3)和下织布层(4)采用具有阻燃性能的纤维丝制成。
7.如权利要求I所述的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，其特征在于，所述的上织布层(2)、纤维丝层(3)和下织布层(4)的材料相同，为涤纶纤维丝、玄武岩纤维丝、碳纤维丝、芳纶纤维丝尼龙纤维丝和聚丙烯纤维丝中的一种或几种纤维丝编织制成。
8.—种三维间隔织物增强水泥基复合材料布的制备方法，其特征在于包括以下步骤1)制作三维间隔织物采用经编纺织技术编织由上织布层(2)、下织布层(4)和纤维丝层(3)组成的三维间隔织物，水硬性无机粉末(5)能够穿过上织布层(2)的网孔，而不能穿过下织布层(4)的网孔；2)填充水硬性无机粉末将水硬性无机粉末(5)倒入制作的三维间隔织物的上织布层(2)的顶面上，通过上织布层(2)的网孔，水硬性无机粉末(5)进入纤维丝层(3)，直至水硬性无机粉末(5)充满纤维丝层(3)；3)密封上织布层网孔在填充水硬性无机粉末(5)完成之后，在三维间隔织物的上织布层(2)的顶面设置密封层(1)，密封上织布层(2)的网孔，防止水硬性无机粉末(5)从上织布层(2)的网孔中泄漏；最后在密封层(I)的顶面通过粘结剂粘贴防水薄膜层(6)。
9.如权利要求8所述的三维织物增强水泥基复合材料布的制备方法，其特征在于在水硬性无机粉末(5)倒入上织布层(2)后，使用压力器对三维间隔织物施加向下的压力，并且使用振动器对三维间隔织物振动，使得水硬性无机粉末(5)从松散状态变得密实。
10.一种权利要求I所述的三维间隔织物增强水泥基复合材料布的施工方法，其特征在于，包括以下步骤首先，将三维间隔织物增强水泥基复合材料布倒置在工况表面上，使下织布层(4)位于最上方；然后，向下织布层(4)的表面洒水，水通过下织布层(4)渗透到三维间隔织物空间内，水硬性无机粉末(5)遇水凝固硬化成建筑构件。
全文摘要
本发明公开了一种三维间隔织物增强水泥基复合材料布及其制备方法和施工方法，是将水硬性无机粉末材料填充到三维间隔织物中，三维间隔织物上设有密封层；所述的三维间隔织物包括上织布层、纤维丝层和下织布层，纤维丝层由三维分布的纤维丝组成。本发明提供的三维间隔织物增强水泥基复合材料布与水接触后可凝固成各种形状复杂的建筑构件，避免了传统混凝土搅拌、浇注的施工方法，尤其适用于特殊工程，而且其成本低廉、性能优异。
文档编号E04C2/26GK102926502SQ201210430409
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月1日 优先权日2012年11月1日
发明者张五龙, 陈惠苏, 吕涛, 鲍步传, 杨玉杰, 刘琳, 吴剑锋 申请人:中国人民解放军总后勤部建筑工程研究所, 东南大学