基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料制造技术

本发明专利技术涉及基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，包括素混凝土和阻尼小球，所述阻尼小球包括球壳和置于球壳内的固体颗粒。本发明专利技术的有益效果为：革新在于粗骨料的变化，但并没有改变混凝土材料结构，材料在宏观上为匀质材料，基于粗骨料强度未充分利用这一特点，用阻尼小球替代部分粗骨料，将颗粒阻尼模型作为混凝土粗骨料的一部分，利用阻尼小球的优秀的耗能能力，利用混凝土材料中粗骨料的强度未被充分利用的材料特点，结合两种材料的优秀性能，增加材料消能性能的同时依旧保留良好的力学性能，使材料整体性能更加优秀。

High damping concrete material with built-in hollow balls based on particle damping principle

The invention relates to a high damping concrete material with a built-in cavity sphere based on the particle damping principle, including plain concrete and a damping sphere, the damping sphere comprising a spherical shell and solid particles placed in the spherical shell. The beneficial effect of the invention is that the innovation lies in the change of coarse aggregate, but does not change the structure of concrete material. The material is homogeneous macroscopically. Based on the characteristic that the strength of coarse aggregate is not fully utilized, a part of coarse aggregate is replaced by a damping ball, and the particle damping model is used as a part of coarse aggregate of concrete. The excellent energy dissipation ability of the damping sphere, the use of concrete materials in the strength of coarse aggregate is not fully utilized material characteristics, combined with the excellent performance of the two materials, increase the energy dissipation performance of the material while still retaining good mechanical properties, so that the overall performance of the material is better.

【技术实现步骤摘要】
基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料
本专利技术涉及混凝土
，尤其涉及基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料。
技术介绍
将一定量的颗粒材料(如微颗粒砂，铅粒等)装入相应的结构空腔内，当系统产生震动时，颗粒体在空腔内往复运动，与腔壁碰撞，同时颗粒之间也相互碰撞和摩擦，从而消耗能量，这种耗能方式叫做颗粒阻尼。颗粒阻尼在机械、航天等领域有了一定的应用并成为研究热点之一。颗粒阻尼具有布置灵活，减震效果显著等诸多优点，在土木工程领域，颗粒阻尼也在结构或者构建层面有着一定的应用，如也存在PD等技术的应用等。混凝土材料作为目前建筑领域应用最广泛的建筑材料，具有强度高、便于施工、原料价格相对低等诸多优点。混凝土可以视作由骨料和胶凝材料组成的两项材料。混凝土材料的破坏主要是由于骨料和胶凝材料连接处的裂缝发展而致，骨料的强度未被充分利用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，以克服上述现有技术中的不足。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，包括素混凝土和阻尼小球，所述阻尼小球包括球壳和置于球壳内的固体颗粒。进一步，所述素混凝土包括普通硅酸盐水泥、砂、碎石、水和减水剂，其中，普通硅酸盐水泥、砂、碎石和水按照C40计算配合比，减水剂的掺量为0.15％，粗骨料被替代率为100％时，单位立方分米该种材料试块中阻尼小球个数为78个，其余被替换比例按其比例计算即可得出阻力小球个数。进一步，所述球壳选用与混凝土粘接牢固且材料性质相近的材料；所述球壳为塑料，材料性质更加接近的球壳更适合。进一步，所述固体颗粒采用重金属材料制成。最好的，所述重金属材料包括钢材、铅或碳化钨。进一步，所述球壳的直径为18mm-22mm，所述球壳的壁厚为1mm-2mm，所述固体颗粒的直径为4mm-10mm，个数为1-15个。最好的，所述固体颗粒的直径为4mm、6mm、8mm或10mm，个数为1个、2个、3个、5个、8个或15个。本专利技术的有益效果是：1)革新在于粗骨料的变化，但并没有改变混凝土材料结构，材料在宏观上为匀质材料，基于粗骨料强度未充分利用这一特点，用阻尼小球替代部分粗骨料，将颗粒阻尼模型作为混凝土粗骨料的一部分，利用阻尼小球的优秀的耗能能力，利用混凝土材料中粗骨料的强度未被充分利用的材料特点，结合两种材料的优秀性能，增加材料消能性能的同时依旧保留良好的力学性能，使材料整体性能更加优秀；2)将颗粒阻尼原理应用到土木工程材料的层面上，通过材料本身具有的消能性能，提高构件和结构的消能性能；3)阻尼小球的外壳材料要和混凝土材料具有良好的粘结能力，在温度等变化下的变形量接近，控制混凝土内部阻尼小球和混凝土材料之间的初始裂缝在较小的水平上，否则对材料的强度会有显著的影响，内部固体颗粒采用密度较大的金属颗粒如金属砂等，制备过程中阻尼小球的加入会对混凝土材料的工作性能产生较大的影响，通过加入减水剂，速凝剂等可以改善混凝土的流动性，调节混凝土的和易性、粘聚性等性能；4)受力性能：首先材料保留了部分素混凝土部，其次我们将阻尼小球作为混凝土粗骨料的一部分，并没有改变混凝土的材料结构，在骨料颗粒级配和砂浆强度足够的前提下，混凝土理论上具有良好的受力性能；消能性能：从整体能量角度上看，当这种材料在外力作用下振动时，阻尼小球内部固体颗粒之间、固体颗粒与阻尼小球球壳间的碰撞、摩擦将消耗能量，材料会更快的稳定下来，消能性能更好，从材料角度上看，该种材料相较与普通混凝土的区别，是用阻尼小球替代部分混凝土实心小球，阻尼小球的消能能力强于混凝土实心球，故整个材料在单一变量变有利的情况下，材料的消能性能相较于普通混凝土将更好。附图说明图1为本专利技术所制备的基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料的消能性能测试图；图2为本专利技术中阻尼小球的结构示意图。具体实施方式以下对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，具体包括：素混凝土和阻尼小球，所述阻尼小球包括球壳和置于球壳内的固体颗粒，如图2所示。素混凝土包括普通硅酸盐水泥、砂、碎石、水、减水剂，其中，普通硅酸盐水泥、砂、碎石、水按照C40计算配合比，减水剂的掺量为0.15％，粗骨料被100％替代时，100*100*100立方体试件中，掺入混凝土个数为78个。球壳优先选择可以与混凝土粘接牢固且材料性质相近的材料，这样可以减少这种混凝土材料的初始裂缝，提高混凝土强度，在本实施例中，球壳采用塑料制成，固体颗粒选择钢材、铅、碳化钨颗粒等重金属材料，固体颗粒的直径为6mm、个数为1个。其制备方法如下：按照普通混凝土的制备过程，加入减水剂后搅拌均匀，最后加入阻尼小球，入模后在标准条件下养护，制备出试件。高阻尼混凝土材料在受到实际荷载作用时：受力性能：首先材料保留了部分素混凝土部，其次我们将阻尼小球作为混凝土粗骨料的一部分，并没有改变混凝土的材料结构，在骨料颗粒级配和砂浆强度足够的前提下，混凝土理论上具有良好的受力性能。消能性能：从整体能量角度上看，当这种材料在外力作用下振动时，阻尼小球内部固体颗粒之间、固体颗粒与阻尼小球球壳间的碰撞、摩擦将消耗能量，材料会更快的稳定下来，消能性能更好，从材料角度上看，该种材料相较与普通混凝土的区别，是用阻尼小球替代部分混凝土实心小球，阻尼小球的消能能力强于混凝土实心球，故整个材料在单一变量变有利的情况下，材料的消能性能相较于普通混凝土将更好。按照国家相关试验标准测出强度和弹性模量：让素混凝土和本专利技术中的高阻尼混凝土材料在振动台上受迫振动后进入自由振动阶段，在自由震动阶段测量材料能量衰减的衰减速度，并同普通混凝土比较得出数据。强度：素混凝土fm＝48MPa、高阻尼混凝土材料fm＝6.4MPa，其中，fm为强度平均值。弹性模量：素混凝土E＝3.25*104MPa、高阻尼混凝土材料E＝3.8*105MPa。如图1所示，消能性能：内置阻尼小球的高阻尼混凝土材料的效能效果明显较好，在受迫振动过程中消耗了较多能量，自由振动起始波峰明显低于素混凝土。高阻尼混凝土材料可以应用于不同种类的建筑结构，可以作砌块、柱子和梁。尽管上面已经示出和描述了本专利技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本专利技术的限制，本领域的普通技术人员在本专利技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，其特征在于，包括素混凝土和阻尼小球，所述阻尼小球包括球壳和置于球壳内的固体颗粒。

【技术特征摘要】
1.基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，其特征在于，包括素混凝土和阻尼小球，所述阻尼小球包括球壳和置于球壳内的固体颗粒。2.根据权利要求1所述的基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，其特征在于，所述素混凝土包括普通硅酸盐水泥、砂、碎石、水和减水剂，其中，普通硅酸盐水泥、砂、碎石和水按照C40计算配合比，减水剂的掺量为0.15％，粗骨料被替代率为100％时，单位立方分米该种材料试块中阻尼小球个数为78个，其余被替换比例按其比例计算即可得出阻尼小球个数。3.根据权利要求2所述的基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，其特征在于，所述球壳选用与混凝土粘接牢固且材料性质相近的材料。4.根据权利要求3所述的基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯杨，徐康，赵臻，张建强，田真铭，姚雯奕，李冰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42