一种应变强化型无机金属抗冲磨材料制造技术

本发明专利技术公开了一种应变强化型无机金属抗冲磨材料，由特种涂层金属纤维SF、水泥基高强致密基体USC、纤维/基体粘结调控剂BA和水组成，通过缺水反应和应变强化技术，实现水泥基材料从低强、脆性、易开裂转变为高强、高韧、具延性的类金属材料，从而赋予其优良的力学强度和抗冲磨性能，以及出色的抗裂、抗渗、耐腐蚀、耐冻融、耐老化等耐久性能，是目前常用的C50硅粉混凝土和常规环氧砂浆的数倍至十几倍，具有显著的独特性。而且其线膨胀系数与钢筋混凝土一致，可与基础混凝土协同变形，克服有机高分子材料因变形不一致引起的界面问题、以及材料老化问题。另外，本发明专利技术还具有施工便捷、对环境要求低的优点，可自流平、自密实，可潮湿基面施工。工。工。

【技术实现步骤摘要】
一种应变强化型无机金属抗冲磨材料


[0001]本专利技术涉及一种应变强化型无机金属抗冲磨材料,属于建筑材料、功能材料以及结构材料


技术介绍

[0002]对于水工结构，泄水建筑物抗冲磨性能是关系到大坝安全的重要指标之一。携带大量悬移质和推移质的高速水流在流经过流面时会对其产生冲击、磨蚀、气蚀等作用，不仅对过流面混凝土产生极大的破坏，严重的还会威胁大坝使用安全。特别是高水头大坝，这种破坏更加触目惊心。据统计，我国已建成的各类大中型水电站有70％以上受到不同程度的冲磨破坏，每年因此需要投入大量人力物力来进行维修，费用惊人。
[0003]用于解决抗冲磨问题的现有技术可分为二大类，一类是基于抗冲磨混凝土本身的高性能化技术，以C50硅粉混凝土为代表，目的是通过提高混凝土强度来提高抗冲磨性能；另一类是表面防护技术，在混凝土表面涂覆/铺设一层有机/无机/板材等防护层，来提高过流面抗冲磨性能，以环氧砂浆为代表，包括聚脲/聚氨酯/丁苯等各类有机高分子基抗冲磨材料。
[0004]第一类技术的优点是经济性好、施工方便，材料本身耐老化，但缺点是抗冲磨、抗气蚀性能不足，只能用于中低流速及空化不严重的水流态，而且材料容易开裂导致破坏加剧，缩短使用寿命。后一种优点是抗冲磨、抗气蚀性能显著提升，但由于有机高分子材料与基础混凝土线膨胀系数相差较大(约3倍)，容易在环境温度荷载作用下(热胀冷缩)因变形不一致而导致界面错层、脱落等病害，缩短服役寿命。另外，有机高分子材料耐老化性能差，对施工环境要求苛刻、粘度大不易施工、成本高等缺点，也制约了这一类材料的应用。
[0005]综上，虽然水工泄水建筑物抗冲磨技术随着科技发展取得了长足进步，但现有技术依然存在着各自的局限。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，提供一种应变强化型无机金属抗冲磨材料。该材料针对水工泄水建筑物现有技术的局限，即C50硅粉混凝土脆性大、易开裂、抗冲击韧性低、抗冲磨性能不足；有机高分子材料界面性能弱、耐老化差、成本高、不易施工等缺点，既能兼具两者优点，又能较好克服各自缺点。
[0007]本专利技术的技术方案：一种应变强化型无机金属抗冲磨材料，其由以下重量份的原料：10
‑
30份的特种涂层金属纤维、1
‑
10份的纤维/ 基体粘结调控剂BA、200
‑
300份的高强致密基体USC、以及20
‑
30份水组成，经拌合均匀而得。
[0008]前述的应变强化型无机金属抗冲磨材料中，所述特种涂层金属纤维SF，为钢材经拉丝处理形成金属纤维的过程中在其表面电镀特种涂层而成，为一种索氏体金相组织，奥氏体晶粒度为ASTM 2
‑
5级，特种涂层为多金相组织，由重量百分比为50
‑
80％的黄铜、20
‑
50％的锌以及 0
‑
20％的铝组成，钢材在拉丝过程中经酸性和碱性电镀槽电镀而成，镀层厚
度1
‑
5g/m2，钢纤维特征参数为：长径比为60
‑
100，抗拉强度＞ 1000MPa，弹性模量＞100GPa。
[0009]前述的应变强化型无机金属抗冲磨材料中，所述纤维/基体粘结调控剂BA，由超细偏高岭土和纳米CaCO3按质量比10:0
‑
5的比例组成。
[0010]前述的应变强化型无机金属抗冲磨材料中，所述高强致密基体USC 为预拌粉体，由以下重量份的原料构成：100
‑
150份的微
‑
纳米结构复合胶凝体系、100
‑
150份的复合二级配高强骨料、以及5
‑
8份的复合添加剂。
[0011]前述的应变强化型无机金属抗冲磨材料中，所述微纳米结构复合胶凝体系由以下重量份的原料构成：90
‑
120份的硅酸盐水泥、5
‑
15份的超细高炉炉渣矿粉、10
‑
30份的亚微米
‑
纳米级SiO2、5
‑
15份的纳米级玻璃微珠。
[0012]前述的应变强化型无机金属抗冲磨材料中，所述复合二级配高强骨料，由0.1
‑
0.7mm的石英砂和0.5
‑
1.5mm的微晶粉按质量比5：1
‑
5 的比例组成，微晶粉由压延微晶板经破碎、磨细、过筛获得，是一种由重量百分比为10％的Si3N4、25％的SiC和65％的石英粉经1500℃以上高温熔融、结晶而成的无机材料。
[0013]前述的应变强化型无机金属抗冲磨材料中，所述复合添加剂由以下几种原料按照质量比组成，超塑化剂：硅烷消泡剂：聚氨酯流变改性剂：HCSA膨胀剂＝1:0.2
‑
0.5:0.2
‑
0.5：3
‑
5。
[0014]本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术的一种应变强化型无机金属抗冲磨材料，通过缺水反应和应变强化技术途径，使水泥基材料由低强、脆性、易开裂转变为高强、高韧、具延性的类金属材料，从而实现高强高韧、高抗冲磨的目的。缺水反应通过改变过渡区性能提高了基体致密性和强度，应变强化削弱乃至消除材料在受拉时的应力集中，从而显著提高材料的抗拉强度和拉伸应变，赋予其延性特性。该材料的抗压、抗折、抗拉强度、拉伸应变分别达到180MPa、40MPa、 15MPa和2000με以上(με为微应变，10
‑6)，是典型C50硅粉抗冲磨混凝土的3倍、5倍、3倍和13倍以上；抗冲击韧性和抗冲磨强度达到 20KJ/m2和200h/(kg/m2)以上，是C50硅粉的6倍和13倍以上。以上性能也显著高于常规有机高分子基抗冲磨材料，但克服了后者界面变形不一致，以及易老化、成本高、施工难等问题。
[0015]应变强化的定义：应变强化指数β(极限抗拉强度/弹性抗拉强度) ≥1.1，即极限抗拉强度比弹性段抗拉强度高10％以上(见附图1)。
[0016]本专利技术的材料中带特征参数的金属纤维SF，其表面的Cu/Zn/AL 多元素涂层能有效提高纤维与基体的粘结强度τ，是纤维发挥桥连作用、解决微观不均质材料应力集中的核心指标；再结合纤维/基体粘结调控剂BA，是实现复合材料宏观性能应变强化的关键所在。
[0017]本专利技术的材料中纤维/基体粘结调控剂BA，不仅能增强基体，而且能调控纤维与基体间的界面粘结性能。首先，一定掺量的纳米CaCO3能促进水泥水化反应，从而增强基体。其次，偏高岭土为一种地聚物，能与水泥水化产物Ca(OH)2反应并在其激发下形成硅铝酸盐三维网络结构，从而：1)降低强度较弱的松散结构Ca(OH)2晶体含量，改善过渡区性能，提高基体强度；2)形成的硅铝酸盐三维网络填充了体系中的空隙，使基体更加致密、强韧；3)使基体与纤维的结合更加紧密，因而从物理角度提高纤维与基体粘结强度；4)纤维涂层中的Al
3+
能参与并促进偏高岭土缩聚反应(三维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应变强化型无机金属抗冲磨材料，其特征在于：其由以下重量份的原料：10
‑
30份的特种涂层金属纤维、1
‑
10份的纤维/基体粘结调控剂BA、200
‑
300份的高强致密基体USC、以及20
‑
30份水组成，经拌合均匀而得。2.根据权利要求1所述的应变强化型无机金属抗冲磨材料，其特征在于：所述特种涂层金属纤维SF，为钢材经拉丝处理形成金属纤维的过程中在其表面电镀特种涂层而成，为一种索氏体金相组织，奥氏体晶粒度为ASTM 2
‑
5级，特种涂层为多金相组织，由重量百分比为50
‑
80％的黄铜、20
‑
50％的锌以及0
‑
20％的铝组成，钢材在拉丝过程中经酸性和碱性电镀槽电镀而成，镀层厚度1
‑
5g/m2，钢纤维特征参数为：长径比为60
‑
100，抗拉强度＞1000MPa，弹性模量＞100GPa。3.根据权利要求1所述的应变强化型无机金属抗冲磨材料，其特征在于：所述纤维/基体粘结调控剂BA，由超细偏高岭土和纳米CaCO3按质量比10:0
‑
5的比例组成。4.根据权利要求1所述的应变强化型无机金属抗冲磨材料，其特征在于：所述高强致密基体USC为预拌粉体，由以下重量份的原料构成：100
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国平，
申请(专利权)人：上海通洋化工有限公司，
类型：发明
国别省市：