[发明专利]多纤维层增强的水泥基复合材料及其应用方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及建筑领域，且尤其涉及纤维增强的水泥基复合材料(fabric reinforced cementitious matrix，FRCM)及其应用方法。

背景技术

钢筋混凝土结构最常见的退化表现为钢筋腐蚀。其通常伴随有混凝土保护层的开裂剥落。这不仅弱化了结构安全系数，也将耐火性弱化到低于设计值。因此需要有适当的强化/修复作业。目前存在数种可用于腐蚀的钢筋混凝土结构的强化/修复技术。它们包括(i)螺栓连接作为附加钢筋的外部钢板，(ii)去除腐蚀的钢筋，并用一新的钢筋取而代之，(iii)使用已流行用于结构强化和/或修复的纤维增强型聚合物(fibre reinforced polymer，FRP)薄片。然而，上述各种方法均有一定局限。例如，需要对附加的外部钢板做额外保护，从而防止其腐蚀；由于有机粘结剂(通常为聚环氧树脂)的耐火性差，含有该粘合剂的FRP耐火性差，因此需要注意抗火；以及，更换腐蚀的钢筋耗费劳力。因此，需要有一种创新性的修复/强化材料。

发明内容

本发明提供环境友好型多纤维层增强的水泥基复合材料(FRCM)，纳米颗粒进一步加强该FRCM。FRCM用于钢筋混凝土建筑的结构强化和/或修复。FRCM由多纤维层和水泥基基体组成，多纤维层作为负荷承载和裂纹控制部件，水泥基基体作为纤维层的基床(bedding)。水泥基基体主要由可持续性的固体材料制备得到，以发展出环境友好活性；其中固体材料基于普通硅酸盐水泥，粒化高炉矿渣粉(ground granulated blast-furnace slag，GGBS)和回收型碎玻璃。添加某些添加物(包括纳米颗粒、超塑化剂、羟丙基甲基纤维素和淀粉醚)，从而获得适用于应用需求的可施工性和流变性。具体地，包括纳米二氧化硅颗粒和纳米黏土颗粒的纳米颗粒用于加强新拌性能(fresh properties)，机械性能和/或耐久性。此外，指定用途分别为负荷承载和裂纹控制的人造纤维和自然纤维嵌入到水泥基基体中。

在一个方面，提供纤维增强的水泥基复合材料(FRCM)，其可包括水泥基基体和嵌入在水泥基基体内的多个纤维增强层。可通过粘合剂将FRCM应用于混凝土基底，其中嵌入在FRCM内的多个纤维增强层可用于负荷承载和裂纹控制。

在另一方面，同样提供能够应用于混凝土基底的纤维增强的水泥基复合材料(FRCM)。FRCM可包括水泥基基体和嵌入在水泥基基体内的多个纤维增强层。该水泥基基体可包括重量百分比至少为70％的废料或回收材料，从而变得可持续发展。该多个纤维增强层可由用于负荷承载的一个或多个第一纤维层、以及用于裂纹控制的一个或多个第二纤维层构成，其中第一纤维层和第二纤维层分别邻近水泥基复合材料的内侧和外侧定位。

在本发明的一些实施例中，水泥基基体还可包括纳米颗粒。例如，纳米二氧化硅颗粒和/或纳米黏土颗粒可用作改进FRCM的机械性能和新拌性能的纳米颗粒。

在本发明的一些实施例中，由于水泥基基体采用废料或回收材料，因此FRCM为环境友好型。水泥基基体可基于粒化高炉矿渣粉和回收型碎玻璃开发制得。

在另一方面，提供将纤维增强的水泥基复合材料应用于混凝土基底的方法，该方法可包括：在混凝土基底上施用粘合剂；在涂覆有粘合剂的混凝土基底上施用第一层水泥基基体；在第一层水泥基基体上敷设彼此间间隔开的多个纤维增强层；以及用另一第二层水泥基基体覆盖多个纤维增强层，以便将多个纤维增强层嵌入在水泥基基体中。此处，多个纤维增强层可包括用于负荷承载的一个或多个第一纤维层、以及用于裂纹控制的一个或多个第二纤维层。该方法可还包括：在每两个第一纤维层之间、每两个第二纤维层之间、和/或第一纤维层与第二纤维层之间施用厚度至少为5mm的一层水泥基基体，以使得纤维层和水泥基基体层相互交错。

附图说明

结合本发明的附图可更好地理解以下本公开中对各个实施例的详细描述，附图中相同结构用相同标号表示。附图中：

图1是纤维增强的水泥基复合材料(FRCM)的示意图，其中FRCM通过粘合剂粘合到混凝土基底上；以及

图2是如何将纤维增强的水泥基复合材料应用于混凝土基底的流程图。

具体实施方式

为更清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，将结合特定实施例和附图对本发明做进一步详细描述。应该理解的是，本文描述的这些特定实施方式仅用于解释本发明、而非限制本发明。