[发明专利]基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明的有益效果是：

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；