[发明专利]一种超弹性合金局部增强抗震自修复混凝土梁的制备方法

说明书

本发明公开的一种超弹性合金局部增强抗震自修复混凝土梁的制备方法，具体是：以纯金属或中间合金为原料制备出Cu‑Al‑Mn超弹性合金(合金成分为Al为8～10wt.％，Mn为8～13wt.％)作为增强筋条，替代钢筋混凝土梁中受弯矩较大的局部区域的钢筋，制成钢筋‑合金结构笼子后立好模板，以满足国家标准的混凝土浆料浇筑为钢筋‑合金混凝土梁，养护好后即可获得超弹性合金局部增强抗震自修复混凝土梁。本发明利用较Ni‑Ti合金价廉的Cu‑Al‑Mn超弹性合金的大变形恢复能力和阻尼吸能能力，制成的梁结构在大载荷中产生大的弯曲变形后，可自动愈合裂纹和弯曲扰度，保证建筑物不会发生剧烈的破坏，从而降低生命财产损失。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，特别是一种超弹性合金局部增强抗震自修复混凝土梁的制备方法。

背景技术

地震、爆炸、台风和海啸等大震动中建筑物的破坏是造成灾难的主要原因之一。混凝土结构是当前建筑发展中使用最为广泛的结构形式，传统钢筋混凝土梁结构可一定程度上抵抗震动能量。但如果震动幅度超过了钢筋的弹性变形量，即使不发生断裂或坍塌，也会使建筑结构发生大面积的永久残余位移或裂纹，造成伤亡和损失，且很难修复。随着混凝土技术的发展，以及对建筑物安全性，舒适性的要求，混凝土已经向高强度、高智能、多功能方向发展。许多混凝土结构受震动破坏的研究表明：导致钢筋混凝土梁结构破坏的主要原因是其弯曲韧性不足和剪切能力不足。随着混凝土技术的发展，以及对建筑物安全性，舒适性的要求，混凝土已经向高强度、高智能、多功能目标发展。智能材料的加入为智能混凝土结构的开发和应用提供了重要的思路。超弹性合金是一种集感知与驱动于一体的智能型结构材料，具有超过弹性变形后卸载能恢复原有形状的超弹性特征。如果将这种具有超弹性性能的合金置于土木建筑结构中，利用超弹性的迟滞回线现象和形状恢复现象，不仅能在结构受到大的震动出现变形、裂纹和损伤时，吸收耗散掉较大部分的能量，而且还可以实现结构在大震动中的自修复，从而显著增加结构的安全可靠性，在大震动中为生命财产安全提供一定保障和缓冲空间。在工程实践中，最常见的是将超弹性合金安置于混凝土结构中，用于吸收较大的震动能量和愈合较大的震动位移，因而要求超弹性合金具有高的性价比、高的超弹性和高的阻尼性能。超弹性合金中应用最多的Ni-Ti基合金价格是钢筋的上百倍以上，如果考虑经济性很难用于混凝土梁结构的设计和制作中，而目前价格远低于Ni-Ti合金的Cu基超弹性合金在工程上的应用具有取代Ni-Ti合金的潜力，一般Cu基超弹性合金虽然价格低，耐腐蚀性好，但也存在形状恢复性能和强度差的问题，可通过将Cu基超弹性合金的性能进行优化，同时对增强混凝土梁结构的设计进行优化，增加传统混凝土梁结构的抗弯曲性能，获得在大的振动及破坏中具有减震抗震且自修复的性能，并同时兼具经济性，则超弹性合金增强混凝土结构将会具有更高的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超弹性合金局部增强抗震自修复混凝土梁的制备方法。使其兼具优良抗震、自修复和经济性的混凝土梁结构。所述制备方法包括：超弹性合金的制备，合金筋条的制备，钢筋-合金笼的制作，合金增强混凝土梁结构的制作。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的超弹性合金局部增强抗震自修复混凝土梁的制备方法，具体是：以纯金属或中间合金为原料制备出Cu-Al-Mn超弹性合金作为增强筋条，用于替代钢筋混凝土梁中受弯矩较大的局部区域的钢筋，制成钢筋-合金结构笼子后并立好模板，以相当于结构笼子质量10～20倍的混凝土浆料浇筑为钢筋-合金混凝土梁，待养护好后即可获得Cu-Al-Mn超弹性合金局部增强抗震自修复混凝土梁。

所述Cu-Al-Mn超弹性合金的合金元素成分质量比例为：Al含量为8wt.％～10wt.％，Mn含量为8wt.％～13wt.％，其余为Cu。

所述纯金属采用纯铜、纯铝和纯锰。

所述中间合金采用Cu-Al、Cu-Mn、Al-Mn和Cu-Al-Mn合金中的一种或几种。