專利名稱：用于水泥基材料的結構增強材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及如在建筑物中所用的水泥、混凝土和水泥混合物等水泥基材料的結構增強材料。
背景技術：
如已知的，水泥基建筑物和產品，尤其是混凝土，存在令上滿意的抗壓縮性，但對其它的應力的抵抗性不良。
為了補償這種缺口，人所共知的是將一種結構增強材料如被適當形成規定尺寸和定位的金屬增強物加到這些材料中。金屬增強物使混凝土建筑物具有良好的抵抗特性，但顯著增加了用于所用材料的費用、用于增強材料及其建筑物的設計的費用。而且，制備金屬增強材料延遲了建筑物或類似物的完成。
與使用金屬增強材料的另一個不方便涉及的事實是，它通常與一些預先固定的區域和建筑物的內部有關，其結果是當經受局部沖擊時可能和很容易損壞上述建筑物的邊界。
而且，增強材料只在預定的方向上起作用。
而且，金屬增強材料對小的很薄的水泥制品來說不適用，并且實際上被使用很少量。
還有另一個不方便之處是當經受熱應力，尤其是如果熱應力加重時，可能產生裂紋。
已經試圖解決上述不方便之處。實際上普遍是在混凝土、水泥基混合物中加入一些成分，如不同材料制的紗線或長絲或纖維。
在一些小的建筑物和不經受特定應力的建筑物中，這些纖維的存在決定得到令人滿意而可靠的產品，所述產品也能減少裂紋。
當纖維以一種輔助型式被安排到金屬增強材料時，由纖維給水泥基材料所提供的機械抵抗性特性是很重要的。
在相關的應力和大的建筑物存在的地方，上述纖維在任何情況下作為一種結構增強材料，作為金屬增強材料的替代物總是不充足。
例如，聚合物紗線，尤其是聚丙烯紗線，使水泥基產品具有良好的機械抵抗性，但施加的力一超過上述機械抵抗性，該機械抵抗性就全部消失。
同樣，玻璃纖維也不是很適合生產結構增強材料，即使它們在水泥基材料中具有很好的分散性能。尤其是，當超過已定的力時，這些玻璃纖維也存在一種快速退化。
因此，金屬增強材料在所有相當大的應力和相當大的建筑物的情況下普遍都用作水泥基材料的結構增強材料。
發明內容
在這種情況下，在本發明基礎上的技術目標是發明一種用于水泥基材料的結構增強材料，所述結構增強材料能克服上述不方便之處。
在上述技術目標內，本發明的一個重要目的是發明一種結構增強材料，所述結構增強材料能令人滿意地使水泥基建筑物和制品具有抵抗性和可靠性，并因此能取代金屬增強材料，或者至少減少金屬增強材料的存在。
本發明的另一個重要目標是發明一種結構增強材料，所述結構增強材料將減少用于所用材料的費用，及用于簡單設計和快速施工的費用。
本發明的另一個重要目標是發明一種結構增強材料，上述結構增強材料在一種建筑物或產品的所有方向和所有區域中都是有效的，并且適合用來生產小而薄的產品。
本發明的另一個重要目標是發明一種能令人滿意地承受熱應力的結構增強材料。
本發明的技術目標和具體目的通過一種用于水泥基材料的結構增強材料得到，所述結構增強材料包括混合在一起以便得到一種混合物的聚合物紗線和玻璃纖維，及上述紗線和纖維與水泥基材料的連結機構；上述紗線和纖維選擇性地限定上述材料的抵抗性能直至它們斷裂并與上述斷裂一致。
在附圖中示出本發明優選實施例的例子。
圖1示出按照本發明所述結構增強材料的某些實施階段的方框圖；圖2示出一種包括按照本發明所述結構增強材料的混凝土聚集物的形成階段的另一個方框圖；圖3示出混凝土在沒有增強材料情況下的抗彎強度曲線圖，在上述曲線圖中彎曲值是在X軸上用毫米(mm)表示，而施加的力是在Y軸上用千牛頓(KN)表示；圖4是示出圖3的混凝土在加入聚丙烯紗線情況下的抗彎強度曲線圖；圖5用曲線圖表示圖3的混凝土在加入玻璃纖維情況下的抗彎強度；和圖6用另一個曲線圖示出圖3的混凝土在加入按照本發明所述的結構增強材料情況下的抗彎強度。
具體實施例方式
參見附圖，按照本發明所述的結構增強材料用標號1表示。這是一種由聚合物紗線2和玻璃纖維3限定的混合物或絞紗，上述聚合物紗線2和玻璃纖維3埋置在一種水泥基材料，尤其是混凝土4中。
如已知的，混凝土一般包括作為基本成分的水泥4a，各種類型和顆粒狀的集料4b，固體添加劑4c，和水與液體添加劑4d。根據所希望的混凝土類型，水泥4a可以處于一可變的量。集料4b可以由一種大集料(礫石或石碴)，和/或一種中等的集料，和/或一種細集料(沙)限定。水和液體添加劑4d的量也可以根據欲得到的混凝土性能而改變。
聚合物紗線2優選的是用聚丙烯制造，并且如果單獨考慮的話，已知就象這樣。
紗線2必定增加混凝土的機械抵抗性特性例如抗彎強度。
圖3和4顯示出，沒有增強材料的混凝土4的抗彎強度(圖3)在加入聚丙烯紗線2時顯著增加(圖4)。實際上，它們增加了最大可施加的力以及可以接受的彎曲值。
最大的力增加大約30-35千牛頓，而在不斷裂情況下產生的變形從僅零點幾毫米增加到接近1毫米，上述在不斷裂情況下產生的變形意味著它保持對施加的力的良好的抵抗性。
然而，如圖4一直示出的，表示施加的力和相應變形的關系曲線基本上是在末端A處垂直地傾斜，同樣，沒有纖維的混凝土的力/變形的關系曲線在圖3中示出。這意味著，帶聚丙烯紗線2的混凝土象沒有紗線的混凝土一樣完全突然斷裂，即使這是在更大的抗力和在永久抗力下更大的變形之后發生。
如果例如將不斷增加的彎曲載荷施加到一個僅用紗線2增強的混凝土梁上，則可以預見梁的突然和全斷裂。這在建筑物施工中是一種極端拒絕的情況，因為它不允許用快速操作插入用來放松載荷或用來增強或-甚至在極端情況下-用來冒險救人。
另一種類型的增強材料用玻璃纖維3產生，所述玻璃纖維3優選的用AR(耐堿)型玻璃制成。
AR玻璃纖維3也是眾所周知的，并對高溫有最佳不敏感性，并可以承受650℃或更高的直接暴露溫度而沒有任何問題。
因而它們超過聚丙烯紗線2，所述聚丙烯紗線2在直接暴露時具有大約200℃的范圍。
因此，它們使包括上述纖維3的混凝土4具有最佳的耐火性以及合理的機械性能，即使它們通常少于由聚丙烯紗線2所規定的那些性能也是如此。
這個事實在圖5中顯示出，圖5示出當只加AR玻璃纖維3時混凝土(與圖3中所用的相同)的抗彎強度。
所施加的力保持在30千牛頓之內，但混凝土在它的最大載荷下變形方面及在最大斷裂變形方面具有更大的靈活性，上述最大載荷下的變形從圖3的大約0.2毫米變到圖5的大約0.3毫米，而上述最大斷裂變形在約0.4毫米處發生。
然而，圖5中表示施加的力與相應變形的關系曲線具有一快速傾斜的最終分段B，該最終分段B基本上是垂直的。
這意味著帶有玻璃纖維3的混凝土一旦超過最大應力也全體斷裂。
因此，在單獨的紗線2和纖維3的性能之間有一基本的相似性，這種相似性不是互補的二者改善了混凝土的性能，但二者使混凝土減小變形之后全體突然斷裂，這與沒有紗線2或纖維3的混凝土相同。
令人驚奇的是，盡管這不是互補性，但本發明得到很大的優點，可以預知將聚丙烯紗線2和玻璃纖維3相互結合使用，以便形成一種在混凝土4中無害的混合物或絞紗。
混合物通過一種連結機構5接合到混凝土4上，上述混合物含有紗線2和纖維3二者。
連結機構5通過一種粘結物質5a和/或通過紗線或纖維的幾何特性限定。
粘結物質5a-或者簡單地說粘結劑-在一種含水溶液中包括一種硅烷、非反應性的聚氨酯乳劑和高分子量聚乙烯的混合物。
粘結劑5a激活水泥4a和集料4b的粘合作用，并且優選在它的形成期間涂布到原料AR玻璃纖維3a上(但如果需要，同樣涂布到紗線2上)。
實際上，纖維3用若干單根細絨線或長絲制成，上述細絨線或長絲捆扎在一起，每組都含有一千根以上的細絨線或長絲。為了得到最大抵抗性，每一束都將1500和2500之間的細絨線集合在一起。
將覆蓋有粘結劑5a的細絨線或長絲束切斷并干燥，以便通過蒸發掉含水部分而使粘結劑進行聚合。
連結機構5額外地或可供選擇地由紗線2和/或纖維3的幾何特性制成，該幾何特性通過不同于圓形截面的橫向截面上獲得，以便使表面與體積相當地增加-及因此接觸區增加。
各截面可以是方形、梯形、三角形、八字形或各種外形。
聚丙烯紗線2優選的是加工成一定形狀，以便可以很容易通過從聚合材料2a開始用擠出法生產。
在圖1中以5b示出紗線2的擠出和成形階段。
在優選實施例中，選定聚丙烯紗線2和玻璃纖維3用于形成上述的混合物，二者具有相似尺寸和相似重量。例如，有小于20％的差異。
它們還根據終端使用改變長度和截面，以便得到最好的結果。
用于板或薄產品的混凝土可以包括具有長度為大約1毫米的紗線和纖維，而更大的建筑物和更大的集料4b可以具有高達50毫米的紗線和纖維。取平均值，預知長度是在5和35毫米之間。
橫向尺寸基本上包括在15和50微米之間，而取平均值是在25和35微米之間。
重要的是，根據所要求的特性和根據混凝土中水泥的預知量，紗線2和纖維3的總量是在水泥4a重量的10％和40％之間。
如上所述制成的紗線2和纖維3混合物使混凝土4具有新的和令人驚愕的性能。
圖6示出包括上述混合物的一種混凝土的抗彎強度。
混凝土與用于圖3曲線圖的類型相同，紗線2與用于圖4中曲線圖的那些相同，和纖維3與用于圖5中曲線圖的那些相同。
顯然，施加力的曲線和相應的變形具有施加力的最大值，該最大值大于只有聚丙烯紗線2存在(圖4)或只有玻璃纖維存在(圖5)的那些值，并且尤其是垂直傾斜的最終分段A和B不再存在。
最大可施加的力實際上是在約40/45KN(千牛頓)附近，并且最終分段C很平緩地下降，這樣使對施加的力的抵抗性在逐漸而充分的彎曲之后消失，如在圖6的曲線中為3毫米以上。
因此，具有上述混合物的混凝土一旦達到3斷裂點，則很慢地斷裂，因而保證建筑物構造顯著的安全水平。
這種引人注目的結果從考察圖4和5中曲線圖的曲線是不可預知的，上述曲線證明了一種快速傾斜的分段A或B。可以相信，這種結果是由于在紗線2和纖維3之間一種自然而逐漸的任務分配。
可能是，更堅硬或張緊或粘合得更好的一些成分，主要是聚丙烯紗線2，它們在一起協同起作用，以便在載荷低于斷裂載荷的情況下經得住所施加的力，上述成分單獨地通常使混凝土具有比聚丙烯紗線所提供的機械性能更大的機械性能。
假定在更大載荷情況下紗線在預定水平處斷裂，則對大部分來說有玻璃纖維3介入。這些不能使斷裂停止，但使斷裂大大減緩。
基本上，如上所述一種紗線和纖維的混合物的預知，上述紗線和纖維二者連結到水泥上并均勻地分散在水泥中，該預知決定一種混合物的各種成分的明顯不同和選擇性的加入，和一種在達到過度的最大抵抗性后很平緩的斷裂。
上述紗線2和纖維3混合物的另一種積極而令人驚愕的效果是將該混合物加入其中的混凝土的耐火性。
實際上，增強的混凝土耐高溫性與AR玻璃纖維3的相同或更大，上述AR玻璃纖維3如果直接暴露，則盡管存在聚丙烯紗線2，也有約650℃的耐高溫極限，而上述聚丙烯紗線2如果直接暴露，則具有約200℃的熔點。
假定當混凝土暴露于火中時，則紗線2熔化產生由混凝土中的水所產生的蒸汽出口，而玻璃纖維的存在防止混凝土分散。
為了混合物直接和按常規使用，混合物在具有預定容積的容器6中制備。
尤其是容器6裝有單劑量的袋6a，所述袋6a包括預定最小量的聚丙烯紗線2和玻璃纖維3。
此外，容器6，或至少是單劑量的袋6a，是水溶性的，以便可以直接將它們加入水泥混合物中。
本發明還舉例說明了一種用于完成如上所述的結構增強材料1的方法。
概括地說，這種方法包括選定聚丙烯紗線2和玻璃纖維3，旨在限定水泥基材料如混凝土4的抵抗性能；用連結機構5提供紗線2和纖維3給混凝土；和用一種方式將聚丙烯紗線2和玻璃纖維3混合，以便造出一種在混凝土4或類似材料中均勻產生的混合物。
更具體地說，方法包括圖1和2中所示的各個階段。
首先，預知生產裝備有連結機構5的聚丙烯紗線2和AR玻璃纖維3。
紗線2從一種聚合材料2a開始生產，紗線通過一個擠出階段5b生產和成形。
使紗線2具有一種不是圓形的形狀，例如具有扁平形狀。
纖維3從原料纖維3a開始，并通過一個浸漬階段用事先凈化的粘結劑5a浸漬它們進行生產。
還預知紗線2和纖維3的稱重階段7和冷混合階段8，以便不損壞它們和具有精確劑量的組分。這樣得到一種多成分的混合物，以便在稱重階段9時，放入具有預定容積的容器6中。也用若干單劑量的袋6a作為容器。
最初，將混合物加入到一種水泥混合物中，而上述混合物仍在容器6中，所述容器6優選的是水溶性的。
加有混合物的混凝土4的形成在圖2中示意示出。
這顯示出，首先制成水泥4a，集料4b，添加劑4c和紗線2與纖維3的混合物，如果需要的話可以單劑量袋6a的形式使用。隨后是上述各成分的稱重階段和混合階段。在不打開水溶性包裝的情況下加入單劑量袋6a。
可以預知，混合物是在加入液體之前加到水泥混合物中。然后計量水4d并與液體添加劑一起加入，及在混合之后混合物準備使用。
本發明得到一些重要的優點。
實際上，它可利用一種結構增強材料，所述結構增強材料能生產具有令人滿意的抵抗性及顯著可靠性的水泥基產品、制品和建筑物，同時克服了金屬增強材料的不方便以及用于增強紗線、纖維和長絲的上述限制。
權利要求
1.用于水泥基材料的結構增強材料，其特征在于，它包括聚合物紗線(2)和玻璃纖維(3)，及連接機構(5)，上述聚合物紗線(2)和玻璃纖維(3)混合在一起以便形成一種混合物，而上述連接機構(5)將上述紗線(2)和纖維(3)連接到水泥基材料(4)上；上述紗線(2)和纖維(3)在它們顯著斷裂之前選擇性地限定上述材料(4)的抵抗性能，并與上述斷裂相一致。
2.按照權利要求1所述的結構增強材料，其中上述紗線(2)是用聚丙烯制成，且上述纖維(3)是用AR(耐堿)玻璃制成。
3.按照權利要求1所述的結構增強材料，其中在上述混合物中，上述紗線(2)和纖維(3)具有彼此相似的重量。
4.按照權利要求1所述的結構增強材料，其中上述混合物具有在所用水泥重量的10％和40％之間的量。
5.按照權利要求1所述的結構增強材料，其中上述混合物中，上述紗線(2)和纖維(3)具有彼此相似的尺寸，并且有在1和50毫米之間的長度，及在15和50微米之間的橫向尺寸。
6.按照權利要求1所述的結構增強材料，其中上述連接機構包括一種含水溶液粘結劑，所述粘結劑由硅烷、非反應性聚氨酯乳劑和具有高分子量的乙烯的混合物限定。
7.按照權利要求1所述的結構增強材料，其中上述連接機構制成具有與圓形不同的幾何特性，以便與體積相當地增加表面。
8.按照權利要求1所述的結構增強材料，其中上述紗線(2)是擠出的纖維，所述纖維具有一種不是圓形的截面形狀。
9.按照權利要求1所述的結構增強材料，其中每個上述纖維(3)都由一束限定，所述束包括1000根以上的單根長絲或細絨線。
10.按照權利要求1所述的結構增強材料，其中上述混合物裝在具有預定容積的水溶性容器(6)中，以便它們可以直接加入到一種水泥混合物中。
11.用于得到水泥基材料用的一種結構增強材料的方法，其特征在于，它包括選定旨在增加上述材料的抵抗性能的聚合物紗線(2)和玻璃纖維(3)；用連結機構(5)將上述紗線(2)和纖維(3)賦予給上述材料；及以一種方式將上述紗線(2)和纖維(3)混合，以生產一種在整個上述材料中均勻分布的混合物。
12.按照權利要求11所述的方法，其中上述紗線(2)通過擠出聚丙烯生產，以便形成一種不是圓形的成形截面。
13.按照權利要求11所述的方法，其中上述紗線(2)和玻璃纖維(3)冷態混合在一起，以便在將上述紗線(2)和纖維(3)加入到一種水泥材料中之前生產上述絞線(hank)。
14.按照權利要求13所述的方法，其中上述絞線用已經混合在一起的上述紗線(2)和纖維(3)裝在水溶性容器(6)中，并且上述絞線在仍然處于上述容器(6)中時且在液體加入到水泥混合物中之前加到上述水泥混合物中。
全文摘要
預知一種用于水泥基材料的結構增強材料，所述結構增強材料包括聚合物紗線(2)如聚丙烯和AR玻璃纖維(3)，它們按相似的重量混合在一起，以便限定一種混合物；及將紗線(2)和纖維(3)與水泥基材料(4)連接的連接機構(5)，紗線(2)和纖維(3)選擇地限定材料(4)的抵抗性能，直至上述材料(4)基本上斷裂并與斷裂一致，混合物以水泥基材料(4)中所用的水泥重量的10％和40％之間的量裝入。
文檔編號C04B14/42GK1762881SQ20051009783
公開日2006年4月26日 申請日期2005年8月30日 優先權日2004年8月31日
發明者G·朱利亞尼 申請人:I.C.R.S.工業陶瓷加固方案有限公司