[發明專利]低溫環境下新型建筑材料的研究方法

有效

• 申請號: 201310742849.1
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103835189A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 李嘉暉
• 申請（專利權）人: 李嘉暉
• 主分類號: D21J1/00
• 分類號: D21J1/00;G01N3/00;G01N25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及低溫環境下新型建筑材料的研究方法，屬于建筑材料技術領域。

背景技術

隨著時代的進步和科學技術的逐步發展，低溫深冷環境下的土木工程建設正在興起。混凝土是一種常用的建筑材料，但在低溫環境下易受凍融剝蝕，導致其結構損傷；高強度鋼材在低溫環境下塑性和韌性也顯著變差。因此，一種新型符合可持續發展要求的低溫建筑材料需要被開發和利用。

派克瑞特(Pykrete)是一種新型復合材料，由14%的木屑和86%的水(質量比)構成。有文獻報道，低溫冷凍處理后的派克瑞特有兩大特性：一是有較高的強度，甚至可以防彈；二是因其導熱率較低，致融化速度極慢。本課題通過改進材料的配方，使用報紙代替木屑并進行對比實驗，成功制成了一種具有強度高、韌性好、養護時間短、成本低廉等特點的復合材料。該復合材料可用于低溫建筑領域，符合可持續發展的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低溫環境下新型建筑材料的研究方法，以便建立數學模型，推導數學公式等方法，深入探究了建筑材料的性質，并得出最佳配比。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下。?

一種低溫環境下新型建筑材料的研究方法，具體如下：

????(1)試件制作方法：稱取計算量的木屑或報紙于容器中，注入蒸餾水，使材料與水充分接觸并排出氣泡；待其吸水完全后再緩緩轉移至模具中；送入低溫冷凍室并調節合適的溫度；冷凍48小時后即可取出試件。

(2)測定數據：按GB/T?50107-2010、GB/T?50081-2002等規定測定復合材料的抗壓強度、抗折強度和壓折比。

(3)具體過程為：

(3a)進行派克瑞特的力學性能測試；?

(3b)進行纖維改良方案：采用纖維改良方案，使用纖維更長的報紙替代木屑，測定其力學性能并分析數據。纖維更長的報紙其結構難以在重壓之下遭受破壞，其抗壓和抗折強度較派克瑞特而言大幅提高。報紙在低溫狀態下韌性高而不至于凍裂，是一種更為理想的低溫建筑材料，符合可持續發展的要求。然而，紙張中纖維之間的羥基以氫鍵結合，這種結合不僅鍵能比較低，而且很容易被水分子破壞。因此，我們向報紙中加入凝膠，增強紙纖維結合力，完善這種復合材料；

?(3c)凝膠改良方案：選取以下四種凝膠進行研究：羧甲基纖維素鈉(CMC)：在水溶液中主要以陰離子的形式存在，粘度可達2000。聚丙烯酰胺(PAM)：在水溶液中主要以陽離子的形式存在，常用作絮凝劑。明膠：能和CMC形成共聚物，易凝凍，具有生物可降解性，無毒無污染。瓊脂：廣泛應用的凝固劑，增稠劑，易凝凍。分別使用磁力加熱攪拌器在60~80℃下配置四種凝膠，溶解完全后冷卻至室溫，觀察現象。將計算量的凝膠與報紙充分混合，在低溫環境下凝結塑形，通過測試其力學強度，選擇最合適的材料配比.配置了明膠和CMC的混合凝膠，并引進少量PAM(2%~5%)，從而使CMC在水中更好溶解。推導出CMC占凝膠質量比(x∈[0,0.6])對報紙力學性能影響的擬合公式：

????f_cug=-0.028x²+0.2631x+0.811???R₁²=0.9491??????????(1)

??f_fg=-0.027x²+0.2756x+0.941??R₂²=0.9829?????????????(2)

σ_cug/fg=-0.0044x³+0.0445x²-0.1325x+0.99???R₃²=0.932??????????(3)

在抗壓和抗折強度最優值附近的區間范圍之內進行了反復實驗，得出凝膠的最佳配比為明膠(50%~60%)?:?CMC?(38%~45%):?PAM?(2%~5%)。在該配比下的冰凍報紙試樣中，抗壓強度平均值可達34~36MPa，滿足一般的低溫建筑的需求；同時，試樣的抗折強度約為混凝土試樣的1.8倍，韌性較高，可優化特殊環境下的建筑技術。

(3d)循環凍融實驗：