[發(fā)明專(zhuān)利]基于顆粒阻尼原理的內(nèi)置空洞小球的高阻尼混凝土材料

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810200424.0
• 申請(qǐng)日: 2018-03-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108409231A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柯楊;徐康;趙臻;張建強(qiáng);田真銘;姚雯奕;李冰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C04B28/04
• 分類(lèi)號(hào): C04B28/04;C04B16/12;C04B111/20
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專(zhuān)利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

本發(fā)明涉及基于顆粒阻尼原理的內(nèi)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殼和置于球殼內(nèi)的固體顆粒。本發(fā)明的有益效果為：革新在于粗骨料的變化，但并沒(méi)有改變混凝土材料結(jié)構(gòu)，材料在宏觀(guān)上為勻質(zhì)材料，基于粗骨料強(qiáng)度未充分利用這一特點(diǎn)，用阻尼小球替代部分粗骨料，將顆粒阻尼模型作為混凝土粗骨料的一部分，利用阻尼小球的優(yōu)秀的耗能能力，利用混凝土材料中粗骨料的強(qiáng)度未被充分利用的材料特點(diǎn)，結(jié)合兩種材料的優(yōu)秀性能，增加材料消能性能的同時(shí)依舊保留良好的力學(xué)性能，使材料整體性能更加優(yōu)秀。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及混凝土技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于顆粒阻尼原理的內(nèi)置空洞小球的高阻尼混凝土材料。

背景技術(shù)

將一定量的顆粒材料(如微顆粒砂，鉛粒等)裝入相應(yīng)的結(jié)構(gòu)空腔內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生震動(dòng)時(shí)，顆粒體在空腔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，與腔壁碰撞，同時(shí)顆粒之間也相互碰撞和摩擦，從而消耗能量，這種耗能方式叫做顆粒阻尼。顆粒阻尼在機(jī)械、航天等領(lǐng)域有了一定的應(yīng)用并成為研究熱點(diǎn)之一。顆粒阻尼具有布置靈活，減震效果顯著等諸多優(yōu)點(diǎn)，在土木工程領(lǐng)域，顆粒阻尼也在結(jié)構(gòu)或者構(gòu)建層面有著一定的應(yīng)用，如也存在PD等技術(shù)的應(yīng)用等。

混凝土材料作為目前建筑領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的建筑材料，具有強(qiáng)度高、便于施工、原料價(jià)格相對(duì)低等諸多優(yōu)點(diǎn)。混凝土可以視作由骨料和膠凝材料組成的兩項(xiàng)材料。混凝土材料的破壞主要是由于骨料和膠凝材料連接處的裂縫發(fā)展而致，骨料的強(qiáng)度未被充分利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供基于顆粒阻尼原理的內(nèi)置空洞小球的高阻尼混凝土材料，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：基于顆粒阻尼原理的內(nèi)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殼和置于球殼內(nèi)的固體顆粒。

進(jìn)一步，所述素混凝土包括普通硅酸鹽水泥、砂、碎石、水和減水劑，其中，普通硅酸鹽水泥、砂、碎石和水按照C40計(jì)算配合比，減水劑的摻量為0.15％，粗骨料被替代率為100％時(shí)，單位立方分米該種材料試塊中阻尼小球個(gè)數(shù)為78個(gè)，其余被替換比例按其比例計(jì)算即可得出阻力小球個(gè)數(shù)。

進(jìn)一步，所述球殼選用與混凝土粘接牢固且材料性質(zhì)相近的材料；所述球殼為塑料，材料性質(zhì)更加接近的球殼更適合。

進(jìn)一步，所述固體顆粒采用重金屬材料制成。最好的，所述重金屬材料包括鋼材、鉛或碳化鎢。

進(jìn)一步，所述球殼的直徑為18mm-22mm，所述球殼的壁厚為1mm-2mm，所述固體顆粒的直徑為4mm-10mm，個(gè)數(shù)為1-15個(gè)。最好的，所述固體顆粒的直徑為4mm、6mm、8mm或10mm，個(gè)數(shù)為1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、5個(gè)、8個(gè)或15個(gè)。

本發(fā)明的有益效果是：

1)革新在于粗骨料的變化，但并沒(méi)有改變混凝土材料結(jié)構(gòu)，材料在宏觀(guān)上為勻質(zhì)材料，基于粗骨料強(qiáng)度未充分利用這一特點(diǎn)，用阻尼小球替代部分粗骨料，將顆粒阻尼模型作為混凝土粗骨料的一部分，利用阻尼小球的優(yōu)秀的耗能能力，利用混凝土材料中粗骨料的強(qiáng)度未被充分利用的材料特點(diǎn)，結(jié)合兩種材料的優(yōu)秀性能，增加材料消能性能的同時(shí)依舊保留良好的力學(xué)性能，使材料整體性能更加優(yōu)秀；

2)將顆粒阻尼原理應(yīng)用到土木工程材料的層面上，通過(guò)材料本身具有的消能性能，提高構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的消能性能；

3)阻尼小球的外殼材料要和混凝土材料具有良好的粘結(jié)能力，在溫度等變化下的變形量接近，控制混凝土內(nèi)部阻尼小球和混凝土材料之間的初始裂縫在較小的水平上，否則對(duì)材料的強(qiáng)度會(huì)有顯著的影響，內(nèi)部固體顆粒采用密度較大的金屬顆粒如金屬砂等，制備過(guò)程中阻尼小球的加入會(huì)對(duì)混凝土材料的工作性能產(chǎn)生較大的影響，通過(guò)加入減水劑，速凝劑等可以改善混凝土的流動(dòng)性，調(diào)節(jié)混凝土的和易性、粘聚性等性能；