[發(fā)明專利]一種超彈性合金局部增強(qiáng)混凝土抗震柱的制備方法

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• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號(hào): CN108998694A
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉記立;徐瑾儒;汪震;邵彩霞;黃維
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C9/05
• 分類號(hào): C22C9/05;C22C1/02;C22F1/08;E04C5/02;E04C3/34
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

本發(fā)明公開的一種超彈性合金局部增強(qiáng)混凝土抗震柱的制備方法，具體是：以純銅、純鋁、純錳等其他純金屬或中間合金為原料制備出Cu?Al?Mn?X超彈性合金作為增強(qiáng)筋條，用于替代混凝土柱子中受彎矩較大的局部區(qū)域的鋼筋，制成鋼筋?合金結(jié)構(gòu)籠子后并立好模板，以相當(dāng)于結(jié)構(gòu)籠子質(zhì)量10～20倍的混凝土漿料澆筑為鋼筋?合金混凝土柱，待養(yǎng)護(hù)好后即可獲得Cu?Al?Mn?X超彈性合金局部增強(qiáng)混凝土抗震柱。本發(fā)明利用超彈性合金的大變形恢復(fù)能力和阻尼吸能能力，制備出可以承載地震、颶風(fēng)、爆炸、地基坍塌等大變形的混凝土柱結(jié)構(gòu)，從而減小生命財(cái)產(chǎn)的損失。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，特別是一種Cu-Al-Mn-X超彈性合金局部增強(qiáng)混凝土抗震柱的制備方法。

背景技術(shù)

地震是對人類危害最大的自然災(zāi)害現(xiàn)象，每次地震爆發(fā)時(shí)都會(huì)造成生命財(cái)產(chǎn)的直接和間接損失。地震對建筑物的破壞作用是通過地基和基礎(chǔ)傳遞給上部結(jié)構(gòu)的。另外，由于地震產(chǎn)生的慣性力使建筑物受到水平方向的作用力，也會(huì)引起建筑物主體結(jié)構(gòu)的破壞。傳統(tǒng)鋼筋混凝土柱結(jié)構(gòu)可一定程度上抵抗震動(dòng)能量，但變形超過了鋼筋的彈性變形量，則會(huì)產(chǎn)生永久的裂紋和破壞，進(jìn)而造成柱結(jié)構(gòu)甚至上層建筑的坍塌。抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是“小震不壞，中震可修，大震不倒”。隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，以及對建筑物安全性、舒適性的要求，混凝土已經(jīng)向高強(qiáng)度、高智能、多功能方向發(fā)展。隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，以及對建筑物安全性，舒適性的要求，混凝土已經(jīng)向高強(qiáng)度、高智能、多功能目標(biāo)發(fā)展。智能材料的加入為智能混凝土結(jié)構(gòu)的開發(fā)和應(yīng)用提供了重要的思路。超彈性合金是一種集感知與驅(qū)動(dòng)于一體的智能型結(jié)構(gòu)材料，具有超過彈性變形后卸載能恢復(fù)原有形狀的超彈性特征，且其遲滯回線現(xiàn)象使合金具有高的阻尼吸能性能。如果將這種合金置于土木建筑結(jié)構(gòu)中制成抗震柱結(jié)構(gòu)，利用超彈性的遲滯回線現(xiàn)象和形狀恢復(fù)現(xiàn)象，不僅能在結(jié)構(gòu)受到大的震動(dòng)出現(xiàn)變形、裂紋和損傷時(shí)，吸收耗散掉較大部分的能量，而且還可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在大震動(dòng)中的自愈合，從而顯著增加結(jié)構(gòu)的安全可靠性，在大震動(dòng)中為生命財(cái)產(chǎn)安全提供一定保障和緩沖空間。在工程實(shí)踐中，要求超彈性合金具有高的性價(jià)比、高的超彈性和高的阻尼性能。超彈性合金中應(yīng)用最多的Ni-Ti基合金價(jià)格是鋼筋的200倍以上，如果考慮經(jīng)濟(jì)性很難用于混凝土柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制作中，而目前價(jià)格遠(yuǎn)低于Ni-Ti合金的Cu基超彈性合金在工程上的應(yīng)用具有取代Ni-Ti合金的潛力。一般Cu基超彈性合金雖然價(jià)格低，耐腐蝕性好，但存在記憶性能和強(qiáng)度差的問題，可通過將Cu基超彈性合金的性能進(jìn)行改善；同時(shí)通過對合金增強(qiáng)混凝土柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，除了增加傳統(tǒng)混凝土柱結(jié)構(gòu)的抗彎曲性能，獲得在大的振動(dòng)及破壞中具有減震抗震且自修復(fù)的性能，可進(jìn)一步降低抗震柱結(jié)構(gòu)的價(jià)格。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種超彈性合金局部增強(qiáng)混凝土抗震柱的制備方法，該方法制備的抗震柱兼具優(yōu)良抗震、自修復(fù)和經(jīng)濟(jì)性的混凝土柱結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的超彈性合金局部增強(qiáng)混凝土抗震柱的制備方法，具體是：以純銅、純鋁、純錳等其他純金屬或中間合金為原料制備出Cu-Al-Mn-X超彈性合金作為增強(qiáng)筋條，用于替代混凝土柱子中受彎矩較大的局部區(qū)域的鋼筋，制成鋼筋-合金結(jié)構(gòu)籠子后并立好模板，以相當(dāng)于結(jié)構(gòu)籠子質(zhì)量10～20倍的混凝土漿料澆筑為鋼筋-合金混凝土柱，待養(yǎng)護(hù)好后即可獲得Cu-Al-Mn-X超彈性合金局部增強(qiáng)混凝土抗震柱。

所述Cu-Al-Mn-X超彈性合金的成分質(zhì)量比例為：Al含量為8wt.％～10wt.％，Mn含量為8wt.％～13wt.％，X元素含量為0～3wt.％，其余為Cu；X元素為Fe、Zn、Ni或Ti。

所述超彈性合金局部增強(qiáng)混凝土抗震柱的橫截面為矩形、圓形、工字型、L型或者T型中的一種。

本發(fā)明可以采用以下方法制備Cu-Al-Mn-X超彈性合金棒材：

步驟(1)制備Cu-Al-Mn-X合金棒材：