[發明專利]一種具有負泊松比特性的水泥基復合材料、方法及應用

有效

• 申請號: 202011620382.X
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112813881B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 葛智;秦晉;張洪智;管延華;孫仁娟;吳建清;高發亮;袁化強;姜能棟;王聿梁;姚斐青
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: E01F15/00
• 分類號: E01F15/00;C04B28/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 任歡

本發明公開了一種具有負泊松比特性的水泥基復合材料、方法及應用，解決了現有技術中水泥基材料由于其脆性和低變形能力無法實現拉脹的問題，具有較好的減震和吸能作用，且具有更大拉脹變形能力的有益效果，具體方案如下：一種具有負泊松比特性的水泥基復合材料，包括拉脹結構，拉脹結構包括若干可連接為一體的胞元，每個胞元包括多個單體，相鄰兩單體之間連接使得胞元形成環形結構，環形結構內部設置開孔；拉脹結構包括纖維。

技術領域

本發明涉及水泥基領域，尤其是一種具有負泊松比特性的水泥基復合材料、方法及應用。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

水泥基材料因其優異的性能和較低的成本而成為世界上應用最廣泛的建筑材料。研究表明，水泥基材料的力學性能不僅取決于其組成相(如基體、集料和纖維的性質)，還取決于這些組分的幾何特征和空間分布。這被稱為水泥基材料的“微觀結構”或“細觀結構”。從這個意義上講，水泥基材料的力學行為也可以看作是一個復雜的多組分體系的結構行為。在過去的幾十年里，人們集中精力對水泥基材料的微觀/細觀結構進行配置或修改，以提高其性能。如優化填料密度、修改孔隙結構、修改氣孔結構和引入新的相作為強化。在所有這些情況下，材料的微觀/細觀結構是化學定制的，這意味著通常使用外加劑或添加劑來配置混合比例。除了這種傳統的方法，物理架構的微觀/細觀結構，即分布組成水泥基材料的特定幾何設計，可能使水泥基材料的設計有另一個自由度。許多其他材料。構建材料的幾何微/介觀結構已被證明是一種非常有效的修改材料性能的方法:例如橡膠、金屬和陶瓷。各種蜂窩結構已在工程實踐中得到研究和應用。例如具有高相對斷裂韌性的Kagome結構、具有高相對強度的八隅體晶格和具有高抗沖擊性能的拉脹結構。在這些幾何結構中，拉脹結構因其優異的力學性能而成為水泥基材料研究的熱點。

“拉脹”一詞是埃文斯在1991年創造的，指具有負泊松比的材料。這意味著當材料在垂直方向被壓縮或拉伸時，分別會出現橫向收縮或膨脹。這種不尋常的行為賦予了拉脹材料特殊的力學性能:增強的壓痕阻力、高比能吸收和高剪切阻力。不同于用于普通結構的高強度混凝土，拉脹材料的不同尋常的特性表明，它們在未來的特殊工程應用中很有前途，如減振結構和吸能結構。

在實際應用中，即使對相同的拉脹結構使用不同的組成材料，其力學響應也會發生顯著的變化。通常，為了達到拉脹的性能，組成材料應該是高度彈性和可變形的。發明人發現，如果使用水泥基材料作為組成材料，則需要解決其脆性和低變形能力，以實現拉脹的行為。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種具有負泊松比特性的水泥基復合材料，采用類似橢圓形的胞元規則分布組成的拉脹結構，有著更好的減震和吸能特性，同時相對普通負泊松比材料來說又具有更大的拉脹變形能力；用纖維增強膠凝材料作為組成材料進行了水泥基材料的制備。

為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：

一種具有負泊松比特性的水泥基復合材料，包括拉脹結構，拉脹結構包括若干可連接為一體的胞元，每個胞元包括多個單體，相鄰兩單體之間連接使得胞元形成環形結構，環形結構內部設置開孔；

拉脹結構包括纖維材料以使得單個單體在受壓時能夠發生旋轉。

上述的水泥基復合材料中，拉脹結構通過多個胞元設置開孔，使得水泥基復合材料呈蜂窩狀，具有一定的能量吸收能力和減震作用；當水泥基復合材料受到壓縮時，因水泥基材料中纖維的存在使得胞元可產生一種裂紋橋接效應，使得單個單體在受壓時發生旋轉而沒有相互分離，且旋轉后橫向長度減小，從而實現水泥基復合材料的拉脹行為，使其具有負泊松比特性。

如上所述的一種具有負泊松比特性的水泥基復合材料，所述拉脹結構具有多個胞元，多個胞元成多排多列布置；