[发明专利]一种高阻尼混凝土复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高阻尼混凝土复合材料及其制备方法，所述高阻尼混凝土复合材料包括结构层、阻尼层和约束层，所述结构层是强度等级为C50～C60的混凝土，所述阻尼层是阻尼比为4.5%～5.5%、强度等级为C50～C60的混凝土，所述约束层是抗裂等级为Ⅰ级、Cl^－扩散系数为D_NEL≤0.8×10^－13m²/s、强度等级为C70～C80的混凝土。采用本发明的高阻尼混凝土复合材料及其制备方法制备的混凝土材料兼顾阻尼性能与力学性能，显著降低工程技术经济方面的造价。

技术领域

本发明涉及混凝土材料的技术领域，具体涉及一种高阻尼混凝土复合材料及其制备方法。

背景技术

伴随着现代建筑技术的快速进步，各种大跨、复杂结构建筑不断涌现，建筑结构要同时满足安全性、适用性、耐久性以及舒适性，尤其需要混凝土材料具有满足频繁遭受冲击荷载或地震作用相关功能要求，这就对混凝土材料的强度与阻尼一体性提出了更高的要求。传统混凝土材料本身阻尼功能低，其阻尼来自于混凝土的初始缺陷(如微孔、裂纹)以及动力变形过程中微裂纹的扩展和界面的内摩擦。由于普通混凝土属脆性材料，变形能力小，阻尼性能差，在冲击荷载作用下，吸收能量很少，不可避免地以结构损伤和发生塑性变形而丧失部分结构功能为代价。

针对以上问题，现国内外主要采用两个方案提高混凝土材料与结构的阻尼减振性能：一个方案是改变混凝土材料改良阻尼功能，主要是向混凝土中引入新组分来提高混凝土材料的阻尼功能，或向混凝土中引入有机聚合物类高阻尼材料，甚至同时引入纤维、硅粉、石墨对水泥石改性；在混凝土中直接掺入橡胶粉、固体聚合物等粘弹性材料，提高混凝土的阻尼来实现。但是，由于加入的高分子材料的力学性能与变形性能与混凝土不匹配，添加量很小时就可显著降低混凝土材料的抗压强度，所得混凝土材料存在阻尼与刚度和强度不可兼得的矛盾。另一方案是改变混凝土结构改良阻尼减振研究，目前主要是通过附加阻尼装置的方式来提高混凝土结构阻尼从而达到减振目的。虽然取得了一些效果，但是大大提高了施工难度和工程技术经济方面的造价，也加大了后期建筑维修、维护的难度，此方案没有从根本上解决阻尼性能和力学性能的不可兼得的矛盾问题。

为了解决这些问题，本发明高阻尼混凝土引入梯度功能设计思路，并在结构设计中借鉴约束阻尼结构。本发明的一种混凝土不但实现了混凝土材料与结构阻尼抗震一体化，而且在兼顾阻尼和强度、刚度的同时，也能显著降低了工程技术经济方面的造价，适宜工业推广和应用。具有阻尼增强的梯度结构混凝土的应用领域涵盖了混凝土材料、结构抗震等技术领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种高阻尼混凝土及其制备方法，解决现有的混凝土材料功能层单一，阻尼功能低，并且与强度、刚度等力学性能存在不可兼得的矛盾。达到兼顾阻尼和强度、刚度的目的，也能显著降低工程技术经济方面的造价。

一种高阻尼混凝土复合材料,包括结构层、阻尼层和约束层，所述结构层是强度等级为C50～C60的混凝土；所述阻尼层是阻尼比为4.5％～5.5％、强度等级为C50～C60的混凝土；所述约束层是抗裂等级为Ⅰ级、Cl^－扩散系数为D_NEL≤0.8×10^－13m²/s、强度等级为C70～C80的混凝土。

根据本发明的高阻尼混凝土复合材料，按质量分数计，所述结构层优选的由强度等级≥42.5MPa的水泥20％～30％、粒径0.35-5mm且细度模数为2.5-3.0的河砂20％～30％、粒径5-25mm的石子40％～50％、水5％～10％、减水率20％-40％的聚羧酸减水剂0.17％～0.25％制备而成，优选的水胶比为0.3～0.4(指水与水泥的比例)。优选的，所述结构层由强度等级≥42.5MPa的水泥25％～27％、粒径0.35-5mm且细度模数为2.5-3.0的河砂20％～24％、粒径5-25mm的石子40％～45％、水8％～10％、减水率20％-40％的聚羧酸减水剂0.17％～0.25％制备而成。