專利名稱：應(yīng)用紡織光纖技術(shù)制備透光混凝土方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新型混凝土材料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種高透光性、高耐久性的水泥基透光材料的制備方法。與普通的透光水泥基材料相比，該種水泥基透光材料具有制備工藝簡單、節(jié)約50%以上光纖、透光性能良好等特點(diǎn)，在促進(jìn)建筑照明節(jié)能、建筑裝飾領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
背景技術(shù)：
目前雖然已有關(guān)于水泥基透光混凝土的相關(guān)報(bào)道，但是關(guān)于水泥基透光材料的具體材料組成和制備工藝的報(bào)道很少，僅僅已經(jīng)知道的其基本特點(diǎn)是大量的光纖絲以平行排列組合方式埋入硅酸鹽水泥基材料基體中，硅酸鹽水泥基體材料為細(xì)集料、高流態(tài)的水泥凈漿或混凝土。透光原理是依靠大量光纖在砌塊的側(cè)表面之間傳輸光線，當(dāng)這些砌塊置于光源之前時，砌塊就能透光。上述透光混凝土材料雖然也能夠?qū)崿F(xiàn)混凝土材料的透光性能，但是從組成和制備方法分析，還存在以下問題，影響了該材料的性能和應(yīng)用，具體如下1)材料成本較高光纖體積摻量最高達(dá)到30%左右，造成透光水泥基材料的制造成本較高。2)容易發(fā)生堿腐蝕已有的制備方法是采用光纖平行排列埋入硅酸鹽水泥混凝土基體從而實(shí)現(xiàn)透光，但是由于光纖本身都是采用的第一代以玻璃做芯線的光纖，容易與高堿度的硅酸鹽水泥基體發(fā)生堿——硅酸鹽反應(yīng)，造成玻璃芯腐蝕，影響水泥基材料的耐久性。3)容易產(chǎn)生收縮裂紋硅酸鹽水泥混凝土基體水化后體積變小，硬化收縮比較大，而且纖維平行排列，沒有限制收縮的作用，容易形成收縮裂紋。4)材料的透光效果不高由于光纖束多采用平行排列埋入水泥基體材料中，缺乏光纖空間結(jié)構(gòu)分布設(shè)計(jì)，因此在相同纖維體積摻量條件下，材料透光的效率不高。5)試樣制備難度大第一代以玻璃做芯線的光纖脆性大，加工和成型過程中容易折斷；同時光纖束成型工藝中不能密實(shí)振搗，在振搗過程中容易混雜和改變方向，如果發(fā)生上述現(xiàn)象，則嚴(yán)重影響試件的透光率，同時試件的制備難度大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)問題，提供了一種應(yīng)用紡織光纖技術(shù)制備透光混凝土方法，特征如下 各組分的品質(zhì)指標(biāo)要求如下 水泥砂漿硫鋁酸鹽水泥砂漿，28天抗壓強(qiáng)度大于30MPa，砂漿中集料最大顆粒直徑不超過6mm，標(biāo)準(zhǔn)稠度在11 15cm ； 光纖采用第二代合成材料做芯線的多模光纖，外層涂料用聚乙烯或聚四氟乙烯， 體積摻量5 15% ；
材料保護(hù)劑有機(jī)硅油。 水泥基透光材料的成型工藝如下制備出符合要求的硫鋁酸鹽水泥砂漿。將光纖材料由多軸向經(jīng)編機(jī)編織成3D和2D織物，具體方式如下1)3D向織物由多層伸直且平行排列的XY方向的纖維層利用Z軸向纖維綁縛在一起而形成，形成多層空間結(jié)構(gòu)，即XY方向?yàn)槠叫信帕泄饫w，而Z向?yàn)檫B接纖維，連接纖維可為光纖或普通纖維。》2D纖維織物在XY方向由2層相互垂直的光纖束構(gòu)成，其中每層纖維平行排列。將紡織好的2D光纖織物平行平鋪于試模中，分層鋪設(shè)，鋪設(shè)3 5層后，或?qū)⒓徔椇玫木哂卸鄬涌臻g結(jié)構(gòu)的3D光纖織物提拉展開并加以固定后，再澆注新拌水泥漿體，然后用振搗棒插搗密實(shí)。如此反復(fù)，直到試模內(nèi)部全部充滿水泥漿體和光纖織物。將含有光纖織物的水泥漿體試件在潮濕的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)到14天以上保證其具有足夠的強(qiáng)度，然后將硬化水泥試體用切割機(jī)切割，最后將切割斷面打磨拋光后，對斷面進(jìn)行有機(jī)硅油噴涂，從而得到透光水泥基材料。本發(fā)明從材料組成和制備工藝各角度進(jìn)行了創(chuàng)新，主要優(yōu)點(diǎn)如下1)材料成本降低光纖體積摻量最高僅為15%左右，比原有技術(shù)降低1倍以上，顯著降低了制造成本。2)不容易發(fā)生堿腐蝕采用硫鋁酸鹽水泥替代硅酸鹽水泥，由于水泥的水化產(chǎn)物不存在高堿性的氫氧化鈣，而且光纖芯為有機(jī)合成材料，因此可以消除堿——娃酸鹽反應(yīng)。3)不容易產(chǎn)生收縮裂紋與硅酸鹽水泥不同，硫鋁酸鹽水泥水化后體積微膨脹， 不會產(chǎn)生體積收縮問題，且早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度高，同時空間立體排列的纖維網(wǎng)絡(luò)可以有效地限制體積變形，因此可以避免傳統(tǒng)透光材料形成的收縮裂紋問題。4)材料的透光效果顯著提高第二代合成光纖具有芯線透射率高、涂層折射率低、光能損耗低等優(yōu)點(diǎn)，而且光纖網(wǎng)絡(luò)在基體中采用2D和3D織物形式對纖維的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，顯著降低了纖維摻量，在相同纖維體積摻量條件下，提高了透光效果。5)試樣制備難度降低第二代合成材料做芯線的光纖柔軟度顯著優(yōu)于玻璃質(zhì)光纖，而且加工技術(shù)簡單，可方便地根據(jù)需要來加工光纖長度和編制成各種形狀的織物，織物僅僅平鋪或提拉展開固定在試模中，然后澆注水泥砂漿即可，保證了成型工藝的方便和準(zhǔn)確性。通過上述材料、制備工藝和成型方法的革新，可以制備出新型透光混凝土材料，與普通透光水泥基材料相比，具有透光效果好、制備工藝方便等優(yōu)點(diǎn)，是新型的第二代透光水泥混凝土材料。


圖1 3D光纖織物圖2 2D光纖織物
具體實(shí)施例方式實(shí)施例子1、2中所用的原材料分別如下水泥為42. 5硫鋁酸鹽水泥和52. 5硫鋁酸鹽水泥，質(zhì)量均為IOOOg ；集料最大粒徑分別為3mm和6mm，質(zhì)量分別為3000g和IOOOg ； 水的質(zhì)量分別為500g和300g ；測得砂漿稠度分別為Ilcm和15cm ；所配制的水泥砂漿強(qiáng)度等級分別為30MPa和75MPa ；光纖選用了有機(jī)合成多模光纖，芯料直徑/光纖直徑為 50/125 μ m,纖維織物分為3D和2D纖維織物，3D織物Z方向的連接纖維為普通纖維。具體加工工藝和方法如前所述，另外，將紡織好的2D光纖織物平行平鋪于試模中，分層鋪設(shè)，對于實(shí)施例1、實(shí)施例2分別鋪設(shè)3層和5層，每層高度分別為試模高度的的1/4和1/6 ；或?qū)⒓徔椇玫木哂卸鄬涌臻g結(jié)構(gòu)的3D光纖織物提拉展開并加以固定，對于實(shí)施例1、實(shí)施例2， 3D織物分別為3層和5層，每層高度分別為試模高度的1/4和1/6，再澆注新拌水泥漿體， 然后用振搗棒插搗密實(shí)。如此反復(fù)，直到試模內(nèi)部全部充滿水泥漿體和光纖織物。試件尺寸為40mmX40mmX 100mm，測試指標(biāo)為試件養(yǎng)護(hù)14天和觀天的抗壓抗折強(qiáng)度及透光率。透光率的檢測采用分光光度法測試。光纖束方向及透光方向?yàn)樵嚰膬蓚€側(cè)面之間的方向。實(shí)施例的測試結(jié)果如表1、表2所示。表1強(qiáng)度等級30MPa、集料最大顆粒為3mm砂漿的測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.應(yīng)用紡織光纖技術(shù)制備透光混凝土方法，其特征在于 各組分的品質(zhì)指標(biāo)要求如下水泥砂漿硫鋁酸鹽水泥砂漿，觀天抗壓強(qiáng)度大于30MPa，砂漿中集料最大顆粒直徑不超過6mm，稠度在11 15cm ；光纖采用第二代合成材料做芯線的多模光纖，外層涂料用聚乙烯或聚四氟乙烯，體積摻量5 15% ；材料保護(hù)劑有機(jī)硅油； 步驟如下制備出符合上述要求的硫鋁酸鹽水泥砂漿； 將光纖材料由多軸向經(jīng)編機(jī)編織成3D或2D織物，具體方式如下 3D向織物由多層伸直且平行排列的XY方向的纖維層利用Z軸向纖維綁縛在一起而形成，形成多層空間結(jié)構(gòu)，即XY方向?yàn)槠叫信帕泄饫w，而Z向?yàn)檫B接纖維，連接纖維可為光纖或普通纖維；2D纖維織物在XY方向由2層相互垂直的纖維構(gòu)成，其中每層纖維平行排列；將紡織好的2D光纖織物平行平鋪于試模中，分層鋪設(shè)，鋪設(shè)3 5層后，或?qū)⒓徔椇玫木哂卸鄬涌臻g結(jié)構(gòu)的3D光纖織物提拉展開并加以固定后，再澆注新拌水泥漿體，然后用振搗棒插搗密實(shí)；如此反復(fù)，直到試模內(nèi)部全部充滿水泥漿體和光纖織物；將含有光纖織物的水泥漿體試件在潮濕的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)到14天以上保證其具有足夠的強(qiáng)度，然后將硬化水泥試體用切割機(jī)切割，最后將切割斷面打磨拋光后，對斷面進(jìn)行有機(jī)硅油噴涂，從而得到透光水泥基材料。
全文摘要
應(yīng)用紡織光纖技術(shù)制備透光混凝土方法屬于新型建筑材料領(lǐng)域。本發(fā)明采用選用有機(jī)質(zhì)多模光纖，光纖的直經(jīng)為2～200μm，把光纖進(jìn)行一定規(guī)則的紡織成型為纖維布或纖維集成體，并作為傳輸光線的導(dǎo)體以實(shí)現(xiàn)水泥混凝土材料透光傳像等特殊效果，光纖在砌塊內(nèi)的體積分?jǐn)?shù)可以大大降低到為5～15％。該類材料具有透光穩(wěn)定性好、制備工藝方便、裝飾效果可以設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，是新型的第二代透光水泥混凝土材料。
文檔編號C04B28/36GK102166780SQ201110022019
公開日2011年8月31日 申請日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者李悅, 李戰(zhàn)國, 許志遠(yuǎn), 辜中偉, 金彩云, 鮑振洲 申請人:北京工業(yè)大學(xué)