本發(fā)明涉及建筑施工，具體涉及一種應(yīng)力可調(diào)的復合材料板材及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、fe-sma(鐵基形狀記憶合金)因其獨特的形狀記憶效應(yīng)和優(yōu)異的力學性能，近年來在土木工程結(jié)構(gòu)加固中得到了廣泛應(yīng)用。fe-sma的形狀記憶效應(yīng)使其能夠在加熱至一定溫度后恢復到預(yù)設(shè)的形狀，并在此過程中引入預(yù)應(yīng)力，從而顯著提高被加固結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性。fe-sma材料通過加熱激活后，在冷卻至室溫的過程中能夠保持預(yù)設(shè)的形狀，并且在外部荷載作用下仍能維持預(yù)應(yīng)力。這一特點使得fe-sma在長期加固中表現(xiàn)出色。例如，soroushian等人在密歇根州的一座橋梁修復項目中，成功地應(yīng)用了fe-sma板層來控制橋梁剪切裂縫的擴展。通過錨桿錨固裝置固定fe-sma板層，并結(jié)合加熱激活，fe-sma有效地引入了預(yù)應(yīng)力，顯著延長了橋梁的使用壽命。這種加固效果不僅在短期內(nèi)穩(wěn)定，還具有長期耐久性，尤其適用于承受動態(tài)荷載的橋梁、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施。

2、與傳統(tǒng)材料相比，fe-sma材料能夠在特定溫度下激活并恢復其預(yù)設(shè)形狀，這為結(jié)構(gòu)加固帶來了靈活性。通過對fe-sma材料進行局部加熱，可以在特定位置引入預(yù)應(yīng)力，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的局部加強和整體性能優(yōu)化。此外，fe-sma材料的高溫穩(wěn)定性和抗疲勞性能使其在需要長期承載和抗疲勞的工程結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。wu等人的研究表明，fe-sma板層在鋼結(jié)構(gòu)加固中表現(xiàn)出了優(yōu)異的疲勞壽命，在長期荷載下依然能夠保持預(yù)應(yīng)力，有效提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。

3、fe-sma材料在土木工程結(jié)構(gòu)加固中具有獨特的形狀記憶效應(yīng)，能夠通過加熱激活引入預(yù)應(yīng)力，從而大幅提升結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性。其溫度響應(yīng)性和高溫穩(wěn)定性使其在動態(tài)荷載條件下表現(xiàn)出色，尤其適用于橋梁、隧道等需要長期穩(wěn)定性的基礎(chǔ)設(shè)施加固。然而，在與其他材料如ecc結(jié)合使用時，fe-sma的加熱激活過程可能會對其結(jié)合界面產(chǎn)生影響，這需要進一步的設(shè)計優(yōu)化來解決。

4、ecc(工程水泥基復合材料)是一種高性能水泥基材料，以其優(yōu)異的抗裂性能和延展性而著稱。ecc通過在水泥基體中引入少量的短切纖維(如pva纖維)，顯著提高了材料的抗拉強度和韌性，使其在土木工程結(jié)構(gòu)加固和修復中得到了廣泛應(yīng)用。ecc材料的突出特點是其在承受荷載時能夠形成多道微裂縫，而不是像傳統(tǒng)混凝土那樣產(chǎn)生少量的大裂縫。這種多裂縫行為有效限制了裂縫的寬度，顯著提高了材料的延展性和抗裂性能?？道蚱嫉难芯匡@示，ecc與frp結(jié)合用于加固鋼筋混凝土梁，不僅提升了梁的承載力，還有效控制了裂縫的發(fā)展，延長了結(jié)構(gòu)的使用壽命。這一特性使得ecc在承受反復荷載或地震作用的結(jié)構(gòu)中，能夠提供更好的抗裂保護，減少裂縫擴展的風險。

5、ecc材料的高延展性使其在極端荷載條件下仍能保持良好的整體性，避免了傳統(tǒng)混凝土在破壞時的脆性失效。此外，ecc材料還具有一定的自愈合能力，在適當條件下能夠修復自身的微裂縫，從而恢復部分力學性能。這種自愈性在長期使用中尤為重要，有助于延緩材料性能的退化。楊珊的研究表明，ecc材料在高溫下雖然表現(xiàn)出一定的力學性能下降，但其在常溫下的自愈合能力有助于在一定程度上恢復其抗裂性和強度。ecc不僅具有優(yōu)異的抗裂和延展性能，還能夠根據(jù)具體的工程需求進行配方調(diào)整，以適應(yīng)不同的環(huán)境條件和功能需求。例如，ecc材料可以通過調(diào)整纖維類型和比例來優(yōu)化其抗拉強度、抗彎性能和耐久性，使其適用于橋梁、隧道、地震區(qū)的建筑物等多種場景?？道蚱嫉难芯恐?，ecc與frp筋結(jié)合形成的復合結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下表現(xiàn)出較好的承載力和抗裂性，這種組合在抗震性能和高溫環(huán)境下的應(yīng)用前景廣闊。

6、盡管fe-sma和ecc各自在結(jié)構(gòu)加固與修復中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，但兩者在實際應(yīng)用中的結(jié)合存在技術(shù)挑戰(zhàn)。fe-sma在加熱激活過程中可能引發(fā)界面處的應(yīng)力集中，特別是在與ecc結(jié)合時，由于ecc對高溫的敏感性，可能導致其力學性能下降，從而影響復合材料的整體性能。如何在fe-sma加熱激活的過程中保護ecc材料，減少熱傳導對ecc性能的不利影響，同時確保兩者之間的結(jié)合強度和長期穩(wěn)定性，是本發(fā)明所要解決的核心問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，現(xiàn)提供一種應(yīng)力可調(diào)的復合材料板材及其制備方法，以解決針對fe-sma與ecc結(jié)合的復合材料，在加熱激活fe-sma過程中，由于ecc對高溫的敏感性，可能導致其力學性能下降，從而影響復合材料的整體性能的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，提供一種應(yīng)力可調(diào)的復合材料板材，包括：

3、ecc板層，所述ecc板層具有一正面和一背面；

4、鋪設(shè)于所述ecc板層的背面的夾心板，所述夾心板包括cfrp板層和fe-sma板層，所述fe-sma板層的相對兩側(cè)分別粘接有所述cfrp板層，所述fe-sma板層的中部設(shè)置有加強區(qū)段，所述fe-sma板層的相對兩端設(shè)置有錨固區(qū)段，所述加強區(qū)段與所述錨固區(qū)段之間形成加熱激活區(qū)段，所述cfrp板層包括粘接于所述加強區(qū)段的加強板段和粘接于所述錨固區(qū)段的錨固板段，所述錨固板段通過錨固件固定安裝于所述背面；

5、耐火隔離層，墊設(shè)于所述加熱激活區(qū)段和所述背面之間。

6、進一步的，所述夾心板設(shè)置于所述背面的中部。

7、進一步的，所述錨固區(qū)段和所述錨固板段分別開設(shè)有穿孔，所述錨固件穿設(shè)于所述錨固區(qū)段和所述錨固板段的穿孔中且錨固于所述ecc板層。

8、進一步的，所述穿孔的數(shù)量為多個，多個所述穿孔呈矩陣式排布。

9、進一步的，所述cfrp板層通過粘接劑粘接于所述fe-sma板層。

10、進一步的，所述耐火隔離層通過高溫耐火粘接劑粘接于所述背面。

11、進一步的，所述耐火隔離層為陶瓷纖維布層、高溫硅膠層、或石墨片層。

12、本發(fā)明提供一種應(yīng)力可調(diào)的復合材料板材的制備方法，包括以下步驟：

13、于ecc板層的相對兩端鋪設(shè)耐火隔離層；

14、于fe-sma板層的相對兩側(cè)分別粘接cfrp板層以形成夾心板，使得所述cfrp板層的加強板段粘接于所述fe-sma板層的加強區(qū)段、所述cfrp板層的錨固板段粘接于所述fe-sma板層的錨固區(qū)段；

15、將所述夾心板鋪設(shè)于所述ecc板層的背面，使得所述耐火隔離層墊設(shè)于所述加熱激活區(qū)段和所述背面之間；

16、對所述fe-sma板層的加熱激活區(qū)段進行掃描式加熱，使得所述fe-sma板層的加熱激活區(qū)段均勻激活。

17、進一步的，所述加熱激活區(qū)段的加熱溫度為200℃。

18、本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明的應(yīng)力可調(diào)的復合材料板材，通過在fe-sma與ecc之間引入隔熱層或frp材料，并采用粘結(jié)與機械錨固相結(jié)合的方式，確保復合材料在高溫環(huán)境下依然具備優(yōu)異的力學性能和長期耐久性。本發(fā)明的應(yīng)力可調(diào)的復合材料板材，不僅能夠充分發(fā)揮fe-sma的形狀記憶效應(yīng)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力調(diào)節(jié)，還能在高溫環(huán)境下保護ecc材料，提升整體結(jié)構(gòu)的使用壽命和安全性。

技術(shù)特征：

1.一種應(yīng)力可調(diào)的復合材料板材，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力可調(diào)的復合材料板材，其特征在于，所述夾心板設(shè)置于所述背面的中部。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)力可調(diào)的復合材料板材，其特征在于，所述錨固區(qū)段和所述錨固板段分別開設(shè)有穿孔，所述錨固件穿設(shè)于所述錨固區(qū)段和所述錨固板段的穿孔中且錨固于所述ecc板層。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)力可調(diào)的復合材料板材，其特征在于，所述穿孔的數(shù)量為多個，多個所述穿孔呈矩陣式排布。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力可調(diào)的復合材料板材，其特征在于，所述cfrp板層通過粘接劑粘接于所述fe-sma板層。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力可調(diào)的復合材料板材，其特征在于，所述耐火隔離層通過高溫耐火粘接劑粘接于所述背面。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)力可調(diào)的復合材料板材，其特征在于，所述耐火隔離層為陶瓷纖維布層、高溫硅膠層、或石墨片層。

8.一種如權(quán)利要求1～7中任意一項所述的應(yīng)力可調(diào)的復合材料板材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述加熱激活區(qū)段的加熱溫度為200℃。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種應(yīng)力可調(diào)的復合材料板材及其制備方法，包括：ECC板層；鋪設(shè)于ECC板層的背面的夾心板，夾心板的Fe?SMA板層的相對兩側(cè)分別粘接有夾心板的CFRP板層，F(xiàn)e?SMA板層的中部設(shè)置有加強區(qū)段，F(xiàn)e?SMA板層的相對兩端設(shè)置有錨固區(qū)段，加強區(qū)段與錨固區(qū)段之間形成加熱激活區(qū)段，CFRP板層包括粘接于加強區(qū)段的加強板段和粘接于錨固區(qū)段的錨固板段，錨固板段通過錨固件固定安裝于背面；耐火隔離層，墊設(shè)于加熱激活區(qū)段和背面之間。本發(fā)明解決了針對Fe?SMA與ECC結(jié)合的復合材料，在加熱激活Fe?SMA過程中，由于ECC對高溫的敏感性，可能導致其力學性能下降，從而影響復合材料的整體性能的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：張普,李昊翔,魯鑫東,劉燁,董志強,朱虹
受保護的技術(shù)使用者：鄭州大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19