[发明专利]可用于结构墙建造的具有低热导率和足够高强度的复合墙板

说明书

与相关申请的交叉引用

本申请要求2012年2月21日提交的美国临时专利申请号61/633,920的优先权，该临时申请的公开内容通过引用纳入本文。

发明领域

本发明涉及可用于结构墙建造的具有足够高强度和低热导率的复合墙板以及制造该体系的方法。

背景技术

过去几年中，由于对由用电造成的温室气体释放以及能源成本上升的忧虑增加，人们对具有更好隔热性能的围护结构的需求大大增加。为改善围护结构的隔热性能，增加墙体厚度是其中的一种解决方案。然而，这种解决方案不如直接减少围护结构的总热导率(k)更实用。

对于特定的墙体厚度，如果用热导率低的泡沫混凝土代替常规混凝土来建造墙体则能够改善围护结构的隔热性能。泡沫混凝土是通过用合适的方法将尺寸均匀的泡沫引入到水泥基质中而形成的多孔水泥基材料。现在，可通过机械方法用预制发泡或混合发泡来实现泡沫的引入(Nambiar&Ramaurthy；2007)。用于预制发泡的发泡剂包括蛋白质类发泡剂和合成类发泡剂。以前的研究显示，混凝土的热导率通常与其密度成比例(Shrivastava，1977)；对于轻骨料混凝土，干密度每减少100kg/m³可使热导率降低0.04W/mK(Weigler&Karl，1980)。Jones和McCarthy(2003)证明塑性密度为1000kg/m³的泡沫混凝土的热导率通常为0.23-0.42W/mK。

由于泡沫混凝土的强度随着孔隙率的增加而减少，热导率足够低的泡沫混凝土的强度总是不满足结构用要求。有必要开发一种既具有足够低的热导率又具有足够高的强度(满足结构用要求)的泡沫混凝土。

当用泡沫混凝土替代常规混凝土时，泡沫混凝土中空隙的存在将促进水分、氯离子和二氧化碳渗透进入混凝土中。因此，由钢筋腐蚀而引起的耐久性问题可能泡沫混凝土应用的一大隐忧。以前的研究证明，泡沫混凝土的抗渗性能(包括水分渗透性和氯离子的扩散性)和抗碳化性能均与类似强度的常规混凝土类似(Chandra&Berntsson，2003；Osborne，1995)。需要强调的重要的一点是，这些测试结果均是基于对未承载因此未开裂的泡沫混凝土构件进行的检测。然而，在实际工程中，由于其韧性较低，泡沫混凝土和其保护涂层/表面处理(如果应用的话)在荷载作用下均容易出现裂缝。虽然微裂缝的出现不影响结构的荷载性能(因为微裂缝对混凝土拉伸负荷能力的影响可以忽略不计)，它却可严重降低泡沫混凝土的抗渗性能和抗碳化性能(Chandra&Berntsson，2003)。以往很多研究已清楚表明在泡沫混凝土中靠近裂缝处的钢筋存在严重的锈蚀问题。因此，可以将轻质高性能纤维增强水泥基复合物(FRCC)层作为保护层与泡沫混凝土一起使用。由于不使用粗骨料，FRCC的结构可以设计成和一般混凝土甚至高强度混凝土一样致密。更重要的是，轻质高性能FRCC可以设计为具有高延展性、应变硬化、多缝开裂特性及具有裂缝扩展控制能力的复合材料(Wang&Li，2003)。实际上，以前的研究表明，高性能FRCC能够在荷载作用下将裂缝宽度控制到低于0.05mm(Li&Leung，1992；Lepech&Li，2009)。根据Wang等(1997)和Djerbi等(2008)的研究，如此小的裂缝不会影响混凝土的水分渗透性和氯离子扩散性。此外，由于轻质FRCC的低密度和低热导率，轻质FRCC层的隔热性能将和泡沫混凝土相当。因此，使用轻质FRCC层能够保护荷载和未荷载条件下的泡沫混凝土不受外界环境因子的影响。

美国专利6,969,423公开了轻质高性能纤维增强水泥基复合物(FRCC)的制备工艺，其中所述FRCC显示出低密度、高延展性、应变硬化以及多缝开裂特性。然而，该专利没有提到轻质FRCC的热导率和抗渗性能。

因此，有必要开发一种轻质高性能FRCC层作为泡沫混凝土的保护层，其具有良好的隔热性能并对水分/氯离子/二氧化碳的渗透具有足够的阻隔性。

发明内容

本发明涉及一种复合墙板体系，其包含至少两个具有良好延展性的轻质纤维增强水泥基复合物(FRCC)层及夹在其中的泡沫混凝土芯。总厚度为60-600mm。