[发明专利]一种水泥-泡沫金属两相互连复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于土木工程材料领域，具体涉及一种硅酸盐水泥-泡沫金属两相互连复合材料及其制备方法。该复合材料可大幅提高材料的力学性能。

背景技术：

自从1824波特兰水泥被发明以来，水泥基复合材料作为重要的建筑结构材料被非常广泛的应用到道路工程、水利工程、桥梁工程、楼房工程、海洋工程、地下工程等各种工程领域，作为结构材料力学性能是大家重点关注的指标。与普通混凝土相比，高强高性能混凝土具有明显的技术优势：减小混凝土结构尺寸，减轻结构自重和地基荷载，减少材料用量，节省资源，延长建筑物的使用寿命等。高强高性能水泥基复合材料是建筑材料未来的发展方向之一,然而其韧性较差限制了其进一步发展.利用各种人造和天然纤维对水泥基复合材料进行改性是提高其力学性能进而制备高韧性水泥基复合材料的有效方法。比如钢纤维混凝土、碳纤维混凝土、有机纤维混凝土、玄武岩纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土等等。但纤维混凝土的一个缺点是当纤维掺加量过多时，水泥浆体工作性能不可避免降低，难以成型。

多孔泡沫金属材料由金属骨架及孔隙所组成。自从1948年泡沫铝首先被发明以来，泡沫金属得到材料研究者们的广泛关注,在材料制备、性能研究、应用开发等方面做了大量的研究工作。目前已研制出的多孔泡沫金属材料有泡沫铝、及泡沫铝合金、泡沫铁、泡沫镍、泡沫铁镍合金、泡沫钢、泡沫锌、泡沫铅、泡沫钛等。泡沫金属作为结构材料,它具有轻质、高比强度的特点；作为功能材料,它具有多孔、减振、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种物理性能,泡沫金属已作为减震吸能材料、吸音、隔音材料逐步在汽车制造业、交通运输业、建筑业等方面有小规模的应用。但作为结构材料,其强度和刚度较低在一定程度上限制了其应用。

两相互连复合材料是一类特殊的复合材料,其主要特点是组成两相各自连续，若去除其中的一相,剩余的一相会形成一种自我支撑的通孔泡沫材料。相对于传统的颗粒增强、纤维增强、层状增强复合材料，该类材料具有更为优异的强度、刚度和能量吸收性能。最近数十年来获得广泛研究和应用的金属-陶瓷复合材料就是一种典型的两相互连复合材料，考虑其优异的性能和广泛的用途，研究者们对该类材料的力学性能，热冲击及热膨胀性能，疲劳性能等进行了大量的相关研究，奠定了两相互连复合材料的研究基础。随着泡沫金属的研究深入，研究者们将有机物包括聚合物、橡胶、松香等填充到开孔泡沫铝的孔隙中，可显著提高泡沫铝的阻尼性能及其它力学性能。

多孔泡沫金属材料强度和刚度较低但具有很好地韧性；水泥基材料具有一定的强度和刚度但韧性很差。

发明内容：

技术问题：本发明的目的是提出一种水泥-泡沫金属两相互连复合材料及其制备方法。该复合材料在力学性能方面远高于单纯的水泥基材料或泡沫金属，可提高水泥基材料的韧性和泡沫金属材料的强度和刚度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

本发明的一种水泥-泡沫金属两相互连复合材料，该复合材料由水泥基材料和通孔泡沫金属两相复合而成。

所述的水泥基材料为硅酸盐水泥浆体或由硅酸盐水泥浆体与细沙、粉煤灰、硅灰或矿渣的混合料。

所述的通孔泡沫金属为泡沫铁、泡沫铁镍合金、泡沫钢或泡沫铝。泡沫金属材料选用孔隙率为50％～99％。

所述的通孔泡沫金属占复合材料体积比为1％-50％。

组成该复合材料的两相各自连续、互连，若去除其中的一相,剩余的一相会形成一种自我支撑的通孔泡沫材料。

一种上述的水泥-泡沫金属两相互连复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：将通孔泡沫金属切割成与成型模具相适应的尺寸，并洗涤去除油污，放入成型模具备用；

步骤二：将硅酸盐水泥浆体或由硅酸盐水泥浆体与粉煤灰、硅灰或矿渣的混合料、水、外加剂和细沙混合搅拌制备水泥浆体备用；

步骤三：将步骤二配制好的水泥浆体倒入步骤一备好的成型模具中，并保证水泥浆体的量在填满成型模具后略高于泡沫金属，然后将成型模具放入真空装置中，密封后，开动真空泵抽真空，并机械振动成型模具，待成型模具里的浆体不再冒气泡，停止机械震动，停止真空泵；

步骤四：一天后从成型模具中取出水泥-泡沫金属两相互连复合材料，放入养护室对水泥-泡沫金属两相互连复合材料进行养护，养护采用水泥样品标准养护，或采用加速养护。

所述的通孔泡沫金属占复合材料体积比为1％-50％。

本发明用添加外加剂的方式提高水泥浆体的流动性，从而一定程度上保证填充程度。