一种三维间隔织物增强水泥基复合材料布及其制备方法和施工方法

摘要

本发明公开了一种三维间隔织物增强水泥基复合材料布及其制备方法和施工方法，是将水硬性无机粉末材料填充到三维间隔织物中，三维间隔织物上设有密封层；所述的三维间隔织物包括上织布层、纤维丝层和下织布层，纤维丝层由三维分布的纤维丝组成。本发明提供的三维间隔织物增强水泥基复合材料布与水接触后可凝固成各种形状复杂的建筑构件，避免了传统混凝土搅拌、浇注的施工方法，尤其适用于特殊工程，而且其成本低廉、性能优异。

说明书

技术领域

本发明属于建筑构件技术领域，涉及一种三维间隔织物增强水泥基复合 材料布及其制备方法和施工方法。

背景技术

混凝土材料诞生已经一百多年，由于其各方面性能优异而被广泛的应用 在建筑领域。但是，在一些特殊工程中，由于的施工方面的原因，而使得传 统搅拌方式的混凝土的应用受到限制，比如，山体护坡、河堤加固、沟渠斜 坡、水下管道维修等建筑工程，在这些工程中，普通混凝土现场浇注的施工 方式难以操作。

近年来在纺织领域，出现了一种三维间隔织物，它是由顶层纤维织布和 底层纤维织布以及连接表层织布的纤维丝所组成。它具有高弹、轻质等特性， 这种三维间隔织物已由一些纺织公司设计生产出来并用来制造衣服、坐垫、 枕芯、户外工具等。三维间隔织布层中间连接的纤维丝具有一定的弹性和承 载能力。在生产过程中，三维间隔织物的厚度主要取决于两层织布中间连接 的纤维丝的长度。间隔织物的底层和顶层以及中间的纤维丝，可以根据不同 的性能要求，选择相同或者不同种类的纤维，如涤纶纤维、玻璃纤维、碳纤 维、玄武岩纤维、芳纶纤维、尼龙纤维、聚丙烯纤维等等。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种三维间隔织物增强水泥基复合材料布及 其制备方法和施工方法，该材料与水接触后可凝固成各种形状复杂的建筑构 件，避免了现场搅拌和浇注，尤其适用于特殊工程，而且其成本低廉、性能 优异。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种三维间隔织物增强水泥基复合材料布，是将水硬性无机粉末材料填 充到三维间隔织物中，三维间隔织物上设有密封层；所述的三维间隔织物包 括上织布层、纤维丝层和下织布层，纤维丝层由三维分布的纤维丝组成；上 织布层的网孔直径大于水硬性无机粉末的粒径，所述的下织布层是织造紧密 的密织织布，下织布层是网孔直径小于水硬性无机粉末的粒径，纤维丝层中 填充水硬性无机粉末。

所述的密封层上还设有防水薄膜层，密封层由密织织布、胶体或塑料薄 膜制成。

所述的三维间隔织物的厚度为5mm～20mm，上织布层和下织布层的厚 度分别为0.5～1.5mm。

所述的水硬性无机粉末是水泥基复合材料，由水泥和添加剂组成，其质 量比例为水泥：添加剂=80～95：5～20。

所述的水泥是硅酸盐水泥、高铝水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或几种； 所述的添加剂是减水剂、引气剂、膨胀剂中的一种或几种。

所述的上织布层、纤维丝层和下织布层的材料相同，为涤纶纤维丝、玄 武岩纤维丝、碳纤维丝、芳纶纤维丝尼龙纤维丝和聚丙烯纤维丝中的一种或 几种纤维丝编织制成。

一种三维间隔织物增强水泥基复合材料布的制备方法，包括以下步骤：

1）制作三维间隔织物：采用经编纺织技术编织由上织布层、下织布层和 纤维丝层组成的三维间隔织物，水硬性无机粉末能够穿过上织布层的网孔， 而不能穿过下织布层的网孔；

2）填充水硬性无机粉末：将水硬性无机粉末倒入制作的三维间隔织物的 上织布层的顶面上，通过上织布层的网孔，水硬性无机粉末进入纤维丝层3， 直至水硬性无机粉末充满纤维丝层3；

3）密封上织布层网孔：在填充水硬性无机粉末完成之后，在三维间隔织 物的上织布层的顶面设置密封层，密封上织布层的网孔，防止水硬性无机粉 末从上织布层的网孔中泄漏。

所述在水硬性无机粉末倒入上织布层后，使用压力器对三维间隔织物施 加向下的压力，并且使用振动器对三维间隔织物振动，使得水硬性无机粉末 从松散状态变得密实。

所述在密封层的顶面通过粘结剂粘贴防水薄膜层。

所述的三维间隔织物增强水泥基复合材料布的施工方法，包括以下步骤：

首先，将三维间隔织物增强水泥基复合材料布倒置在工况表面上，使下 织布层位于最上方；

然后，向下织布层的表面洒水，水通过下织布层渗透到三维间隔织物空 间内，水硬性无机粉末遇水凝固硬化成建筑构件。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1、本发明提供的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，具有强度高、耐 久性好、防火等级高、抗渗透性佳的性能；同时与水接触后可凝固成各种形 状复杂的建筑构件，可应用于传统搅拌方式的混凝土不能应用的领域中，尤 其适用于特殊工程。将三维间隔织物增强水泥基复合材料布应用于山体护坡、 河堤加固、沟渠斜坡、水下管道维修等传统搅拌方式的混凝土不能应用的领 域中。例如，可以用来制作临时帐篷；用作交通车辆的临时通道；用作浇筑 混凝土的建筑模板；用作防止山体滑坡的覆盖层等等。

本发明提供的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，具有良好的柔韧性 和易变行性，可以将复合材料布卷起来封装，运至施工现场。施工时，将复 合材料布铺设到工况表面，在下织布层的表面洒水，待水与水硬性无机粉末 发生反应，凝固硬化成建筑构件后，即可投入使用。整个制备方法和施工方 法简单易行。

2、本发明提供的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，具有强度高的性 能。上织布层、纤维丝层和下织布层呈三维间隔织物，具有纤维织物增强作 用。填充在纤维丝层中的填充水硬性无机粉末具有优异的强度性能，因此， 本发明提供的复合材料布具有强度高的性能：该复合材料布的抗压强度为 42.7MPa，抗弯强度为9.3MPa。

现有水泥基增强材料，要么是水泥和短纤维（短丝，直径几毫米，长度 几厘米）增强，要么是水泥和平布（布厚度可忽略，属于二维结构）结合， 而本发明采用的三维间隔织物连续立体结构（厚度2公分左右，镂空，属于 三维结构）。

3、本发明提供的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，具有防火等级高、 抗渗透性佳的性能。本发明提供的复合材料布，上织布层、纤维丝层和下织 布层均可采用具有阻燃性能的纤维丝制成，且无机材料自身是不燃的，因此 凝固硬化后的复合材料布具有防火效果，防火等级为A2级。同时，复合材 料布的上织布层可以覆盖塑料防水薄膜层，保证其凝结硬化后可达到整体防 水的效果，使得该复合材料布具有良好的抗渗透性能。

4、本发明提供的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，水硬性无机粉末 凝结硬化时间可控，并且建筑构件的造型具有可塑性。所采用的水硬性无机 粉末，可根据施工要求进行调配。因此，水硬性无机粉末与水接触后的凝结 硬化时间可控制在数小时到一天的范围内。同时，本发明的三维间隔织物增 强水泥基复合材料布与水接触后，在水硬性无机粉末凝固之前，三维间隔织 物具有很好的柔韧性和易变行性，因而复合材料布可根据施工要求凝固硬化 成复杂的形状。

5、本发明提供的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，制备方法和施工 方法简单易行。

本发明在制备的三维间隔织物增强水泥基复合材料布时，首先采用经编 纺织技术编织由上织布层、下织布层和纤维丝层组成的三维间隔织物，然后 将水硬性无机粉末倒入上织布层的顶面上，最后在三维间隔织物的上织布层 的顶面设置一密封层即可。

传统方法需要在现场将水泥粉料和水进行搅拌后再浇筑施工。而本发明 预先将水泥粉料封装在织物里，平时柔软可折叠包装储存，使用时铺设于施 工对象表面，浇水后直接硬化，省略了没有搅拌和浇筑施工过程。

附图说明

图1为本发明的结构剖视图。

其中，1为密封层、2为上织布层、3为纤维丝层、4为下织布层、5为 水硬性无机粉末、6为防水薄膜层。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明 的解释而不是限定。

如图1所示，本发明的一种三维间隔织物增强水泥基复合材料布，包括 按从上向下顺序依次布置的密封层1、上织布层2、纤维丝层3和下织布层4。 纤维丝层3由三维分布的纤维丝组成。纤维丝层3、上织布层2和下织布层4 编织成三维间隔织物。

具体的上织布层2、纤维丝层3和下织布层4均由涤纶纤维丝、玄武岩 纤维丝、碳纤维丝、芳纶纤维丝和尼龙纤维丝中的任何一种或者任意组合的 纤维丝编织制成的三维间隔织物。

上织布层2优选由具有弹性的纤维丝制成，例如碳纤维丝、涤纶纤维丝， 或者芳纶纤维。这样在填充水硬性无机粉末5时，上织布层2可以将织布撑 开，方便填充；在水硬性无机粉末5填充密实后，上织布层2又可以自动缩 回原来尺寸。

纤维丝层3中填充水硬性无机粉末5。

水硬性无机粉末5是水泥基复合材料。具体的，水泥基复合材料由硅酸 盐水泥、高铝水泥和硫铝酸盐水泥中的任何一种或者任意组合的水泥、添加 剂组成。所述的水泥添加剂可以是减水剂、引气剂、膨胀剂等一些土木工程 材料领域里常用的添加剂。

上织布层2的网孔直径大于水硬性无机粉末5的粒径，下织布层4是织 造紧密的密织织布。密封层1由密织织布或者胶体制成。如果由密织织布制 成密封层1，则密封层1的网孔孔径小于水硬性无机粉末5的粒径。如果由 胶体制成密封层1，那么胶体直接封堵了上织布层2的网孔。密封层1可以 防止水硬性无机粉末5在复合材料布在翻卷或运输中从上织布层2泄露。

上述结构的三维间隔织物增强水泥基复合材料布，水硬性无机粉末5填 充在纤维丝层3中，因为下织布层4的网孔直径小于水硬性无机粉末5的粒 径，所以水硬性无机粉末5不会从下织布层4渗漏。又因为上织布层2的顶 面设置有密封层1，密封层1封堵了上织布层2的网孔，所以水硬性无机粉 末5不会从上织布层2渗漏。因此，在三维间隔织物增强水泥基复合材料布 中，水硬性无机粉末5被限制在纤维丝层3中，不会从复合材料布中泄露。

进一步，所述的三维织物增强水泥基复合材料布，还包括聚氯乙烯防水 薄膜层6，该聚氯乙烯防水薄膜层6贴覆在密封层1的顶面。通过粘结剂粘 结或热熔的方法，在密封层的1顶面覆盖一聚氯乙烯防水薄膜层6，从而达 到整体防水效果。

进一步，所述的复合材料布的厚度在5mm～20mm之间，上织布层2和 下织布层4的厚度分别为0.5～1.5mm之间，具体的厚度根据工程需要来选 择。

上述三维间隔织物增强水泥基复合材料布的制备方法，包括以下步骤：

第一步，制作三维间隔织物：首先，选择上织布层2、下织布层4及纤 维丝层3的原材料，然后采用经编纺织技术编织由上织布层2、下织布层4 和纤维丝层3组成的三维间隔织物，水硬性无机粉末能够穿过上织布层2的 网孔，而不能穿过下织布层4的网孔。

第二步，填充水硬性无机粉末：将水硬性无机粉末5倒入第一步制作的 三维间隔织物的上织布层2的顶面上，通过上织布层2的网孔，水硬性无机 粉末5进入纤维丝层3，直至水硬性无机粉末5充满纤维丝层3。

在第二步中，在水硬性无机粉末5倒入上织布层2后，使用压力器对三 维间隔织物施加向下的压力，并且使用振动器对三维间隔织物振动，使得水 硬性无机粉末5从松散状态变得密实。同时，振动可以消除三维间隔织物中 的气体空隙。

第三步，密封上织布层网孔：在第二步填充水硬性无机粉末5完成之后， 在三维间隔织物的上织布层2的顶面设置一密封层1，密封上织布层2的网 孔，防止水硬性无机粉末5从上织布层2的网孔中泄漏。

在第三步中，在上织布层2的顶面设置一密封层1之后，在密封层1的 顶面通过粘结剂粘贴一层聚氯乙烯的防水薄膜层6。

上述的三维间隔织物增强水泥基复合材料布的施工方法，包括以下步骤： 首先，将复合材料布倒置在工况表面上，使得三维间隔织物中的下织布层4 位于最上方；随后，向下织布层4的表面洒水，水通过下织布层4渗透到三 维间隔织物空间内，并与水硬性无机粉末5发生反应，生成凝固硬化成建筑 构件。在施工方法中，填充水硬性无机粉末5的三维间隔织物具有良好的柔 韧性和易变形性，该材料与水反应后，可以凝结硬化成固定形状。

实施例1

利用本发明提供的制备方法制备三维间隔织物增强水泥基复合材料布， 复合材料布的表面积为2250mm²，水硬性无机粉末5采用的是硫铝酸盐水泥， 三维间隔织物由阻燃涤纶纤维丝（PET纤维丝）织造而成，三维间隔织物的 厚度为20mm，密封层的厚度为0.5mm,聚氯乙烯防水薄膜层的厚度为 0.4mm。随后，利用本发明提供的施工方法，对该复合材料布的下织布层4 的表面洒水，凝固硬化成建筑构件。

将该建筑构件放置于温度20±2℃，相对湿度60±5%的环境中自然养护， 养护10天后，按照美国标准ASTM C109/C109M-11a进行抗压强度的测试， 按照美国标准ASTM C348-08进行抗弯强度的测试，按照建筑材料及制品燃 烧性能分级-GB8624—2006，进行防火等级的分级。

测试结果为：该复合材料布的抗压强度为42.7MPa，抗弯强度为9.3MPa， 防火等级为A2级。

实施例2

利用本发明提供的制备方法制备三维间隔织物增强水泥基复合材料布， 复合材料布的表面积为2250mm²，水硬性无机粉末5采用的是高铝水泥，三 维间隔织物由阻燃涤纶纤维丝（PET纤维丝）织造而成，三维间隔织物的厚 度为15mm，密封层的厚度为0.5mm,聚氯乙烯防水薄膜层的厚度为0.4mm。 随后，利用本发明提供的施工方法，对该复合材料布的下织布层4的表面洒 水，凝固硬化成建筑构件。

将该建筑构件放置于温度20±2℃，相对湿度60±5%的环境中自然养护， 养护10天后，按照美国标准ASTM C109/C109M-11a进行抗压强度的测试， 按照美国标准ASTM C348-08进行抗弯强度的测试，按照建筑材料及制品燃 烧性能分级-GB86242006，进行防火等级的分级。

测试结果为：该复合材料布的抗压强度为36.7MPa，抗弯强度为7.2MPa， 防火等级为A2级。

实施例3

利用本发明提供的制备方法制备三维间隔织物增强水泥基复合材料布， 复合材料布的表面积为2250mm²，水硬性无机粉末5采用的是高铝水泥、硅 酸盐水泥、硬石膏粉三元复合体系，三者质量比为6:1:3；三维间隔织物由阻 燃涤纶纤维丝（PET纤维丝）织造而成，三维间隔织物的厚度为15mm，密 封层的厚度为0.5mm,聚氯乙烯防水薄膜层的厚度为0.4mm。随后，利用本 发明提供的施工方法，对该复合材料布的下织布层4的表面洒水，凝固硬化 成建筑构件。

将该建筑构件放置于温度20±2℃，相对湿度60±5%的环境中自然养护， 养护10天后，按照美国标准ASTM C109/C109M-11a进行抗压强度的测试， 按照美国标准ASTM C348-08进行抗弯强度的测试，按照建筑材料及制品燃 烧性能分级-GB8624—2006，进行防火等级的分级。

测试结果为：该复合材料布的抗压强度为34.6MPa，抗弯强度为6.7MPa， 防火等级为A2级。

从实施例1至实施例3中可以看出：不同的水泥粉体都可以制备复合材 料布。同时，复合材料布具有良好的抗压强度、抗弯强度和防火等级性能。

本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明 本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化 和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。