一种高性能复合冰材料及其制备方法与流程

本发明涉及复合冰材料技术领域，具体涉及一种高性能复合冰材料及其制备方法。

背景技术：

冰结构源自天然，历史悠久，不仅在冰雪旅游方面发挥巨大作用，而且在极地开发方面也具有重要战略价值。纯冰是一种脆性材料，破坏时发生脆性破坏，承载能力偏弱，使冰材料的应用受到很大的局限。细观增强的复合冰材料可以较大程度的改善冰材料的力学性能，提高冰材料的强度和韧性等，给冰结构的发展奠定了基础。随着市场的发展，冰雪建筑的造型越来越朝着新颖化以及复杂化的方向发展，结构受力越来越复杂，这导致细观增强的复合冰材料不能完全满足结构需求，对结构形式提出了更高的要求。

综上所述，现有的复合冰材料的可承载载荷较小，脆性极强，并且力学性能较差，无法满足于现实建筑领域要求的问题。

技术实现要素：

本发明为解决现有的复合冰材料的可承载载荷较小，脆性极强，并且力学性能较差，无法满足于现实建筑领域要求的问题，而提出一种高性能复合冰材料及其制备方法。

本发明的一种高性能复合冰材料，高性能复合冰材料是以纯水为基体加入细观增强材料和宏观增强材料，所述的宏观增强材料为原木、钢筋或土工合成材料；

进一步的，所述的细观增强材料为分散颗粒、纤维或水溶解物；

进一步的，所述的细观增强材料的添加量为1％～20％；

进一步的，所述的细观增强材料的添加量为2％；

进一步的，所述的土工合成材料为绳子或布料；

本发明的一种高性能复合冰材料的制备方法，具体制备方法如下：

步骤一：根据实际工程或者实验所需确定加强类型，进而选择细观增强材料和宏观增强材料；

步骤二：根据所选择的加强材料，计算所需用量；

步骤三：将细观增强材料加入到纯水中，并利用搅拌机进行搅拌，搅拌后使细观增强材料与水能够混合均匀或者达到要求即可；

步骤四：预先在自制模具的相应位置固定有宏观加强材料；

步骤五：然后加入水与细观增强材料的混合溶液，使其在低温下冻结为一个整体，从而完成性能复合冰材料的制备；

进一步的，所述的步骤四中的模具的形状为长方形或圆弧形；

进一步的，所述的步骤四中的根据实际工程要求，找出材料形状的薄弱位置，在此位置处固定宏观增强材料。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

一、本发明克服了现有技术的缺点，采用在纯水中同时加入细观增强材料和宏观增强材料，形成双重增强方式，力学性能大大增强，可承载载荷较大，满足于现实建筑领域要求。

二、本发明克服了现有技术的缺点，采用同时加入细观增强材料和宏观增强材料，形成双重增强方式，承载力提高约50％，极限强度约为1200n，提高力学性能，并且改善纯冰脆性极强等弊端。

三、本发明操作简单，使用方便。

附图说明

图1是本发明所述的一种高性能复合冰材料为长方体状的剖视图；

图2是本发明所述的一种高性能复合冰材料为圆弧状的剖视图；

图3是本发明所述的一种高性能复合冰材料加入载荷的示意图；

图4是现有纯冰冰梁荷载位移曲线；

图5是本发明所述的一种高性能复合冰材料制成冰梁荷载位移曲线；

图6是本发明所述的一种高性能复合冰材料制备方法的流程图；

图7是本发明所述的一种高性能复合冰材料中细观增强材料和宏观增强材料的列表；

图中包括细观增强材料溶于水并冻成复合冰块1和宏观增强材料2。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述的一种高性能复合冰材料，所述的高性能复合冰材料是以纯水为基体加入细观增强材料和宏观增强材料2，所述的宏观增强材料2为原木、钢筋或土工合成材料；

本具体实施方式，以复合冰材料制成冰梁的受弯性能为例，冰梁尺寸为950×150×100mm,其中有效长度为900mm，采用在两个三分点处进行四点弯曲试验，其加载示意图如图2所示。所有冰梁均以约1mm/min的加载速率进行加载，结果表明纯冰冰梁的极限承载力约为800n,同时纯冰冰梁呈现极强的脆性破坏，在加入直径为8mm竹筋的加强筋增强型纯冰冰梁中，其极限强度约为1200n，承载力提高约50％，同时相对纯冰冰梁而言，加载过程中裂纹逐渐扩展，呈现一定的延性。其加载试验得到的跨中荷载位移曲线如图4所示。

此外，开展了细观增强复合冰冰梁与钢筋相结合的新型组合构件的试验研究，此试验中，细观增强材料采用的是原生纸浆纤维，用量为2％，结果表明复合冰冰梁的极限承载能力约为1300n，加入直径为6mmhrb400钢筋以后,其极限承载能力约为5400n，承载力提高约300％，同时延性与变形能力大大提高。其加载试验得到的跨中荷载位移曲线如图5所示。

具体实施方式二：结合图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的复合冰材料的进一步的限定，本实施方式所述的一种高性能复合冰材料，所述的细观增强材料为分散颗粒、纤维或水溶解物；

本具体实施方式，采用所述的细观增强材料为分散颗粒、纤维或水溶解物，改善纯冰脆性极强等弊端。

具体实施方式三：结合图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的复合冰材料的进一步的限定，本实施方式所述的一种高性能复合冰材料，所述的细观增强材料的添加量为1％～20％。

具体实施方式四：结合图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的复合冰材料的进一步的限定，本实施方式所述的一种高性能复合冰材料，所述的细观增强材料的添加量为2％；

本具体实施方式，采用细观增强材料的添加量为2％，承载力提高约50％，极限强度约为1200n，提高力学性能，并且改善纯冰脆性极强等弊端。

具体实施方式五：结合图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的复合冰材料的进一步的限定，本实施方式所述的一种高性能复合冰材料，所述的土工合成材料为绳子或布料。

具体实施方式六：结合图6说明本实施方式，本实施方式所述的一种高性能复合冰材料的制备方法，具体制备方法如下：

步骤一：根据实际工程或者实验所需确定加强类型，进而选择细观增强材料和宏观增强材料；

步骤二：根据所选择的加强材料，计算所需用量；

步骤三：将细观增强材料加入到纯水中，并利用搅拌机进行搅拌，搅拌后使细观增强材料与水能够混合均匀或者达到要求即可；

步骤四：预先在自制模具的相应位置固定有宏观加强材料；

步骤五：然后加入水与细观增强材料的混合溶液，使其在低温下冻结为一个整体，从而完成性能复合冰材料的制备；

本具体实施方式，采用在纯水中同时加入细观增强材料和宏观增强材料，形成双重增强方式，力学性能大大增强，可承载载荷较大，满足于现实建筑领域要求。

具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式六所述的制备方法的进一步的限定，本实施方式所述的一种高性能复合冰材料制备方法，所述的步骤四中的模具的形状为长方形或圆弧形。

具体实施方式八：结合图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式六所述的制备方法的进一步的限定，本实施方式所述的一种高性能复合冰材料制备方法，所述的步骤四中的根据实际工程要求，找出材料形状的薄弱位置，在此位置处固定宏观增强材料；

本具体实施方式，采用步骤四中的根据实际工程要求，找出材料形状的薄弱位置，在此位置处固定宏观增强材料，提高力学性能大大增强，可承载载荷较大，满足于现实建筑领域要求。

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