一种三维间隔织物增强水泥基复合材料及其制备方法技术领域
本发明涉及建筑构件技术领域，尤其涉及一种三维间隔织物增强水泥基复合材料及其
制备方法。
背景技术
水泥基材料具有抗压强度高、耐腐蚀性好、耐热、耐火和价格低廉等特性，在土木建
筑领域大量使用，但水泥基脆性的特点使其在抗折强度、拉伸强度上表现差强人意，容易
出现裂纹，严重影响了水泥基材料的耐久性和安全性。
传统的水泥基增强主要是采用钢筋作为增强材料。用钢筋作为增强材料的钢筋混凝土虽
然改善了混凝土的抗拉、抗折性能，但是由于钢筋不耐腐蚀，容重也很大，限制了钢筋混
凝土的进一步使用。所以，逐渐出现了采用纤维或织物增强水泥基材料。但是，短纤维在
基体中分布不均匀，补强效果差；连续长纤维或是网格布只能在二维方向上增强水泥基材
料，并且施工复杂。近年来，在纺织领域出现了一种三维间隔织物，是由上、下面层和间
隔丝层组成的三维立体结构。其作为增强材料，具有设计方便、抗冲击性强、容易成型复
杂形状构件等优点，而且在硅酸盐或氯化物中不易受腐蚀，容重比钢筋小。
单纯的采用三维间隔织物增强仍有不足之处，中国专利CN 103086740 A一种三维间隔
织物增强无机防火泡沫保温板及其制备方法，用三维间隔织物增强无机材料板，虽然能在
一定程度上提高保温板的力学强度，但增强效果并不明显，耐久性差。一是受织物本身力
学性能的限制，二是纱线内外层纤维受力不均，三是由于纱线直接暴露在水泥基材料中，
容易受到磨损和破坏。而三维间隔织物复合树脂，能够有效解决上述问题，自身力学强度
和弹性模量都大大提高，用于增强混凝土，可以显著改善混凝土的力学性能，增强效果更
加突出。
发明内容
技术问题：本发明为了解决水泥基材料脆性大，易开裂，抗折强度低的问题，提出一
种用三维间隔织物复合树脂增强水泥基材料的方法，制备出一种强度高，不易开裂，耐腐
蚀，抗变形能力强，整体性能优越的水泥基复合材料。
技术方案：本发明一种一种三维间隔织物增强水泥基复合材料及其制备方法，是通过
以下技术方案实现的：
一种三维间隔织物增强水泥基复合材料，是将三维间隔织物复合树脂作为增强体骨架，
与水泥基材料复合增强而获得。
三维间隔织物增强水泥基复合材料所用三维间隔织物是由上、下面层和间隔丝层组成。
三维间隔织物的总厚度为3～65mm，上面层的厚度为0.5～5mm，下面层的厚度为0.5～
5mm，间隔丝层的厚度为2～55mm。
所述的水泥基材料是由水泥胶凝材料、水和添加剂组成，可以是普通的水泥混凝土，
也可以是泡沫混凝土。
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。
三维间隔织物的面层纤维可以是无机纤维，如玻璃纤维，玄武岩纤维，碳纤维等，也可以
是有机纤维，如聚乙烯、PET、尼龙、芳纶、聚酯树脂纤维等，或是上述两种或几种纤维混杂
编织而成；间隔丝层是涤纶单丝、丙纶单丝、锦纶单丝、乙纶单丝中的一种。
所述的三维经编间隔织物的表面层是网孔结构，网孔形状是等边三角形、菱形、矩形、
正六边形中的一种，每平方厘米网孔个数在0.4～7.5之间。
所述的树脂是环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺
树脂、热固性树脂、聚氨酯树脂、热塑性树脂中的一种。所述热固性树脂是呋喃类树脂、
三聚氰胺甲醛树脂、聚丁二烯树脂、有机硅脂中的一种；所述热塑性树脂是聚乙烯、聚丙
烯、苯乙烯、ABS树脂、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰亚胺、聚砜、聚砜醚、聚芳醚
酮、聚苯硫醚中的一种。
一种三维间隔织物增强水泥基复合材料及其制备方法，包括以下步骤：
第一步：选择三维间隔织物，水泥胶凝材料和外加剂。
第二步：将三维间隔织物放入模具中，在模具中固定形状，利用树脂传递模塑成型技
术，使三维间隔织物与树脂复合，得到三维间隔织物复合材料骨架。
第三步：将水泥胶凝材料、水、外加剂混合搅拌均匀，浇筑于第二步得到的三维间隔
织物复合材料骨架中。
第四步：振荡模具，使混合料浆充分填充三维间隔织物。养护硬化，脱模即制得所述
复合材料。
本发明对比以往技术具有以下显著优点
(1)将三维间隔织物应用到无机材料中，拓宽了三维间隔织物新的应用领域，找到了
三维间隔织物与无机材料的结合点。
(2)三维间隔织物增强水泥基复合材料具有整体性好、强度高、变形小、不易开裂的
特点。现有水泥基增强材料中，短纤维在基体中分布不均匀，补强效果差；连续长纤维或
是网格布只能在二维方向上增强水泥基材料。而本发明采用的三维间隔织物是整体编织成
型的立体结构，不存在分布不均匀的问题，而且能够在三维方向上提高水泥基材料的性能。
(3)三维间隔织物具有良好的柔韧性和可变形性，可以根据施工要求复合成型各种形
状复杂的建筑构件。同时，三维间隔织物可设计性强，面密度、间隔丝高度和网孔大小都
可以设计和调节，能够满足不同性能的需求。
(4)三维间隔织物复合树脂，使增强体本身即为复合材料，与单纯用三维间隔织物增
强相比，有以下优点：能够使纱线内外层纤维粘结在一起，避免纤维受力不均；同时在纤
维表面形成保护层，有效减少纤维的磨损和破坏；三维间隔织物复合树脂后，力学强度和
弹性模量都大大提高，比单纯用三维间隔织物增强效果更加突出，性能更加优异。
附图说明
图1为三维经编间隔织物增强水泥基复合材料的示意图，形状不限于本示意图所示。
其中有三维间隔织物和有机发泡材料。三维间隔织物包括上面层1、间隔丝层2和下
面层3，4为普通水泥混凝土或泡沫混凝土填充材料。
具体实施方式
下面给出本发明的一些具体实施例，但所述的具体实施例不限制本发明权利要求。
实施例1
第一步：选取原材料。三维间隔织物由PET纤维织造而成，厚度为20mm；选用树脂
为不饱和聚酯树脂；胶凝材料为42.5R硅酸盐水泥，外加剂为萘系减水剂。水灰比为0.54，
水泥与减水剂的质量比为100∶1.2。
第二步：三维间隔织物放入模具中，在模具中固定形状，利用树脂传递模塑成型技术，
使三维间隔织物与树脂复合，得到三维间隔织物复合材料骨架。
第三步：将水泥胶凝材料、水、外加剂按比例混合搅拌均匀，浇筑于第二步得到的三
维间隔织物复合材料骨架中。
第四步：振荡模具，使混合料浆充分填充三维间隔织物。凝固硬化，脱模
并放置于温度20±2℃，相对湿度60±5％的环境中自然养护，养护至适龄。
测得其性能结果如下：该三维间隔织物复合树脂增强水泥基材料的抗压强度为
83.7MPa，抗弯强度为19.3MPa，防火等级为A2级。
相同配比下，单纯用三维间隔织物增强水泥基材料的抗压强度为61.4MPa，抗弯强度
为11.8MPa，防火等级为A2级。
相同配比下，未增强的水泥基材料的抗压强度为45MPa，抗弯强度为5.7MPa，防火等
级为A2级。
三维间隔织物复合树脂增强泡沫混凝土比单纯用间隔织物增强的抗压强度提高36％，
抗弯强度提高64％。
三维间隔织物复合树脂增强泡沫混凝土比未增强的泡沫混凝土的抗压强度提高86％，
抗弯强度提高238％。
实施例2
第一步：选取原材料：三维间隔织物由玻璃纤维织造而成，厚度为15mm；选用树脂
为环氧树脂；水泥基材料为泡沫混凝土，胶凝材料为硫铝酸盐水泥，发泡剂为双氧水，外
加剂是萘系减水剂和稳泡剂。设计泡沫混凝土的容重为300kg/m3，水灰比为0.54。
第二步：三维间隔织物放入模具中，在模具中固定形状，利用树脂传递模塑成型技术，
使三维间隔织物与树脂复合，得到三维间隔织物复合材料骨架。
第三步：将水泥胶凝材料、水、减水剂、稳泡剂按比例混合搅拌，形成均匀料浆；然
后将发泡剂加入料浆中，搅拌均匀后浇筑于第二步得到的三维间隔织物复合材料骨架中。
第四步：振荡模具，使混合料浆充分填充三维间隔织物。凝固硬化，脱模
并放置于温度20±2℃，相对湿度60±5％的环境中自然养护，养护至适龄。
测得其性能结果如下：该三维间隔织物复合树脂增强泡沫混凝土的容重为315kg/m3，
抗压强度为2.02MPa，抗弯强度为0.98MPa，导热系数为0.073W/(m.k)。
相同配比下，单纯用三维间隔织物增强泡沫混凝土的容重为308kg/m3，抗压强度为
1.23MPa，抗弯强度为0.51MPa，导热系数为0.68MPa。
相同配比下，未增强的泡沫混凝土的容重为300kg/m3，抗压强度为0.73MPa，抗弯强
度为0.24MPa，导热系数为0.066W/(m.k)。
三维间隔织物复合树脂增强泡沫混凝土比单纯用间隔织物增强的抗压强度提高64％，
抗弯强度提高91％，而容重和导热系数基本不变。
三维间隔织物复合树脂增强泡沫混凝土比未增强的泡沫混凝土的抗压强度提高176％，
抗弯强度提高308％，而容重和导热系数基本不变。