本發明涉及材料設計，具體涉及一種界面不發生破壞的nc-sc功能梯度抗壓材料及其制備方法。

背景技術：

1、普通混凝土(normal?concrete，簡稱nc)因其具有抗壓強度高、原料豐富、價格低廉、工藝簡單等優點，被廣泛應用于各種基礎設施建設中。但又因其具有脆性大、韌性差、抗拉強度過小以及開裂后裂縫寬度難以控制等缺點，同時伴隨著自然環境的惡劣作用，會給構件帶來碳化反應、堿-集料反應、腐蝕破壞等一系列問題，造成巨額的檢測和維修費用。因此，研究出一種具有裂縫控制能力的新型材料是非常有意義的。

2、自愈合混凝土(self-healing?concrete，簡稱sc)具有裂縫自愈能力，但是由于其成本過高，并不能在工程中大范圍使用。若將nc和sc兩種材料結合，充分利用兩種材料的同時降低造價就顯得尤為重要。但直接將nc和sc結合形成普通的復合材料，會因材料成分和性能的突然變化導致明顯的局部應力集中，就會導致界面出現突發性的開裂。

3、因此，如何以nc和sc作為基礎材料，開發出一種界面不發生破壞的nc-sc功能梯度抗壓材料具有遠大的應用前景。

技術實現思路

1、為了解決現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種界面不發生破壞的nc-sc功能梯度抗壓材料及其制備方法，以解決現有功能梯度材料容易導致界面出現突發性開裂的問題。

2、本發明解決上述技術問題的技術方案如下：提供一種界面不發生破壞的nc-sc功能梯度抗壓材料，該材料包括：nc材料和sc材料，nc材料和sc材料按sc材料的體積分數呈梯度變化形成不同的層，且每層的厚度相等。

3、采用上述技術方案的有益效果為：功能梯度材料(functionally?gradedmaterials，簡稱fgm)是受自然界的梯度結構(竹莖、牙齒、骨骼等)中得到啟發而形成的概念，它與均一材料，簡單復合材料相比，優越之處主要是在結構組成方面，其原理是將兩種或多種性能不同的材料在結構上進行漸變復合，復合后的材料組分隨著結構均勻變化，內部無明顯界面，材料的性能隨著材料的組成和結構的變化而緩慢變化，從而呈現出梯度功能的效果。

4、本發明引入功能梯度的概念，將普通混凝土nc和自愈合混凝土sc作為基礎材料，兩者按不同的體積比進行復合，以sc材料的體積分數為主，該sc材料的體積分數呈梯度變化從而形成了不同的層，每個層可稱為梯度層或梯度子層，每個梯度層的厚度是相等的。該梯度材料的組分隨著結構均勻變化，因此，在不同體積分數的nc-sc功能梯度材料分層結合的同時能夠消除界面弱區并實現層間應變相互協調，同時，nc-sc功能梯度材料依然具備sc的高延性和裂縫控制能力，做到了對材料的充分利用，避免造成資源浪費，節約了大量的成本。

5、上述界面不發生破壞的nc-sc功能梯度抗壓材料的制備方法，包括以下步驟：

6、步驟一：確定nc-sc功能梯度抗壓材料的總層數與各層位置之間的關系；

7、步驟二：確定不同梯度層中所對應的sc材料的體積分數；

8、步驟三：按照分層澆筑方式進行澆筑，獲得界面不發生破壞的nc-sc功能梯度抗壓材料。

9、在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進：

10、進一步，nc-sc功能梯度抗壓材料的總層數與各層位置之間的關系按下列公式進行確定：

11、

12、式中，k為nc-sc功能梯度抗壓材料的第k層；n為nc-sc功能梯度抗壓材料的總層數，n≥5；zk為第k層nc-sc功能梯度抗壓材料的z軸厚度中心坐標值，nc-sc功能梯度抗壓材料總厚度的中心位置為z軸的原點；d為nc-sc功能梯度抗壓材料中每梯度層的厚度，單位為mm。

13、進一步，不同梯度層中sc的體積分數按指數函數進行梯度，計算得到不同梯度層所對應的體積分數。

14、進一步地，指數函數v(zk)為：

15、

16、式中，v為材料中sc的體積分數；k為nc-sc功能梯度抗壓材料的第k層；zk為第k層nc-sc功能梯度抗壓材料的z軸厚度中心坐標值，nc-sc功能梯度抗壓材料總厚度的中心位置為z軸的原點；v0＝0.129；a＝-0.22；e為自然常數。

17、進一步地，分層澆筑之前，將模具按所需層數進行開槽，并匹配相應的隔板。

18、進一步地，分層澆筑時，由內到外依次分層澆筑，每層之間設隔板，上一次初凝后拆除相應隔板進行下一層澆筑。

19、進一步地，澆筑完成后24h后脫模，然后放入養護室進行養護固化。

20、本發明具有以下有益效果：

21、本發明提供了一種界面不發生破壞的nc-sc功能梯度抗壓材料設計方法，該方法針對sc材料成本昂貴的問題和普通復合材料容易出現界面破壞問題，將nc材料和sc材料作為基礎相，兩者按不同的體積比進行復合，以sc材料的體積分數為主，該sc材料的體積分數呈梯度變化從而形成了不同的梯度層。在不同體積分數的nc-sc功能梯度材料分層結合的同時能夠消除界面弱區并實現層間應變相互協調，使nc-sc功能梯度材料依然具備sc的高延性和裂縫控制能力，做到了對材料的充分利用，避免造成資源浪費，節約了大量的成本，在工程建設中具有廣闊的應用前景。

技術特征：

1.一種界面不發生破壞的nc-sc功能梯度抗壓材料，其特征在于，包括：nc材料和sc材料，nc材料和sc材料按sc材料的體積分數呈梯度變化形成不同的層，且每層的厚度相等。

2.權利要求1所述的界面不發生破壞的nc-sc功能梯度抗壓材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據權利要求2所述的界面不發生破壞的nc-sc功能梯度抗壓材料的制備方法，其特征在于，nc-sc功能梯度抗壓材料的總層數與各層位置之間的關系按下列公式進行確定：

4.根據權利要求2所述的界面不發生破壞的nc-sc功能梯度抗壓材料的制備方法，其特征在于，不同梯度層中sc的體積分數按指數函數進行梯度，計算得到不同梯度層所對應的體積分數。

5.根據權利要求4所述的界面不發生破壞的nc-sc功能梯度抗壓材料的制備方法，其特征在于，指數函數v(zk)為：

6.根據權利要求2所述的界面不發生破壞的nc-sc功能梯度抗壓材料的制備方法，其特征在于，分層澆筑之前，將模具按所需層數進行開槽，并匹配相應的隔板。

7.根據權利要求2或6所述的界面不發生破壞的nc-sc功能梯度抗壓材料的制備方法，其特征在于，分層澆筑時，由內到外依次分層澆筑，每層之間設隔板，上一次初凝后拆除相應隔板進行下一層澆筑。

8.根據權利要求2所述的界面不發生破壞的nc-sc功能梯度抗壓材料的制備方法，其特征在于，澆筑完成后24h后脫模，然后放入養護室進行養護固化。

技術總結
本發明公開了一種界面不發生破壞的NC?SC功能梯度抗壓材料及其制備方法，該功能梯度材料包括：NC材料和SC材料，NC材料和SC材料按SC材料的體積分數呈梯度變化形成不同的層。本發明引入功能梯度的概念，將NC材料和SC材料作為基礎相，兩者按不同的體積比進行復合，以SC材料的體積分數為主，該SC材料的體積分數呈梯度變化從而形成了不同的梯度層。在不同體積分數的NC?SC功能梯度材料分層結合的同時能夠消除界面弱區并實現層間應變相互協調，使NC?SC功能梯度材料依然具備SC的高延性和裂縫控制能力，做到了對材料的充分利用，避免造成資源浪費，節約了大量的成本，在工程建設中具有廣闊的應用前景。

技術研發人員：陳偉宏,徐應豪,鄭劍峰,鄭祥增
受保護的技術使用者：福州大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/6