CN102121289B - 叠合板用超高强超薄底板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种叠合板用超高强超薄底板及其生产方法。包括由纤维增韧水泥基复合材料制成的底板，在底板中布设有由纵向分布筋与横向分布的钢筋组成的纵横分布式钢筋网，钢筋网上有界面抗剪联接件。本发明研制了纤维增韧的超高强高性能水泥基复合材料，并将其应用于叠合板底板设计，形成叠合板用超高强超薄底板。该底板具有超高强度、较薄的厚度、较高的抗裂性能，以及轻质、耐久性等优点，推广后具有较好的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种建筑材料，本发明也涉及一种建筑材料的制备方法。具体地说是一种面向装配式建筑叠合板、桥梁桥面叠合板用超高强超薄底板及其生产方法。
背景技术
叠合板是一种利用预制混凝土板作为底板，在其上后浇混凝土叠合层，浇筑完成后二者作为装配整体式楼板，主要应用于装配式建筑和桥梁桥面叠合板等结构。目前的叠合板底板设计尚存在如下不足之处：
(1)目前的叠合板底板基本上都是采用预应力配筋设计的，预应力构件涉及到预应力钢筋的张拉等生产工艺，不便于叠合板底板的工业化生产，同时也影响着产品造价。
(2)现有的叠合板底板基本采用普通强度混凝土，由于材料抗裂性能、抗冲击性能较低，导致普通混凝土叠合板底板在搬运和施工期间容易开裂。传统的预应力叠合板底板采用了预应力技术，但只能在一定程度上控制裂缝扩展，不能从根本上解决混凝土材料的脆性开裂问题，解决混凝土脆性开裂的根本途径是提高材料的抗拉强度。
(3)由于普通混凝土弹性模量相对低，使得截面刚度相对较低，为了提高刚度，不得不增大底板的截面厚度，厚度增大使得后浇混凝土板内的受力筋上移，对于结构抗弯性能不利。另外，叠合板厚度增加，导致自重增大，不利于施工搬运。
(4)叠合板底板位于结构下缘，其耐久性能直接影响着结构的整体性能，但普通混凝土耐久性相对低。发展高性能叠合板底板，特别是对于提高桥梁桥面板结构的服役性能具有重要的工程意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有超高的强度、较薄的厚度、较高的抗裂性能的叠合板用超高强超薄底板。本发明的目的还在于提供一种叠合板用超高强超薄底板的生产方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的叠合板用超高强超薄底板包括由纤维增韧水泥基复合材料制成的底板，在底板中布设有由纵向分布筋与横向分布的钢筋组成的纵横分布式钢筋网，钢筋网上有界面抗剪联接件。
本发明的叠合板用超高强超薄底板还可以包括：
1、所述抗剪联接件由横杆、底脚和竖杆组成，两个底脚与顺应的纵向分布筋或横向分布筋通过绑扎连接。
2、所述纤维增韧水泥基复合材料以水泥质量比为基准的组成为：水泥含量为1、硅灰含量为0.1-0.2、河砂含量为0.2-0.8、含固量40％的聚羧酸高效减水剂含量为0.04-0.05、水含量为0.2-0.35、膨胀剂含量为0.005、消泡剂含量为0.005、纤维含量为0.015-0.03。
3、所述纤维为直径0.2-0.5mm、长度为13-20mm、弹性模量为800-1800MPa的高强钢纤维。
4、所述硅灰中SiO2含量在90％以上。
5、纵向分布筋与横向分布的钢筋伸出底板的边缘构成预留连接钢筋，预留连接钢筋长度为150-300mm。
本发明的叠合板用超高强超薄底板的生产方法为：由纵向分布筋与横向分布的钢筋捆绑组成的纵横分布式钢筋网，钢筋网上捆绑有界面抗剪联接件，并将钢筋网置于模具中；以水泥质量比为基准的组成比为水泥含量为1、硅灰含量为0.1-0.2、河砂含量为0.2-0.8、含固量40％的聚羧酸高效减水剂含量为0.04-0.05、水含量为0.2-0.35、膨胀剂含量为0.005、消泡剂含量为0.005、纤维含量为0.015-0.03为原料，按照如下方法配成纤维增韧水泥基复合材料，水泥、硅灰、河砂、膨胀剂、消泡剂按比例混合后30-50转/分钟搅拌2-12分钟，加入水、减水剂60-80转/分钟搅拌2-12分钟，再加入纤维，30-50转/分钟搅拌3-7分钟；纤维增韧水泥基复合材料浇注在模具中，20±2℃温度下湿养护20-24小时，拆模后90±2℃温度、湿度90％条件下养护48小时。
本发明研制了纤维增韧的超高强高性能水泥基复合材料，并将其应用于叠合板底板设计，形成叠合板用超高强超薄底板。该底板具有超高强度、较薄的厚度、较高的抗裂性能，以及轻质、耐久性等优点，推广后具有较好的经济效益和社会效益。
本发明包括叠合板用超高强超薄底板、制作底板采用的专用材料--纤维增韧超高强高性能水泥基复合材料、与该底板配套的界面抗剪联接件和纵横分布式钢筋。高性能底板上表面为与后浇混凝土叠合层的接触界面、下表面为板底清水屋面。
该新型叠合板用底板的基材设计抗压强度为120-150MPa，因此称之为超高强底板。该新型叠合板底板的设计尺寸和设计厚度由施工阶段的承载力设计值和吊装荷载设计值决定，一般按双向板尺寸设计，且设计尺寸范围一般为1500mm-8000mm，有效设计厚度范围为30mm～60mm，这突破了目前关于叠合板的最小厚度50mm的限制，因此称之为超薄底板。
该新型材料的特性表现在以下几个方面：首先，材料标准试件在轴压作用下具有多裂纹破坏行为，在轴拉作用下，材料具有一定的应变硬化区间，确保了该叠合板用底板具有较高的韧度。材料的初裂设计强度为6-8MPa、设计极限抗拉强度为10-15MPa。材料的设计初裂应变为0.0001-0.00014，极限拉应变为0.002-0.0035。该材料具有一定的抗冲击能力，抗冲击标准为标准试件在1.5米高度处的25公斤落锤自由落体冲击12-15次，才允许出现肉眼可见的宏观裂纹，后直至冲击破坏。其次，材料具有一定的耐久性能，这主要是针对桥梁桥面叠合板用底板的耐久防护要求。抗碳化指标为6个月的碳化实验，材料的碳化深度不大于3.5毫米；根据ASTM C 1202规范进行材料的抗氯离子侵蚀实验，通电量不大于300库伦；材料经历冻融循环300次后，其弹性模量损失不大于5％；材料的孔隙率不大于0.10毫升/克。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2a为抗剪联接件与纵横钢筋布置图；
图2b为2a的左视图；
图3为分布式钢筋与抗剪联接件组成示意图；
图4为叠合板用高性能底板生产工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：
结合图1，本发明的叠合板用超高强超薄底板的底板1包括制作底板采用的专用材料——纤维增韧超高强高性能水泥基复合材料、与该底板配套的界面抗剪联接件2和纵横分布式钢筋3、4。高性能底板上表面9为与后浇混凝土叠合层的接触界面、下表面10为板底清水屋面。
根据该专用材料的以上特性要求，本发明专门研制了一种纤维增韧超高强高性能水泥基复合材料，以水泥质量比为基准，其配合比为：水泥含量为1、硅灰含量为0.1-0.2、河砂(天然级配1.25mm筛余)含量为0.2-0.8、聚羧酸高效减水剂(含固量40％)含量为0.04-0.05、水含量为0.2-0.35、膨胀剂含量为0.005、消泡剂含量为0.005、纤维含量为0.015-0.03，其中纤维为直径0.2-0.5mm、长度为13-20mm、弹性模量为800-1800MPa的高强钢纤维，水泥采用425号硅酸盐水泥，硅灰中SiO2含量在90％以上。
该叠合板用超高强超薄底板的构造设计表现在：第一，分布式钢筋网片和板间连接设计。在底板与底板接缝之间的纵横方向上预留了连接钢筋并采取搭接焊的方式实现固联，如图1所示。该预留钢筋预留长度为150-300mm，搭接焊长度应大于等于20倍的钢筋直径，且不小于150mm。预留钢筋在底板内通长布置，形成底板内双向分布式钢筋网。该钢筋网用于板边预留钢筋和抗剪联接件架立固定，同时增强该超高强超薄底板的整体刚度。分布式钢筋的直径为6-10mm的普通II级钢筋、间距为200-250mm、钢筋保护层厚度不小于10mm或不小于1倍的钢筋直径。纵横钢筋交汇处5位于底板的中性面内，可以采用绑扎方式进行固定。第二，界面抗剪设计。为了提高底板与后浇混凝土叠合层的界面联接强度，底板上表面9设计了抗剪联接件2，该联接件组成如图2a和图2b所示。抗剪联接件2由横杆6、底脚7和竖杆8组成，钢筋直径可以与分布式钢筋直径一致。抗剪联接件2通过两个底脚7与顺应的纵向分布筋3或横向分布筋4通过绑扎连接。联接件2的实际布置数量应根据界面抗剪抗滑移计算理论或工程经验进行确定，在确定了抗剪联接件数量之后将其均匀地布置在底板上，并按照构造要求与分布式钢筋网连接固定。为了便于底板上表面布筋，该抗剪联接件应布置为纵横一致，如图1和3所示。
该叠合板用超高强超薄底板的结构设计方法，是依据国家结构设计规范《GB 50010-2002》和规程《CECS 38：2004》中关于纤维混凝土受弯构件的受弯承载能分析要求，根据纤维增韧超高强高性能水泥基复合材料的拉压应力应变关系进行计算。设计时取该底板基底开裂为正常使用极限状态。按照《GB 50010-2002》的8.2.2条和《CECS 38：2004》的8.3条的有关规定验算其变形。据此确定高性能底板的最小设计厚度，确定联接件2的横杆长度6底脚长度7、竖杆高度8。根据装配式框架构造，确定底板间预留钢筋的搭接设计长度。该叠合板用超高强超薄底板在施工阶段应设有可靠支撑，按15-18平方米范围设置1根临时支撑，支撑顶端设置纵横分布梁支撑，支撑的具体设置根据底板的变形计算确定。
下面是一个具体实施例。
1.纤维增韧超高强高性能水泥基复合材料的配合比实施方案
该叠合板用超高强超薄底板的基材为纤维增韧超高强高性能水泥基复合材料，其配合比(重量比)实施方案为：
2.该超高强超薄底板的生产工艺和流程实施方案
该超高强超薄底板的基材搅拌与底板浇筑生产工艺和流程实施方案如图4所示。
该实施方案的纤维增韧超高强高性能水泥基复合材料的初裂应变为0.00012，裂后极限拉应变为0.003，抗压强度为120MPa、抗拉强度为8MPa、初裂强度为6MPa，耐久性指标和抗冲击性满足标准要求。
3.设计尺寸实施方案
根据典型8000mm×8000mm柱网的装配式框架建筑结构为例，叠合板用超高强超薄底板设计边长为4000mm，且为正方形，底板厚度为50mm，分布式钢筋取φ8200，搭接焊长度为150mm。这样，每个方向布置φ8钢筋20根，最外钢筋与距板边为100mm。抗剪联接件取φ6，横杆宽度6取200mm、竖杆高度8取70mm、底脚长度7取50mm。纵向间隔为200mm、横向间隔为400mm，且纵横向对齐，共计100个。支撑系统采用1根竖向支撑杆件和1套十字型分布梁，竖向支撑杆件的支撑点位于十字梁的交汇处，且位于该底板下表面10的中心。
Claims (6)
1.一种叠合板用超高强超薄底板，其特征是：包括由纤维增韧水泥基复合材料制成的底板，在底板中布设有由纵向分布筋与横向分布筋组成的纵横分布式钢筋网，钢筋网上有界面抗剪联接件；所述抗剪联接件由横杆、底脚和竖杆组成，两个底脚与顺应的纵向分布筋或横向分布筋通过绑扎连接；所述纤维增韧水泥基复合材料以水泥质量比为基准的组成为：水泥含量为1、硅灰含量为0.1-0.2、河砂含量为0.2-0.8、含固量40％的聚羧酸高效减水剂含量为0.04-0.05、水含量为0.2-0.35、膨胀剂含量为0.005、消泡剂含量为0.005、纤维含量为0.015-0.03。
2.根据权利要求1所述的叠合板用超高强超薄底板，其特征是：所述纤维为直径0.2-0.5mm、长度为13-20mm、弹性模量为800-1800MPa的高强钢纤维。
3.根据权利要求1或2所述的叠合板用超高强超薄底板，其特征是：所述硅灰中SiO2含量在90％以上。
4.根据权利要求1或2所述的叠合板用超高强超薄底板，其特征是：纵向分布筋与横向分布筋伸出底板的边缘构成预留连接钢筋，预留连接钢筋长度为150-300mm。
5.根据权利要求3所述的叠合板用超高强超薄底板，其特征是：纵向分布筋与横向分布筋伸出底板的边缘构成预留连接钢筋，预留连接钢筋长度为150-300mm。
6.一种叠合板用超高强超薄底板的生产方法，其特征是：由纵向分布筋与横向分布筋捆绑组成的纵横分布式钢筋网，钢筋网上捆绑有界面抗剪联接件，并将钢筋网置于模具中；以水泥质量比为基准的组成比为水泥含量为1、硅灰含量为0.1-0.2、河砂含量为0.2-0.8、含固量40％的聚羧酸高效减水剂含量为0.04-0.05、水含量为0.2-0.35、膨胀剂含量为0.005、消泡剂含量为0.005、纤维含量为0.015-0.03为原料，按照如下方法配成纤维增韧水泥基复合材料，水泥、硅灰、河砂、膨胀剂、消泡剂按比例混合后30-50转/分钟搅拌2-12分钟，加入水、减水剂60-80转/分钟搅拌2-12分钟，再加入纤维，30-50转/分钟搅拌3-7分钟；纤维增韧水泥基复合材料浇注在模具中，20±2℃温度下湿养护20-24小时，拆模后90±2℃温度、湿度90％条件下养护48小时。
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