CN102888910A - 一种高延性纤维混凝土组合框架填充墙及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高延性纤维混凝土组合框架填充墙及其施工方法，以解决现有普通框架填充墙存在的易脆性、抗震性能及整体性差的问题。本发明的高延性纤维混凝土组合框架填充墙由框架填充墙、短钢筋和高延性纤维混凝土组成；施工时，首先砌筑框架填充墙，并在框架填充墙的竖向灰缝中埋入若干根短钢筋；然后在框架填充墙表面均匀涂抹高延性纤维混凝土。本发明的框架填充墙抗震性能、防倒塌能力和变形能力优于传统框架填充墙，且不易发生脆性破坏；同时该框架填充墙利用填充墙消耗部分地震能量，以减轻框架的震害，且施工工艺简单。

Description

一种高延性纤维混凝土组合框架填充墙及其施工方法

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体为一种高延性纤维混凝土组合框架填充墙及其施工方法。 

背景技术

钢筋混凝土框架结构是一种广泛用于宾馆、学校、办公楼等建筑物的抗侧力结构。框架填充墙是框架结构房屋的围护墙和隔墙，一般均为非承重砖砌体墙。汶川地震的震害调查结果表明，由于填充墙具有较大的侧向刚度，承担了较大的地震作用，但墙体本身的变形能力较差，使得填充墙的破坏严重，甚至发生倒塌，引起人员伤亡和严重经济损失。在我国，框架结构的应用相当广泛，从宏观震害和试验研究中发现，地震作用下框架填充墙的开裂和倒塌主要是由于框架填充墙的抗剪强度和变形能力不足。 

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种不易发生脆性破坏且整体性和抗震性能良好的高延性纤维混凝土组合框架填充墙。 

为此，本发明提供的高延性纤维混凝土组合框架填充墙包括框架填充墙，所述框架填充墙的竖向灰缝中埋有若干根短钢筋；所述框架填充墙表面涂抹有高延性纤维混凝土面层，所述高延性纤维混凝土面层将框架填充墙和所有短钢筋包覆。 

优选的，上述若干根短钢筋中相邻短钢筋的水平间距和纵向间距均为300mm，每根短钢筋的直径为10～12mm，每根短钢筋埋入框架填充墙竖向灰缝中的深度为100～150mm，每根短钢筋突出框架填充墙表面的长度为20mm。 

优选的，上述高延性纤维混凝土面层的厚度为10～30mm。 

优选的，上述高延性纤维混凝土的组分为水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纤维和水，其中，按质量百分比计，水泥：粉煤灰：硅灰：砂：水=1：0.9：0.1：0.76：0.58；以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的体积掺量为1.5％。 

优选的，上述水泥为P.O.52.5R硅酸盐水泥；上述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；上述硅灰的烧失量小于6％、二氧化硅含量大于85％、比表面积大于15000m²/kg；上述砂的最大粒径为1.26mm；上述PVA纤维的长度为6～12mm、直径为26μm以上、抗拉强度为1200MPa以上、弹性模量为30GPa以上。 

优选的，上述高延性纤维混凝土中添加有减水率在30％以上的聚羧酸减水剂，且减水剂的添加量为粉煤灰、硅灰和水泥总质量的0.8％。 

优选的，上述高延性纤维混凝土的制备方法为：将水泥、硅灰、粉煤灰和砂干拌均匀后加入减水剂和80％的水搅拌均匀；之后再加入PVA纤维搅拌均匀后加入剩余20％的水搅拌均匀即得高延性纤维混凝土。 

本发明的另一目的在于提供一种上述高延性纤维混凝土组合框架填充墙的施工方法，具体施工过程如下： 

步骤一，砌框架填充墙时，在框架填充墙的竖向灰缝中埋入若干根短钢筋； 

步骤二，框架填充墙砌筑完成后，在框架填充墙的外表面均匀抹涂高延性纤维混凝土面层，且该高延性纤维混凝土面层将框架填充墙和所有短钢筋包覆。 

本发明是由高延性纤维混凝土面层、短钢筋和框架填充墙组成高延性纤维混凝土组合框架填充墙，利用较高强度和韧性的高延性纤维混凝土对框架填充墙形成包裹，防止框架填充墙发生脆性破坏，提高框架填充墙的抗剪承 载力和整体性，且显著增强框架填充墙的抗震性能。本方法具有施工方便，能够显著提高框架填充墙整体性和抗震性能的特点。 

与现有技术相比，本发明具有如下的特点： 

（1）本发明中在框架填充墙竖向灰缝内埋入的若干短钢筋，既方便施工，又可增强框架填充墙和高延性纤维混凝土面层之间的粘结性能，保证框架填充墙与面层共同工作。 

（2）本发明中采用的高延性纤维混凝土抗压强度可达到60M Pa以上，极限拉应变可达普通混凝土的100倍以上，具有类似钢材的塑性变形能力，与砖砌体之间有良好的粘结性能，是一种具有高强度、高延性、高耐久性和高耐损伤能力的生态建筑材料。可有效避免框架填充墙局部压碎，显著提高框架填充墙的整体性与抗震性能。 

（3）本发明中采用的高延性纤维混凝土面层，经济性较好，且厚度较薄。 

（4）本发明中采用的中的高延性纤维混凝土组合框架填充墙具有良好的耐久性，可延长结构的使用寿命，大幅度提高框架填充墙的承载力和抗震性能，减少甚至免去强震后修复的工作。 

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。 

图1是实施例1中对高延性纤维混凝土组合框架填充墙的结构示意图； 

图2是图1的A-A向视图； 

图中各代码表示：1-框架梁、2-框架柱、3-框架填充墙、4-短钢筋、5-高延性纤维混凝土面层。 

具体实施方式

以下是发明人提供的实施例，以对本发明作进一步详细解释说明。 

实施例1： 

参考图1和图2，本实施例中的高延性纤维混凝土组合框架填充墙尺寸如下：长度为4.2m、高度为3m、厚度为240mm。该框架填充墙的竖向灰缝中埋有若干短钢筋4；在框架填充墙3外表面涂覆有20mm厚的高延性纤维混凝土面层5，所述高延性纤维混凝土面层5将框架填充墙3和所有短钢筋4包覆。其具体施工过程为： 

步骤一，砌筑框架填充墙3，并在框架填充墙的竖向灰缝中埋入抗剪连接件短钢筋4；相邻短钢筋的水平间距和纵向间距均为300mm；所用短钢筋4直径为12mm，长度为120mm，突出砖墙表面20mm； 

步骤二，在框架填充墙3外表面均匀涂抹厚度为20mm的高延性纤维混凝土面层5，且该高延性纤维混凝土面层5将框架填充墙3和短钢筋4包覆。 

该实施例的高延性纤维混凝土的组分为水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纤维和水，其中，按质量百分比计，水泥：粉煤灰：硅灰：砂：水=1：0.9：0.1：0.76：0.58；以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维（聚乙烯醇纤维）的体积掺量为1.5％；所用水泥为P.O.52.5R硅酸盐水泥，粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，硅灰的烧失量为5％、二氧化硅含量为88％、比表面积为18000m²/kg，砂的最大粒径为1.26mm；PVA纤维为上海罗洋科技有限公司生产的PA600纤维，长度为8mm、直径为26μm、抗拉强度为1200MPa、弹性模量为30GPa；该实施例的高延性纤维混凝土中添加有江苏博特新材料有限公司的

聚羧酸高性能减水剂，减水剂的添加量为粉煤灰、水泥和硅灰总质量的0.8％。 

其配置过程为：首先将水泥、硅灰、粉煤灰和砂倒入强制式搅拌机中干拌2～3分钟；再加入减水剂和80％的水，搅拌1～2分钟；然后加入PVA纤维再搅拌2分钟后加入剩余20％的水，搅拌1～2分钟。 

以下是发明人提供的关于本实施例的高延性纤维混凝土的力学性能试验及其结果。 

（1）采用70.7mm×70.7mm×70.7mm的标准试模制作立方体试块，按标准养护方法养护60天，进行立方体抗压强度试验。试验结果表明：高延性纤维混凝土试块抗压强度平均值为65MPa，试块达到峰值荷载后卸载再进行第二次加载，残余抗压强度可达到峰值荷载的80％，试块破坏过程具有明显抗压韧性。 

（2）采用40mm×40mm×160mm的标准试模制作棱柱体抗弯试件，按标准养护方法养护60天，进行抗弯性能试验。试验结果表明：高延性纤维混凝土试件的初裂强度为4.8MPa，试件开裂以后承载力继续提高，极限强度为10.1MPa，达到峰值荷载后承载力下降缓慢，按照ASTM C1018法计算所得的弯曲韧性系数其弯曲韧性I₅、I₁₀、I₂₀、I₃₀分别为6.2、14.5、33.0、50.6，表明具有很高的弯曲韧性。 

（3）采用50mm×15mm×350mm的试模制作拉伸试块，按标准养护方法养护60天，进行直接拉伸试验。结果表明：高延性纤维混凝土试件单轴抗拉强度平均值为3.6MPa，极限拉应变可达到1.2％，试件开裂以后承载力基本保持不变，具有良好的抗拉韧性，破坏过程中出现10余条裂缝。 

以上试验表明，高延性纤维混凝土的极限拉应变远高于《混凝土结构设计规范》GB50010中普通混凝土的极限拉应变，高延性纤维混凝土受压、受拉、受弯破坏时均具有较高的韧性，其破坏特征与普通混凝土发生脆性破坏具有明显不同。 

该实施例的高延性纤维混凝土的上述力学特性表明，其涂抹在框架填充墙的表面能够大幅提高框架填充墙的抗压承载力和变形能力，且不宜发生脆性破坏，可显著提高框架结构的抗震性能。 

本发明通过短钢筋和高延性纤维混凝土面层的共同作用，既可对框架填充墙产生较大的横向主动约束力，提高框架填充墙的抗剪强度，又可提高框架填充墙的整体性，有效抑制框架填充墙的开裂，极大地改善框架填充墙自身的变形能力，从而显著提高框架填充墙的整体性和抗震性能，有效地减轻地震作用下框架填充墙的破坏程度。 

涂抹高延性纤维混凝土面层的施工简单易行、操作方便，且所采用的高延性纤维混凝土具有良好的耐久性，延长结构的使用寿命，降低经济、社会成本，减少甚至免去框架填充墙强震后修复的工作。 

本发明的框架填充墙可用于住宅、办公楼和教学楼等框架填充墙中。 

Claims (8)

1.一种高延性纤维混凝土组合框架填充墙，包括框架填充墙，其特征在于，所述框架填充墙的竖向灰缝中埋有若干根短钢筋；所述框架填充墙表面涂抹有高延性纤维混凝土面层，所述高延性纤维混凝土面层将框架填充墙和所有短钢筋包覆。

2.如权利要求1所述的高延性纤维混凝土组合框架填充墙，其特征在于，所述若干根短钢筋中相邻短钢筋的水平间距和纵向间距均为300mm，每根短钢筋的直径为10～12mm，每根短钢筋埋入框架填充墙竖向灰缝中的深度为100～150mm，每根短钢筋突出框架填充墙表面的长度为20mm。

3.如权利要求1所述的高延性纤维混凝土组合框架填充墙，其特征在于，所述高延性纤维混凝土面层的厚度为10～30mm。

4.如权利要求1所述的高延性纤维混凝土组合框架填充墙，其特征在于，所述高延性纤维混凝土的组分为水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纤维和水，其中，按质量百分比计，水泥：粉煤灰：硅灰：砂：水=1：0.9：0.1：0.76：0.58；以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的体积掺量为1.5％。

5.如权利要求4所述的高延性纤维混凝土组合框架填充墙，其特征在于，所述水泥为P.O.52.5R硅酸盐水泥；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；所述硅灰的烧失量小于6％、二氧化硅含量大于85％、比表面积大于15000m²/kg；所述砂的最大粒径为1.26mm；所述PVA纤维的长度为6～12mm、直径为26μm以上、抗拉强度为1200MPa以上、弹性模量为30GPa以上。

6.如权利要求5所述的高延性纤维混凝土组合框架填充墙，其特征在于，所述高延性纤维混凝土中添加有减水率在30％以上的聚羧酸减水剂，且减水剂的添加量为粉煤灰、硅灰和水泥总质量的0.8％。

7.如权利要求6所述的高延性纤维混凝土组合框架填充墙，其特征在于，所述高延性纤维混凝土的制备方法为：将水泥、硅灰、粉煤灰和砂干拌均匀后加入减水剂和80％的水搅拌均匀；之后再加入PVA纤维搅拌均匀后加入剩余20％的水搅拌均匀即得高延性纤维混凝土。

8.一种上述任一权利要求所述的高延性纤维混凝土组合框架填充墙的施工方法，其特征在于，方法的具体步骤如下：

步骤一，砌框架填充墙，并在框架填充墙的竖向灰缝中埋入若干根短钢筋；

步骤二，在框架填充墙砌筑完成后，在框架填充墙的外表面均匀涂抹高延性纤维混凝土面层，且该高延性纤维混凝土面层将框架填充墙和所有短钢筋包覆。

Images