CN102888946B - 一种钢管高延性纤维混凝土组合柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管高延性纤维混凝土组合柱，以解决现有的钢管混凝土柱因混凝土材料自身的脆性、抗拉、抗剪和抗弯强度较低以及与钢管之间的粘结性能差的原因，而存在的整体性和稳定性差的问题。本发明钢管高延性纤维混凝土组合柱由钢管和浇筑于钢管内的高延性纤维混凝土组成。本发明钢管高延性纤维混凝土组合柱的延性、整体性和抗震抗裂性能以及混凝土与钢管粘结性能均可优于传统的钢管混凝土柱。

Description

一种钢管高延性纤维混凝土组合柱

技术领域

本发明涉及建筑中的钢管混凝土柱，具体为一种钢管高延性纤维混凝土组合柱。

背景技术

钢管混凝土柱广泛应用于我国的大型工业建筑与高层和超高层民用建筑领域，但由于混凝土材料自身的脆性，其抗拉、抗剪和抗弯强度都较低，且与钢管之间的粘结性能差，在一定程度上影响钢管混凝土柱的整体性和稳定性，对结构抗震不利，且震后修复困难。采用高强混凝土时，若钢管对混凝土的约束不足，容易发生剪切脆性破坏，导致钢管混凝土柱未能充分发挥钢材和高强混凝土两种材料各自的力学性能优势，甚至引起钢管混凝土柱的承载力、刚度和延性下降。因此，现有的钢管混凝土柱不能充分发挥钢管较高的抗压强度和优良的力学特性，在一定程度上限制其在高层建筑结构及复杂建筑结构中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强度高、延性和抗震性能好、浇注材料与钢管粘结性能良好的钢管高延性纤维混凝土组合柱。

为此，本发明提供的钢管高延性纤维混凝土组合柱包括钢管，所述钢管内浇筑有高延性纤维混凝土，所述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，按重量百分比计，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为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。

本发明钢管高延性纤维混凝土组合柱由高延性纤维混凝土与钢管组合，可利用较高强度和韧性的高延性纤维混凝土与钢管很好地粘结在一起，以极大地提高钢管高延性纤维混凝土组合柱整体性能和延性，从而大幅度提高钢管高延性纤维混凝土组合柱的受力性能和抗震性能。

与现有的普通钢管混凝土柱相比，本发明具有如下的特点：

（1）本发明采用的高延性纤维混凝土抗压强度可达到60MPa以上，极限拉应变可达到普通混凝土的100倍以上，具有类似钢材的塑性变形能力，与钢管和钢筋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。

（2）本发明利用高延性纤维混凝土与钢管之间的良好粘结性能，可极大地增加钢管高延性纤维混凝土组合柱的整体性能和延性。

（3）本发明具有良好的耐久性，可延长结构的使用寿命，大幅度提高钢管组合柱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的详细说明。

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图中各代码表示：1-钢管、2-高延性纤维混凝土。

具体实施方式

本发明的钢管高延性纤维混凝土组合柱与传统的钢管混凝土柱的区别在于，其浇注材料为高延性纤维混凝土。

以下是发明人提供的实施例，以对本发明的技术方案作详细解释说明。

实施例1：

遵循本发明的技术方案，如图1所示，本实施例中钢管高延性纤维混凝土组合柱的钢管1截面外直径为800mm，厚度20mm，高4.8m，采用Q345钢材。其结构为：钢管1和浇注与钢管1中的高延性纤维混凝土2。其具体施工过程为：

步骤一，放置并安装钢管；

步骤二，浇注高延性纤维混凝土，养护7天后即得该实施例的钢管高延性纤维混凝土组合柱。

该实施例中的高延性纤维混凝土的组分为水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纤维、减水剂和水，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％；减水剂的添加量为水泥、粉煤灰和硅灰总质量的0.8％。其中：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型纤维，长度为8mm，直径为26μm，抗拉强度为1200MPa，弹性模量为30GPa；水泥为P.O.52.5R硅酸盐水泥；粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；所用硅灰的烧失量为5％，二氧化硅含量为88％，比表面积为18000m²/kg；减水剂为减水率在30％以上的聚羧酸高效减水剂，聚羧酸减水剂为江苏博特新材料有限公司生产的-Ⅰ型聚羧酸高性能减水剂。

上述高延性纤维混凝土的搅拌方法为：首先将水泥、粉煤灰、硅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；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。

实施例2：

本实施例中钢管高延性纤维混凝土组合柱的钢管1截面尺寸为500mm×500mm，厚度为20mm，高4.2m；采用Q345钢材，其他施工工序均与实施例1相同。

上述实施例的高延性纤维混凝土的上述力学特性表明，采用高延性纤维混凝土制成的混凝土高强度、高延性，不易发生脆性破坏。用它浇筑成钢管高延性混凝土组合柱，可充分利用钢管和高延性纤维混凝土这两种材料的力学性能，从而提高钢管混凝土柱整体工作的性能、抗裂和抗震性。同时利用高延性纤维混凝土良好的耐久性，延长结构的使用寿命，可减低成本。

本发明可用于大型工业建筑、高层建筑和超高层建筑中承受较大竖向荷载和水平荷载的柱。

Claims (1)

1.一种钢管高延性纤维混凝土组合柱，包括钢管，其特征在于，所述钢管内浇筑有高延性纤维混凝土，所述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，按重量百分比计，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％； 

所述的水泥为P.O.52.5R硅酸盐水泥；所述的粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；所述的硅灰的烧失量小于6％、二氧化硅含量大于85％、比表面积大于15000m²/kg；所述的砂的最大粒径为1.26mm；所述的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；

所述高延性纤维混凝土中添加有减水率为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％； 

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。