CN102888947B - 一种高延性组合砖柱及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高延性组合砖柱及其施工方法，以解决现有普通砖柱存在的易脆性、抗震性能及整体性差的问题。本发明的高延性组合砖柱由砖柱、短钢筋、高延性纤维混凝土面层、角钢和钢带箍组成；施工时，首先砌筑普通砖柱，并在砖柱的灰缝中埋入短钢筋；然后沿所述砖柱的高度方向安装角钢；接着沿砖柱高度方向安装若干根钢带，各钢带绕砖柱周向闭合形成钢带箍；最后在砖柱表面涂抹高延性纤维混凝土。本发明的砖柱受压承载力、抗剪性能及抗震性能优于传统砖柱，且不易发生脆性破坏；同时该砖柱的施工简单，工程造价低。

Description

一种高延性组合砖柱及其施工方法

技术领域

本发明属于土木工程领域中建筑结构领域，具体为一种高延性组合砖柱及其施工方法。

背景技术

目前，砖砌体结构广泛应用于我国的工业与民用建筑领域，但由于砖砌体材料的脆性性质，其抗拉、抗剪和抗弯强度都较低且自重较大，极不利于结构抗震。

砖柱是砖砌体结构中最重要的承重构件之一，承受楼盖和梁传来的竖向荷载，同时还承担部分或全部水平荷载，其抗震性能对砌体结构的安全性有较大影响。由于现行规范对砖砌体结构抗震设防要求提高、建筑物使用功能的改变以及结构腐蚀受损等原因，均可能导致普通砖柱的承载力不满足要求。综上，现有的普通砖柱具有易脆性、抗裂和抗震性能差的缺点。

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抗裂和抗震性能好的高延性组合砖柱。

为此，本发明提供的高延性组合砖柱包括砖柱，该砖柱的灰缝中埋有若干根短钢筋；所述砖柱表面涂覆有高延性纤维混凝土面层；沿所述砖柱的高度方向，在所述砖柱上安装有若干根沿所述砖柱周向闭合的钢带箍。

优选的，上述若干短钢筋中相邻短钢筋的水平间距和纵向间距均为300mm，上述短钢筋的直径为10～12mm，上述短钢筋埋入砖柱灰缝中的深度为100～150mm，上述短钢筋突出砖柱表面的长度为20mm。

优选的，上述述高延性纤维混凝土面层的厚度为10～30mm。

优选的，上述钢带箍的钢带强度为270MPa以上，钢带箍的钢带厚度为0.5～1.5mm，钢带箍的钢带宽度为16～30mm；上述钢带箍利用气动打包机安装，用打包扣永久封口固定。

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，所述减水剂的添加量为水泥、粉煤灰和硅灰总质量总质量的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组合砖柱的施工方法，该施工方法所建的高延性组合砖柱中所述若干根钢带箍位于所述高延性纤维混凝土面层与所述砖柱之间，具体施工过程如下：

步骤一，砌筑普通砖柱，并在砖柱的灰缝中埋入若干根短钢筋；

步骤二，在砖柱的四角沿砖柱的高度方向设置经过倒角的角钢；

步骤三，在砖柱的高度方向上每隔200～400mm、在角钢的外侧安装一道钢带箍，钢带箍绕砖柱周向闭合，且钢带箍的张拉预应力为钢带的极限抗拉强度的30％～60％；

步骤四，在砖柱表面抹涂高延性纤维混凝土形成高延性纤维混凝土面层，该高延性纤维混凝土面层将砖柱、短钢筋、角钢和钢筋箍包覆。

本发明的又一目的在于提供另外一种上述高延性组合砖柱的施工方法，该施工方法所建的高延性组合砖柱中所述若干根钢带箍位于所述高延性纤维混凝土面层的外部，具体施工方法如下：

步骤一，砌筑砖柱，并在砖柱的灰缝中埋入若干根短钢筋；

步骤二，在砖柱表面抹涂高延性纤维混凝土面层；

步骤三，在砖柱的高度方向上每隔200～400mm安装一道钢带箍，钢带箍绕砖柱周向闭合，且钢带箍的张拉预应力为钢带的极限抗拉强度的30％～60％。

本发明的高延性组合砖柱为高延性纤维混凝土和预应力钢带箍组合的砖柱，利用较高强度和韧性的高延性纤维混凝土对砖柱形成包裹，提高砖柱的整体性，同时结合钢带箍对砖柱的约束作用，进一步提高砖柱的抗震性能。

与现有的普通砖柱相比，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。可有效提高砖柱的整体性与抗震性能。

（2）本发明采用低强度的预应力钢带，进一步大幅度提高砖柱的承载力和抗震性能。

（3）本发明具有良好的耐久性，可延长结构的使用寿命，大幅度提高既有砖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做进一步的详细说明。

图1是本发明实施例一结构示意图；

图2是图1的A-A向视图；

图3是本发明实施例二结构示意图；

图4是图3的B-B向视图；

图5是本发明实施例三结构示意图；

图6是图5的C-C向视图；

图中各代码表示：1-砖柱、2-短钢筋、3-高延性纤维混凝土面层、4-钢带箍、5-角钢、6-打包扣。

具体实施方式

实施例1：

遵循本发明的技术方案，如图1和图2所示，本实施例的烧结普通砖块尺寸为240mm×115mm×53mm；砖柱截面尺寸为370mm×370mm，柱高3m，其结构为：在砖柱1的竖向灰缝中埋有若干根短钢筋2；沿砖柱1的高度方向，在砖柱1的四角分别粘贴有经过倒角的角钢5；在角钢5的外侧，沿砖柱1的高度方向在砖柱1上安装有若干根钢带箍4，且各钢带箍4沿砖柱1的周向闭合；并且砖柱1的外表面涂覆有高延性纤维混凝土面层3。其具体施工过程为：

步骤一，砌筑砖柱1，并在砖柱1表面的竖向灰缝中埋入短钢筋2作为抗剪连接件；

步骤二，在砖柱1的四角沿砖柱1高度方向采用高延性纤维混凝土粘贴经过倒角的角钢5；

步骤三，利用气动打包机在角钢5外侧绑扎安装间距为250mm的钢带箍4，同时用打包扣6封口并固定钢带箍4；在绑扎钢带箍4时，调整打包机给定其气压值，使钢带张拉应力为钢带极限抗拉强度的30～60％；

步骤四，在砖柱1表面均匀抹涂20mm厚度的高延性纤维混凝土面层3。

为增强高延性纤维混凝土面层3与砖柱的整体性，在砖柱1表面的竖向灰缝中埋入短钢筋2作为抗剪连接件，本实施例短钢筋2采用HRB400级钢筋，直径为12mm，长度为120mm，突出砖柱表面20mm，相邻短钢筋2的纵向间距和横向间距均为300mm。

砖柱1四角粘贴的角钢5可提高砖柱的抗弯承载力，本实施例中的角钢5材质选择普通Q235热轧型钢，角钢5尺寸为为避免角部钢带发生断裂，角钢5倒角半径为10mm。

目前，各种类型钢带（如不锈钢带和发蓝钢带等）的极限强度均可高达800Mpa以上，本发明考虑到砖柱的强度和变形能力较低，为充分发挥钢带在作用，选用270Mpa以上较低强度的钢带，且钢带箍4的材质为普通钢带，也可采用发蓝钢带、不锈钢带或镀锌钢带，厚度为0.5～1.0mm，宽度为16～30mm，本实施例钢带厚1.0m，宽25mm。

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：

如图3和图4所示，本实施例中，烧结普通砖块尺寸为240mm×115mm×53mm；承重砖柱的截面尺寸为620mm×620mm，柱高3m，其结构与实施例一的砖柱结构不同之处在于：砖柱四角不粘贴角钢，采用强度为270MPa以上的镀锌钢带，并将钢带绑扎在高延性纤维混凝土面层的外侧，其施工方法与实施例1中的施工方法不同之处在于：

步骤一，砌筑砖柱，并在砖柱的竖向灰缝中埋入若干根短钢筋；

步骤二，在砖柱表面抹涂高延性纤维混凝土面层；

步骤三，安装钢带箍。

实施例3：

如图5和图6所示，本实施例中，砖柱为扶壁柱，截面尺寸为370mm×370mm，柱高3m，本例与实施例一不同之处在于，本实施例采用的角钢5的尺寸为角钢7的尺寸为其他施工工序均与实施例1相同。

本发明通过施加预应力的钢带套箍和高延性纤维混凝土面层的共同作用，既对砖柱产生较大的横向主动约束力，提高砖柱的抗剪强度，又可提高砖柱的整体性，有效抑制砖柱的开裂，极大地改善砖柱自身的变形能力，从而显著提高砖柱的整体性和抗震性能，有效地减轻地震作用下砌体结构的破坏程度。

同时利用气动打包机安装预应力钢带箍和涂抹高延性纤维混凝土面层的组合砖柱施工简单易行、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，可作为钢带和角钢的保护层，避免钢带锈蚀断裂，延长结构的使用寿命，降低经济、社会成本，减少甚至免去砖柱强震后修复的工作。

本发明的高延性组合砖柱可用于中小学教学楼砖砌廊柱、砖墙扶壁柱、单层厂房承重砖柱。

Claims (6)

1.一种高延性组合砖柱，包括砖柱，其特征在于，所述砖柱的竖向灰缝中埋有若干根短钢筋；所述砖柱表面涂覆有高延性纤维混凝土面层；沿所述砖柱的高度方向，在所述砖柱上安装有若干根沿所述砖柱周向闭合的钢带箍；

所述若干短钢筋中相邻短钢筋的水平间距和纵向间距均为300mm，所述短钢筋的直径为10～12mm，所述短钢筋埋入砖柱竖向灰缝中的深度为100～150mm，所述短钢筋突出砖柱表面的长度为20mm；

所述高延性纤维混凝土面层的厚度为10～30mm；

所述钢带箍的钢带强度为270MPa以上，钢带箍的钢带厚度为0.5～1.5mm，钢带箍的钢带宽度为16～30mm；所述钢带箍利用气动打包机安装，并用打包扣永久封口固定；

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％。

2.如权利要求1所述的高延性组合砖柱，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。

3.如权利要求2所述的高延性组合砖柱，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和水泥总质量的0.8％。

4.如权利要求3所述的高延性组合砖柱，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。

5.一种权利要求1所述的高延性组合砖柱的施工方法，其特征在于，该施工方法所建的高延性组合砖柱中所述若干根钢带箍位于所述高延性纤维混凝土面层与所述砖柱之间，具体施工过程如下：

步骤一，砌筑砖柱，并在砖柱的灰缝中埋入若干根短钢筋；

步骤二，在砖柱的四角沿砖柱的高度方向设置经过倒角的角钢；

步骤三，在砖柱的高度方向上每隔200～400mm、在角钢的外侧安装一道钢带箍，钢带箍绕砖柱周向闭合，且钢带箍的张拉预应力为钢带的极限抗拉强度的30％～60％；

步骤四，在砖柱表面抹涂高延性纤维混凝土形成高延性纤维混凝土面层，该高延性纤维混凝土面层将砖柱、所有短钢筋、所有角钢和所有钢筋箍包覆。

6.一种权利要求1所述的高延性组合砖柱的施工方法，其特征在于，该施工方法所建的高延性组合砖柱中所述若干根钢带箍位于所述高延性纤维混凝土面层的外部，具体施工方法如下：

步骤一，砌筑砖柱，并在砖柱的灰缝中埋入若干根短钢筋；

步骤二，在砖柱表面抹涂高延性纤维混凝土面层；

步骤三，在砖柱的高度方向上每隔200～400mm安装一道钢带箍，钢带箍绕砖柱周向闭合，且钢带箍的张拉预应力为钢带的极限抗拉强度的30％～60％。