CN102898103A - 一种型钢高延性纤维混凝土组合柱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种型钢高延性纤维混凝土组合柱，以解决现有的型钢混凝土组合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型钢之间的粘结性能差的原因，而存在的容易发生纵向剪切滑移破坏以及其抗裂和抗震性能差的问题。本发明的高延性纤维混凝土组合柱的浇注材料为高延性纤维混凝土，该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。本发明的型钢高延性纤维混凝土组合柱抗裂、变形和抗震性能以及混凝土与型钢粘结性能均优于传统的型钢混凝土组合柱。
Description
技术领域
本发明涉及一种型钢混凝土组合柱，具体为一种型钢高延性纤维混凝土组合柱。
背景技术
型钢混凝土组合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，但由于普通混凝土材料自身的脆性和其抗拉、抗剪、抗弯强度都较低，且与型钢之间的粘结性能差，导致现有的型钢混凝土组合柱易发生纵向剪切滑移破坏，对结构抗震不利，且震后修复困难。综上，由于混凝土本身的脆性，使得现有的型钢混凝土组合柱中型钢不能得到充分发挥其优良性能，导致组合柱的抗裂性能差，容易发生纵向剪切滑移破坏，且震后修复费用较高，使其在高层建筑结构中的应用受到了限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗裂、变形和抗震性能良好、混凝土与浇注材料与型钢粘结性能好的型钢高延性纤维混凝土组合柱。
为此，本发明提供的型钢高延性纤维混凝土组合柱的浇注材料为高延性纤维混凝土，该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。
本发明组合柱由高延性纤维混凝土与型钢，同时配有少量的纵向钢筋和箍筋组合，可利用较高强度和超高韧性的高延性纤维混凝土与型钢和钢筋很好地粘结在一起，以增加型钢组合柱整体性能和变形能力，从而大幅度提高型钢组合柱的受力性能和抗震性能。
与现有的普通型钢混凝土柱相比，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，与型钢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型钢及钢筋之间的良好粘结性能，可极大地增加高延性纤维混凝土型钢组合柱的整体性能和变形能力，从而有效提高高延性纤维混凝土型钢组合柱的整体性、抗裂性能与抗震性能。
（3）本发明具有良好的耐久性，可延长结构的使用寿命，大幅度提高型钢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；
图中各代码表示：1-型钢、2-高延性纤维混凝土、3-箍筋、4-纵筋。
具体实施方式
本发明的型钢高延性纤维混凝土组合柱与传统的型钢混凝土组合柱的区别之处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，本实施例的型钢高延性纤维混凝土柱的截面尺寸为b×h=700mm×700mm，柱高度为3m；箍筋3采用HPB300、直径为10mm、间距为100mm；纵筋4采用四根直径为20mm的HRB400级钢筋；型钢1采用Q345钢，尺寸为440×300×11.5×21。其结构为主要配置有型钢1，高延性混凝土2，箍筋3和纵向钢筋4。其具体施工过程为：
步骤一，绑扎钢筋，放置型钢，现场支模；
步骤二，浇注高延性纤维混凝土，养护7天后拆除模板，即得该实施例的型钢高延性纤维混凝土组合柱。
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、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
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。
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强度高、变形能力好，不易发生纵向剪切滑移破坏，用其浇筑成型钢混凝土组合柱，可显著提高其承载力和延性，提高混凝土与型钢的粘结力和抗震性能。
本发明的型钢高延性纤维混凝土组合柱中的型钢可以是工字钢、H型钢、槽钢等热轧型钢或焊接工字钢。
本发明利用高延性纤维混凝土的力学性能优势及其与型钢和钢筋之间良好的粘性性能，可提高组合柱抗剪强度和抗震性能，抑制组合柱的裂缝开展，极大地改善组合柱自身的变形能力，有效减轻地震作用下型钢混凝土组合柱的破坏程度。同时利用高延性纤维混凝土良好的耐久性，可延长结构的使用寿命，降低成本。
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 (4)
1.一种型钢高延性纤维混凝土组合柱，其特征在于，所述的型钢高延性纤维混凝土组合柱的浇注材料为高延性纤维混凝土，该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所述的型钢高延性纤维混凝土组合柱，其特征在于，所述的水泥为P.O.52.5R硅酸盐水泥；上述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；所述的砂的最大粒径为1.26mm；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所述的型钢高延性纤维混凝土组合柱，其特征在于，所述的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％。
4.如权利要求3所述的型钢高延性纤维混凝土组合柱，其特征在于，所述的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。
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