CN102913033B - 一种高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱及其施工方法，以解决现有普通砖砌体烟囱存在的易脆性、延性及抗震性能差的问题。本发明的高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱由砖砌体、短钢筋、钢板带、钢带箍和高延性纤维混凝土组成；施工时，首先在砖砌体烟囱的竖向灰缝中埋入短钢筋；接着沿砖砌体烟囱的周向安装若干根轴向钢板带；然后在钢板带外侧安装若干根钢带，各钢带绕砖砌体烟囱周向闭合形成钢带箍；最后在砖砌体烟囱表面均匀涂抹高延性纤维混凝土。本发明高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱的抗剪承载力、延性及抗震性能明显优于传统砖砌体烟囱，且不易发生脆性破坏；同时该组合砖砌体烟囱的施工工艺简单。

Description

一种高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱及其施工方法

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砖砌体烟囱及其施工方法。

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。砖砌体烟囱是砖砌体结构中主要的结构之一，在地震中砖砌体烟囱开裂后其承载力迅速下降，极易发生倒塌，引起震区巨大的人员伤亡和严重的经济损失。除此之外，由于建筑物抗震设防要求提高、使用功能改变以及结构腐蚀受损等原因，均可能导致砖砌体烟囱的承载力不满足要求。综上，现有的普通砖砌体烟囱具有易脆性、整体性和抗震性能差的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不易发生脆性破坏且整体性和抗震性能好的高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱。

为此，本发明提供的高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱包括砖砌体烟囱，所述砖砌体烟囱的竖向灰缝中埋有若干根短钢筋；沿所述砖砌体烟囱的周向安装有若干根轴向钢板带；沿所述砖砌体烟囱的高度方向安装有若干根沿所述砖砌体烟囱周向闭合的钢带箍；所述砖砌体烟囱表面涂抹有高延性纤维混凝土面层，该高延性纤维混凝土面层将所述砖砌体烟囱、所有短钢筋、所有钢板带和所有钢带箍包覆。

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，每根短钢筋埋入砖砌体烟囱竖向灰缝中的深度为100～150mm，每根短钢筋突出砖砌体烟囱表面的长度为20mm。

优选的，上述钢板带的强度为270MPa以上，钢板带的厚度为5mm，钢板带的宽度为100mm。

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

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；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。

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，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砖砌体烟囱的施工方法，具体施工过程如下：

步骤一，砌筑砖砌体烟囱，且在砖砌体烟囱的竖向灰缝中埋入短钢筋；

步骤二，沿砖砌体烟囱的周向每隔400～800mm安装轴向钢板带；

步骤三，在砖砌体烟囱的高度方向上每隔200～400mm、在竖向钢板带的外侧安装一道钢带，钢带绕砖砌体烟囱周向闭合形成钢带箍，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，在砖砌体烟囱表面均匀涂抹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砌体烟囱、所有短钢筋、所有轴向钢板带和所有钢带箍包覆。

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

与现有技术相比，本发明具有如下的特点：

（1）本发明中的高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱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。可有效避免砖砌体烟囱局部压碎，显著提高砖砌体烟囱的整体性与抗震性能。

（2）本发明采用低强度的预应力钢带，同时结合高延性纤维混凝土的包覆作用能充分发挥预应力钢带的作用。

（3）本发明中的高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱具有良好的耐久性，可延长结构的使用寿命，大幅度提高砖砌体烟囱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是实施例1中对高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图中各代码表示：1-砖砌体烟囱、2-钢板带、3-钢带箍、4-高延性纤维混凝土面层、5-短钢筋、6-打包扣。

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：

如图1和图2所示，本实施例中，砖砌体烟囱高52m，根部外径5160mm，内径2240mm。该实施例的高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱的结构为：包括砖砌体烟囱1，所述砖砌体烟囱1的竖向灰缝中埋有若干根短钢筋5；沿所述砖砌体烟囱1的周向安装有若干根轴向钢板带2；沿所述砖砌体烟囱1的高度方向，在所述砖砌体烟囱1上安装有若干根沿所述砖砌体烟囱1周向闭合的钢带箍3；所述砖砌体烟囱1表面涂抹有高延性纤维混凝土面层4，该高延性纤维混凝土面层4将所述砖砌体烟囱1、所有短钢筋5、所有钢板带2和所有钢带箍3包覆。

该实施例的高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱的施工过程如下：

首先砌筑砖砌体烟囱，并在砖砌体烟囱的竖向灰缝中埋入短钢筋5；砌筑完烟囱结构后，使用高延性纤维混凝土在砖砌体烟囱的四周沿周向每隔450mm用高延性纤维混凝土粘贴竖向钢板带2作为竖向加劲板；然后利用气动打包机在竖向钢板带外侧绑扎安装轴向间距为250mm的钢带箍3，用打包扣6封口并固定钢带箍3；在绑扎钢带箍3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％；最后，在砖砌体烟囱1表面均匀涂抹20mm厚的高延性纤维混凝土面层4。

为增强高延性纤维混凝土面层4与砖砌体烟囱的整体性，在砖砌体烟囱1表面的竖向灰缝中埋入短钢筋5作为抗剪连接件，本实施例短钢筋5采用HRB400级钢筋，直径为12mm，长度为120mm，突出砖墙表面20mm，短钢筋5的间距为300mm。

本实施例中采用的钢板带的强度为270MPa以上，钢板带的厚度为5mm，钢板带的宽度为100mm。

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，本发明考虑到砖砌体烟囱的强度和变形能力较低，为充分发挥钢带在作用，宜选用270Mpa以上较低强度的钢带。钢带箍3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，其强度为280MPa以上，厚度为0.5～1.0mm，宽度为16～30mm，本实施例钢带厚1mm，宽25mm。

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纤维的长度为8mm、直径为26μm、抗拉强度为1200MPa、弹性模量为30GPa，纤维为上海罗洋科技有限公司生产的PA600纤维；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％。

该高延性纤维混凝土的制备方法为：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该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，其涂抹在砖砌体烟囱的表面能够显著增强砖砌体烟囱的抗压承载力、变形能力，不易发生脆性破坏，减少或避免砖砌体烟囱的震后修复工作。

本发明的高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱表面施加有预应力的钢带套箍并涂抹有高延性纤维混凝土面层，两者对砖砌体烟囱产生较大的横向主动约束力，提高砖砌体烟囱的抗剪强度和砖砌体烟囱的整体性，可有效抑制砖砌体烟囱的开裂，极大地改善砖砌体烟囱自身的变形能力，有效减轻地震作用下砖砌体烟囱的破坏程度。

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，可做为钢板带和钢带箍的保护层，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，减少甚至免去砖砌体烟囱强震后修复的工作。

本发明的高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱可用于热电厂、金属冶炼厂等砖砌体烟囱结构中。

Claims (5)

1.一种高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱，包括砖砌体烟囱，其特征在于，所述砖砌体烟囱的竖向灰缝中埋有若干根短钢筋；沿所述砖砌体烟囱的周向安装有若干根轴向钢板带；沿所述砖砌体烟囱的高度方向安装有若干根沿所述砖砌体烟囱周向闭合的钢带箍；所述砖砌体烟囱表面涂抹有高延性纤维混凝土面层，该高延性纤维混凝土面层将所述砖砌体烟囱、所有短钢筋、所有钢板带和所有钢带箍包覆；

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，每根短钢筋埋入砖砌体烟囱竖向灰缝中的深度为100～150mm，每根短钢筋突出砖砌体烟囱表面的长度为20mm；

所述钢板带的强度为270MPa以上，钢板带的厚度为5mm，钢板带的宽度为100mm；

所述钢带箍的钢带厚度为0.5～1.5mm、宽度为16～30mm；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面层的厚度为10～30mm；

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所述的高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱，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所述的高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱，其特征在于，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所述粉煤灰、硅灰和水泥总质量的0.8％。

4.如权利要求3所述的高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱，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1‐4中任一权利要求所述的高延性纤维混凝土组合砖砌体烟囱的施工方法，其特征在于，方法的具体步骤如下：

步骤一，砌筑砖砌体烟囱，且在砖砌体烟囱的竖向灰缝中埋入短钢筋；

步骤二，沿砖砌体烟囱的周向每隔400～800mm安装轴向钢板带；

步骤三，在砖砌体烟囱的高度方向上每隔200～400mm、在竖向钢板带的外侧安装一道钢带，该钢带绕砖砌体烟囱周向闭合形成钢带箍，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，在砖砌体烟囱表面均匀涂抹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砌体烟囱、所有短钢筋、所有轴向钢板带和所有钢带箍包覆。