CN103132654A - Frp筋材端头螺母及其制造方法和应用 - Google Patents

Frp筋材端头螺母及其制造方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种FRP筋材端头螺母及其制造方法和应用,涉及一种FRP筋材的配件。FRP筋材端头螺母(1)的结构是:FRP筋材端头螺母(1)的内壁是一种和FRP螺纹筋(2)外径适配的结构;FRP筋材端头螺母(1)的横截面外沿为圆形或多边形,外形为圆柱体、圆台体、棱柱体或棱台体。本FRP筋材端头螺母可用于FRP螺纹筋的端部,起到钢筋弯头的作用;可应用于预应力FRP螺纹筋,增加混凝土对FRP螺纹筋的握裹力;使用FRP筋材端头螺母时操作简便;本FRP筋材端头螺母(1)的制造,采用机械化、半自动压模成型方法,提高了生产效率,减轻劳动强度,减少了原材料的损耗和作业场地,具有节能、减排效果。

Description

FRP筋材端头螺母及其制造方法和应用
技术领域
本发明涉及一种FRP筋材的配件,尤其涉及一种FRP筋材端头螺母及其制造方法和应用。具体地说,将FRP筋材端头螺母安装在FRP螺纹筋的端部,发挥如通常钢筋端部弯头的功能。 
背景技术
目前,钢筋混凝土技术已经广泛应用于土木工程、军工建筑、以及某些特殊工程,其技术已经很成熟。然而,传统的钢筋混凝土配筋、或预应力钢绞线均依赖于钢铁。自从蒸汽机发明以来,钢铁资源已经被开采了三百多年,资源有限,而开采成本随着资源的不断耗竭而大幅度增大,因此需要寻找有效的替代资源。以玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维或其他高强度纤维为主要材料,以树脂为辅助材料制成的一种新型材料——纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer, 简称FRP)及纤维筋材(简称FRP筋材)成了具有广阔发展前景的替代产品。 
FRP筋材的强度是钢材的1.5~2.5倍,密度是钢材的1/5~1/4,具有不锈蚀和耐久性好等优点,是一种高强、轻型和优质的新型建筑复合材料。 
美国OCF公司凭借其在玻璃纤维领域的优势,研发了轻型的玻璃纤维复合筋等新型建筑复合材料;21世纪初,日本的专家又研究出用基于碳纤维增强树脂的高强碳纤维复合筋代替钢筋等新材料,并应用于实际工程,发挥了复合筋重量轻、强度高和耐腐蚀性强诸优点。 
近几年来,碳纤维复合筋在我国也有小规模的生产和应用试验,并且经过国家建材局产品质检中心和中冶研究院等对复合筋的安全使用性能进行了试验和研究。我们经过多年的理论研究与实验探索,在湖北省秭归县松树坳大桥的零号桥台和一号桥墩之间,建造了国内第一跨完全由FRP筋材、FRP预应力筋材以及FRP锚具组成的混凝土简支梁。该桥梁属于湖北省科技厅立项的研究项目“完全非金属材料配筋混凝土桥梁关键技术研究”的依托工程,具有一定的示范作用和开拓意义。 
由于FRP材料与钢铁材料物理性质有一些差异,因此需要开发特殊的技术和工艺,扬长避短,充分发挥新材料在节能、减少污染和开发新资源方面的作用。本项发明针对FRP筋材不便象钢筋一样随意弯曲成型的特点,开发一种预应力螺母,可以方便地安装于筋材的端部,安全地提高筋材与混凝土的握裹力、有效地取代传统钢筋端部的弯头。 
经检索,未见用螺母安装于FRP筋材端部的报道,亦未见关于制作FRP筋材端部弯头的专利技术。 
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足,提供一种FRP筋材端头螺母及其制造方法和应用。 
本发明的目的是这样实现的: 
一、FRP筋材端头螺母
    FRP筋材端头螺母的内壁是一种和FRP螺纹筋外径适配的结构;
FRP筋材端头螺母的横截面外沿为圆形或多边形,外形为圆柱体、圆台体、棱柱体或棱台体。
    二、FRP筋材端头螺母的制造方法 
FRP筋材端头螺母的制造方法包括下列步骤:
①将短切纤维杂乱地混合于树脂胶液中,得胶料;
其重量百分比:纤维40~60%,树脂胶液60~40%;
②采用一层胶料、一层纤维布的工艺,在缠绕机械上缠绕,纤维布的
层数为4~7层,得到基材毛胚;
按重量百分比:纤维布50~60%,胶料:50~40%;
③将基材毛胚放入模具中加温加压成型,并使用机械退模方法取出成品。
各材料的功能:                                                                          
短切纤维的功能在于增强构件的抗剪切强度和剪切模量,杂乱的短切纤维的功能是加强材料的伪各向同性,提高构件的力学性能;
树脂胶液起固化和成型作用;
缠扰的纤维布用于增加环向和轴向抗拉强度和弹性模量。
二、本发明具有下列优点和积极效果: 
1、本FRP筋材端头螺母可用于FRP螺纹筋的端部,起到钢筋弯头的作用;
2、本FRP筋材端头螺母可应用于预应力FRP螺纹筋,增加混凝土对FRP螺纹
筋的握裹力,
3、使用本FRP筋材端头螺母时操作简便;
4、本FRP筋材端头螺母的制造,采用机械化、半自动压模成型方法,提高了生产效率,减轻劳动强度,减少了原材料的损耗和作业场地,具有节能、减排效果。
附图说明
图1是本螺母穿过单根FRP螺纹筋时的示意图(纵向剖面); 
图2是本螺母应用于预应力FRP螺纹筋的示意图(纵向剖面);
图3是本螺母应用于普通FRP螺纹筋的示意图(纵向剖面)。
图中: 
1—FRP筋材端头螺母(简称螺母);
2—FRP螺纹筋。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明: 
一、FRP筋材端头螺母1的结构
    如图1,FRP筋材端头螺母1的内壁是一种和FRP螺纹筋2外径适配的结构;
FRP筋材端头螺母1的横截面外沿为圆形或多边形,外形为圆柱体、圆台体、棱柱体或棱台体。
FRP筋材端头螺母1的横截面外沿以正六边形为佳。 
二、FRP筋材端头螺母的制造方法 
1、步骤①中
按重量百分比,最佳是:短切纤维50%,树脂胶液50%。
所述的短切纤维是玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维,长度为0.5~10mm,最佳值为7mm; 
所述的树脂胶液是一种常用的化工产品。
具体地说,树脂胶液是树脂与固化剂、促进剂(也可以不用)、引发剂(也可以不用)的混合物。该混合物混合后在一定时间内凝固。这里所说的树脂,可以是不饱和树脂,如聚酯;也可以是环氧树脂或乙烯基树脂。 
不同的树脂固化温度和固化剂类型均有所不同,可参照该树脂的使用说明。 
2、步骤②中 
按重量百分比,最佳是:胶料为55%,纤维布为45%;
所述的纤维布是一种常用的工程纺织产品。
具体地说,纤维布是由玻璃纤维、玄武岩纤维、或者碳纤维纺织成的双向布;所述的双向布是指经线和纬线均采用同一材质的纤维纺织成的布。 
3、步骤③中 
针对中温树脂胶液,加温到150~170℃;针对高温树脂胶液,加温到220~250℃。 
加压到5~20Mpa。 
三、FRP筋材端头螺母1的应用方法 
1、应用于预应力FRP螺纹筋中
如图2,首先将本螺母1安装于FRP螺纹筋2的端部,因为本螺母与FRP螺纹筋2之间会有一定的间隙,其握裹力有限,为增强握裹力,采取如下措施:
①将螺母1做成两个较短螺母,将其中一个向另一个旋进,压紧后则形成预应力螺母,消除了螺母1与FRP螺纹筋2之间的间隙;
②采用单个端头螺母1,用环氧树脂粘连固定;
③将螺母1做成圆台体,较大的一端面向拉力防向,增加FRP螺纹筋整体的端部握持效果。
2、应用于普通FRP螺纹筋中 
如图3,将螺母1分别安装于普通FRP螺纹筋2的两端即可。
普通钢筋混凝土中的钢筋为了更大限度利用钢筋强度,将钢筋两端进行二次加工做成弯钩状,提高钢筋在混凝土中的拉拔强度。但FRP螺纹筋2属脆性材料,不能像钢筋那样轻易进行二次弯钩。本螺母1以其优良的材料特性与易于安装特点,起到普通钢筋的弯钩作用。 

Claims (7)

1.一种FRP筋材端头螺母,其特征在于:
FRP筋材端头螺母(1)的内壁是一种和FRP螺纹筋(2)外径适配的结构;
FRP筋材端头螺母(1)的横截面外沿为圆形或多边形,外形为圆柱体、圆台体、棱柱体或棱台体。
2.按权利要求1所述的一种FRP筋材端头螺母,其特征在于:
FRP筋材端头螺母(1)的横截面外沿为正六边形。
3.按权利要求1所述的一种FRP筋材端头螺母的制造方法,其特征在于包括下列步骤:
①将短切纤维杂乱地混合于树脂胶液中,得胶料;
其重量百分比:纤维40~60%,树脂胶液60~40%;
②采用一层胶料、一层纤维布的工艺,在缠绕机械上缠绕,纤维布的
层数为4~7层,得到基材毛胚;
按重量百分比:纤维布50~60%,胶料:50~40%;
③将基材毛胚放入模具中加温加压成型,并使用机械退模方法取出成品。
4.按权利要求3所述的一种FRP筋材端头螺母的制造方法,其特征在于步骤①中:
按重量百分比,短切纤维50%,树脂胶液50%。
5.按权利要求3所述的一种FRP筋材端头螺母的制造方法,其特征在于步骤②中:
按重量百分比,胶料为55%,纤维布为45%。
6.按权利要求3所述的一种FRP筋材端头螺母的制造方法,其特征在于步骤③中:
针对中温树脂胶液,加温到150~170℃;针对高温树脂胶液,加温到220~250℃;加压到5~20Mpa。
7.按权利要求1所述的一种FRP筋材端头螺母的应用方法,其特征在于:
1)应用于预应力FRP螺纹筋中
首先将本螺母(1)安装于FRP螺纹筋(2)的端部,采取如下措施:
①将螺母(1)做成两个较短螺母,将其中一个向另一个旋进,压紧后则形成预应力螺母,消除了螺母(1)与FRP螺纹筋(2)之间的间隙;
②采用单个端头螺母(1),用环氧树脂粘连固定;
③将螺母(1)做成圆台体,较大的一端面向拉力方向,增加FRP螺纹筋材构件整体的端部握持效果;
2)应用于普通FRP螺纹筋材
将螺母(1)分别安装于FRP螺纹筋(2)的两端。
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