CN103216041A - 一种用于结构加固的平面网格筋、模具及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于结构加固的平面网格筋，包括纵向复合筋和横向复合筋，纵向复合筋和横向复合筋在同一平面上固定连接，形成平面网格，纵向复合筋的横截面和横向复合筋的横截面均呈矩形。本发明还公开了制作平面网格筋的模具，包括阳模具和阴模具，阳模具为第一平台，该第一平台的下部设有纵横交错的凸楞，阴模具为第二平台，该第二平台的上部设有纵横交错的凹槽，第二平台的凹槽与第一平台的凸楞相配合。本发明还公开了平面网格筋的制作方法，第一步：制作纤维复合材料；第二步：布设纤维复合材料；第三步：对纤维复合材料施加压力，制成平面网格筋。该平面网格筋具有规则的截面，且拉伸强度和弹性模量高。

Description

一种用于结构加固的平面网格筋、模具及制作方法

技术领域

本发明属于土木、建筑、交通领域结构加固用新材料领域，具体来说，涉及一种用于结构加固的平面网格筋、模具及制作方法。

背景技术

由于地震、战争、材料老化、荷载增加、结构部分损坏等原因，房屋、桥梁、大坝、隧道等建筑物的主要结构构件的承载能力和耐久性不断损失，甚至影响其使用的安全性，使建筑物达不到预期的使用寿命，必须采取有效的加固措施，对其进行加固补强。

粘帖纤维布和使用网格筋进行加固，是新兴的纤维增强加固技术，二者相比较有如下特点：

粘帖纤维布加固方法属于“后加固”手段，构件成型后出现了问题才能应用，且影响美观。而网格筋加固可用于新建或在建结构的加固，可做成结构层或结构加强层，也可用作原有结构的加固补强。粘帖纤维布加固等方法往往加固时需现场粘贴多层布，材料本身面临沾胶不均匀等无法避免的问题，加固质量不能保障。而网格筋加固方法与粘帖纤维布、片材加固不同，不需要靠结构胶等与构件联接，而是直接经过简单绑扎后喷上砂浆以作保护层，和粘贴纤维布相比不需要额外的锚具等与原结构相连，省时省力，经济效益好。

网格筋加固方法适用于某些特殊的加固要求，如水下加固等（普通结构胶均不能适用于有水环境），且相对于粘贴纤维布加固只能用很薄的树脂充当保护材料的情况，网格筋加固适用砂浆等材料作为保护层，加固后受环境因素影响小，抗扰动能力强，加固效果可保证。

从材料本身分析，粘帖纤维布、植FRP（英文全称：Fiber Reinforced Polymer，中文全称：纤维增强复合塑料，文中简称FRP）筋等加固方法均只能做到单向受拉加固，而网格筋用于加固体系中时可双向受拉。网格筋材料本身由多层片材复合而成，整体性好，纵横双向受力均匀。

由于土木工程的特殊性，FRP在该领域的应用除存在高强、轻质、耐腐蚀等优点外，还存在共性的缺点，如：弹模低、延性差、抗剪能力差，阻碍了其大范围推广应用。研发新的FRP及相关材料时必须要注意解决纤维及FRP上述共同存在的缺点，研发出能够满足在土木工程中特别是在新建结构中应用的高性能材料，而且同时要具备施工性能好、成本低等特点，推动FRP及相关材料在土木工程领域更加广泛和科学的应用。

相比较而言，网格筋具有较好的应用优势。但目前常用的复合材料网格筋为截面不整齐、节点凸出或节点周围的复合材料筋有间隙等缺点，急需改进。

目前钢筋网格筋为纵横钢筋直接焊接或采用细钢丝进行绑扎而成，节点突出，并且节点处连接不牢靠，容易剥离、断裂。FRP复合筋制备方法基本都是绑扎，也存在节点突出、节点处容易剥离、断裂等缺点。目前亦有无节点FRP网格筋产品出现，但其制备方法为手工制备，存在界面不整齐、节点周围复合材料蒲层有间隙等缺陷，导致产品出现节点处容易开裂、纵横向筋力学性能不稳定等缺陷。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于结构加固的平面网格筋，该网格筋的截面规则，拉伸强度高、弹性模量高；同时，本发明还提供了一种制作该平面网格筋的模具，利用该模具制作的平面网格筋，具有规则的截面，且表面无节点；本发明还提供了该平面网格筋的制作方法，该制作方法简单易操作，生产效率高，且制作出的平面网格筋具有规则的截面，拉伸强度高、弹性模量高。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于结构加固的平面网格筋，该网格筋包括相互平行布置的纵向复合筋和相互平行布置的横向复合筋，纵向复合筋和横向复合筋在同一平面上固定连接，形成平面网格，所述的纵向复合筋的横截面和横向复合筋的横截面均呈矩形。

进一步，所述的网格筋为纤维复合材料层，该纤维复合材料层由纤维和树脂混合组成，且纤维的质量含量为70%—83%，树脂的质量含量为17%—30%。

进一步，所述的网格筋还包括钢芯，纤维复合材料层包裹在钢芯的外侧，纤维复合材料层和钢芯的体积比为5—1∶1。

进一步，所述的网格筋的上表面和下表面分别设有纹路。

一种制作所述的用于结构加固的平面网格筋的模具，该模具包括阳模具和阴模具，阳模具为第一平台，该第一平台的下部设有纵横交错的凸楞，阴模具为第二平台，该第二平台的上部设有纵横交错的凹槽，第二平台的凹槽与第一平台的凸楞相配合。

进一步，所述的凹槽的底面和凸楞的表面分别设有凹陷的纹路。

一种所述的用于结构加固的平面网格筋的制作方法，该制作方法包括以下步骤：

第一步：制作纤维复合材料：按照树脂浴方法，将纤维浸没在树脂槽内的热固性树脂中，浸没时间大于等于5秒，然后采用对辊对浸没树脂的纤维挤压，挤出多余的树脂，并使挤出的树脂自然回流到树脂槽中；将浸满树脂的纤维经120℃~180℃高温固化后，形成纤维复合材料，其中，纤维复合材料中纤维的质量含量为70%—83%，树脂的质量含量为17%—30%；

第二步：布设纤维复合材料：将第一步制备的纤维复合材料布设在阴模具的凹槽中，纤维复合材料沿着阴模具的凹槽纵横交错布设；

第三步：对纤维复合材料施加压力：首先将阳模具的凸楞对准阴模具的凹槽，进行合模，然后对阳模具施加压力p，从而使阳模具的凸楞对位于阴模具凹槽内的纤维复合材料施加压力，制成相应的平面网格筋。

进一步，所述的第二步中，在阴模具的凹槽中布设纤维复合材料时，将钢芯布设在纤维复合材料中。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1．表面无节点，不容易开裂、剥离。现有技术采用捆扎或者焊接工艺，制备平面网格筋。制成的网格筋在纵向复合筋和横向复合筋结合处会有凸出的节点，容易开裂、剥离。而本发明的平面网格筋利用设有凹槽的阴模具和设有凸楞的阳模具，采用模压成型工艺制备而成。制成平面网格筋的表面没有任何节点。在使用过程中，本发明的平面网格筋不容易开裂、剥离。

2. 横截面均匀，力学性能稳定。本发明的制备方法采用模压成型工艺。通过设置阴模具的凹槽形状和阳模具的凸楞形状，保证模压成型的平面网格筋的横截面均匀，不出现不规则的截面，保证平面网格筋力学性能的稳定性。

3. 纤维含量高，具有高的拉伸强度和弹性模量。本发明的平面网格筋中的纤维的质量含量可为70%—83%，树脂的质量含量为17%—30%。纤维是玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维中的任意一种或组合。通过设置合理的纤维和树脂的质量，可以提高网格筋整体的拉伸强度和弹性模量。通过试验可以论证，本发明的平面网格筋比现有的网格筋的拉伸强度和弹性模量均要高出30%。

附图说明

图1是本发明的平面网格筋俯视图。

图2是本发明的平面网格筋立体图。

图3是本发明的纵向复合筋第一种结构的截面图。

图4是本发明的纵向复合筋第二种结构的截面图。

图5是本发明的纵向复合筋第三种结构的截面图。

图6是本发明的阳模具的剖视图。

图7是本发明的阴模具的剖视图。

图中有：纵向复合筋1、横向复合筋2、钢芯3、阳模具4、凸楞401、阴模具5、凹槽501、纹路6。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图1和图2所示，本发明的一种用于结构加固的平面网格筋，包括相互平行布置的纵向复合筋1和相互平行布置的横向复合筋2，纵向复合筋1和横向复合筋2在同一平面上固定连接，形成平面网格。纵向复合筋1的横截面和横向复合筋2的横截面均呈矩形。

   本发明的平面网格筋中，纵向复合筋1的横截面和横向复合筋2的横截面均呈矩形。平面网格筋具有规则的截面形状。这样有利于保证产品的力学性能稳定。

进一步，所述的网格筋为纤维复合材料层，该纤维复合材料层由纤维和树脂混合组成，且纤维的质量含量为70%—83%，树脂的质量含量为17%—30%。纤维的质量含量为70%—83%，可以提高网格筋整体的拉伸强度和弹性模量。

所述的纤维是玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维中的任意一种或组合。例如，纤维可以是玄武岩纤维，也可以是玄武岩纤维和碳纤维的混合物等等。树脂是乙烯基树脂、环氧树脂、不饱和树脂中的任意一种或组合。例如，树脂可以是乙烯基树脂，也可以是环氧树脂和不饱和树脂混合物。

进一步：所述的网格筋还包括钢芯3，纤维复合材料层包裹在钢芯3的外侧，纤维复合材料层和钢芯3的体积比为5—1∶1。设置钢芯3，可以增强网格筋的弹性模量和二次刚度。包含钢芯3的网格筋具有强度高、模量高、延性好、耐久性（耐疲劳性能、耐蠕变性能、耐腐蚀性能等）好、成本低、施工性能好等优异的综合性能。包含钢芯3的网格筋可用于土木工程及相关领域结构的加固和修复，也可直接用于结构材料，如桥面板、梁、柱、隧道内层板等。

进一步，所述的钢芯3为直径在0.2—2mm之间的钢丝，钢芯3为一根，且布设在纤维复合材料层中部。如图3所示，钢芯3为一根，布置在纵向复合筋1和横向复合筋2的中部。钢芯3的数量大于两根，且呈环形布设在纤维复合材料层中。如图4所示，钢芯3为八根，呈环形布置在纵向复合筋1和横向复合筋2上。钢芯3的布置方式有多种，可以根据工程实际需要来确定。除了前述两种方式，如图5所示，还可以是在纤维复合材料层中间布置一根钢芯3，在该钢芯3的周边再布设一圈钢芯3。

进一步，所述的网格筋的上表面和下表面分别设有纹路6。在网格筋表面设置纹路6，有利于增加网格筋在使用过程中与混凝土或其他材质的界面结合力。

如图6和图7所示，制作上述的用于结构加固的平面网格筋的模具，包括阳模具4和阴模具5，阳模具4为第一平台，该第一平台的下部设有纵横交错的凸楞401，阴模具5为第二平台，该第二平台的上部设有纵横交错的凹槽501，该凹槽501与第一平台的凸楞401相配合。

进一步，所述的凹槽501的底面和凸楞401的表面分别设有凹陷的纹路6。这样，利用该模具制作的平面网格筋的表面就相应的设有纹路6。

利用上述模具制作本发明的平面网格筋的制作方法，包括以下步骤：

第一步：制作纤维复合材料：按照树脂浴方法，将纤维浸没在树脂槽内的热固性树脂中，浸没时间大于等于5秒，然后采用对辊对浸没树脂的纤维挤压，挤出多余的树脂，并使挤出的树脂回流到树脂槽中；将浸满树脂的纤维经120℃~180℃高温固化后，形成纤维复合材料，其中，纤维复合材料中纤维的质量含量为70%—83%，树脂的质量含量为17%—30%。将挤出的树脂自然回流到树脂槽中，可以节省材料，再次利用。

第二步：布设纤维复合材料：将第一步制备的纤维复合材料布设在阴模具的凹槽501中，纤维复合材料沿着阴模具的凹槽501纵横交错布设。

在第二步中，在阴模具的凹槽501中布设纤维复合材料时，将钢芯3布设在纤维复合材料中。在第二步中，通过增加或减少所布设纤维复合材料，可以改变复合材料的横截面积。

第三步：对纤维复合材料施加压力：首先将阳模具的凸楞401对准阴模具的凹槽501，进行合模，然后对阳模具4施加压力p，从而使阳模具的凸楞401对位于阴模具凹槽501内的纤维复合材料施加压力，制成相应的平面网格筋。

本发明的制作方法主要是通过模压成型工艺制备平面网格筋。通过调整所布置纤维的含量和模压的压力来生产不同厚度的纤维复合材料平面网格筋。为了能够使纤维增强复合材料制成的平面网格筋的纵向复合筋1和横向复合筋2的截面整齐、均一，发明了本模具结构。在阴模具5上铣出相应的纵横交错的网格凹槽501。凹槽501的宽度和深度根据工程需要而定。在阳模具4上铣出相应的网格凸楞401。凸楞401的宽度和高度根据阴模具5的尺寸而定。为了使所制备的平面网格筋在应用过程中增加同混凝土或其他材质的摩擦力，在阴模具的凹槽501下表面再刻上凹陷的微小细纹，在阳模具凸楞401的表面刻上凹陷的微小细纹。利用该模具，经模压成型工艺制备得到纤维增强复合材料网格筋。通过纵横交错方式布置含有树脂的纤维，通过调整所布置纤维的含量和模压的压力来生产不同厚度的纤维复合材料平面网格筋。平面网格筋的纵向复合筋1和横向复合筋2的间距、厚度均可根据工程要求进行调节。

采用本发明的模具和制作方法制备的纤维增强复合材料网格筋，其纵向复合筋1和横向复合筋的2截面积整齐、均一、稳定，没有出现不规则的情形。纵向复合筋1和横向复合筋2的交叉节点亦整齐、均一，无突出节点。这有利于提高网格筋的拉伸强度和弹性模量。网格筋的上表面和下表面有细网格状纹路6。这有利于增加网格筋在使用过程中与混凝土或其他材质的界面结合力。

本发明的平面网格筋为单一种类纤维复合网格筋、不同种类纤维混杂复合网格筋、或者钢芯纤维网格筋三大种类，制备方法是使用模具采用模压工艺进行制备。

纤维复合材料网格筋的特点是纵向复合筋1和横向复合筋2的截面积整齐均一，纵向复合筋1和横向复合筋2交叉处无凸出节点，且纵向复合筋1和横向复合筋2的宽度固定，厚度为1mm~10mm。另外，纵向复合筋1和横向复合筋2的宽度和厚度也可根据设计要求而变化。

本发明的制备方法的特点是采用模压成型，且在阴模具5和阳模具4的表面刻有菱形细网格图案，从而在平面网格筋的上下表面形成相应图案，在使用过程可增强平面网格筋与混凝土或其他材质的结合力，且该工艺生产效率高，产品质量高且稳定，外表整齐、美观。 

本发明制备的平面网格筋具有纤维含量高、拉伸强度高、弹性模量高等性能特征，适合桥梁、隧道、房屋等建筑的加固。

下面例举实施例。

实施例1

采用本发明的制作方法，制作平面网格筋。纤维选择高性能玻璃纤维纤维，树脂选择乙烯基树脂。将高性能玻璃纤维浸于热固性树脂，沿模具进行纵向、横向交织排布，模压、加热成型。在第一步中，纤维的质量含量为80%，树脂的质量含量为20%。在第二步中，相邻凹槽501的间距为50mm。在第三步中，在阴模具的凹槽501中布设800Tex的浸满树脂的纤维，施加的压力为200Kg，并加热固化成型，最终制成间隔为50mm，厚度为1mm的平面网格筋。

按产品设计的厚度要求不同，在阴模具凹槽501中布设不同数量的浸满树脂的纤维，按实施例1的方法即可制备不同厚度的平面网格筋。如布设2400Tex的浸满树脂的纤维，可制备厚度为3mm的平面网格筋；如布设4800Tex的浸满树脂的纤维，可制备厚度为5mm的平面网格筋；

实施例2

采用本发明的制作方法，制作平面网格筋。纤维选择玄武岩纤维，树脂选择环氧树脂。将玄武岩纤维浸于热固性树脂，沿阴模具5进行纵向、横向交织排布，模压、加热成型。在第一步中，纤维的质量含量为80%，树脂的质量含量为20%。在第二步中，相邻凹槽501的间距为100mm。在第三步中，在阴模具的凹槽501中布设4800Tex的浸满树脂的纤维，施加的压力为1000Kg，并加热固化成型，最终制成间隔为100mm，厚度为10mm的平面网格筋。

实施例3

采用本发明的制作方法，制作平面网格筋。纤维选择芳纶纤维，钢芯选用直径为1mm的不锈钢钢丝，树脂选择不饱和树脂。将芳纶纤维和钢丝浸于热固性树脂，沿阴模具501进行纵向、横向交织排布，模压、加热成型。在第一步中，纤维的质量含量为70%，树脂的质量含量为30%。在第二步中，相邻凹槽501的间距为50mm。在第三步中，在阴模具的凹槽501中布设4800Tex的浸满树脂的纤维，凹槽中心位置布设钢丝，施加的压力为200Kg，并加热固化成型，最终制成间隔为50mm，厚度为5mm的钢芯平面网格筋。

实施例4

采用本发明的制作方法，制作平面网格筋。纤维选择碳纤维，钢芯选用直径为0.2mm的不锈钢钢丝，树脂选择乙烯基树脂。将碳纤维和钢丝，浸于热固性树脂，沿阴模具5进行纵向、横向交织排布，模压、加热成型。在第一步中，纤维的质量含量为83%，树脂的质量含量为17%。在第二步中，相邻凹槽501的间距为50mm。在第三步中，在阴模具的凹槽501中布设4800Tex的浸满树脂的纤维，凹槽中心位置呈环形布设钢丝，施加的压力为200Kg，并加热固化成型，最终制成间隔为50mm，厚度为5mm的钢芯平面网格筋。

对比例

采用背景技术中介绍的工艺制造平面网格筋，制成该网格筋的纤维为碳纤维， 树脂为环氧树脂，纤维的质量含量为70%，树脂的质量含量为30%，且制成的间隔为50mm，厚度为5mm的网格筋，该网格筋的截面不规则。

按国标GB/T 228-2002对上述四个实施例和一个对比例进行拉伸强度测试，并计算其弹性模量，结果如表1所示。

表1  平面网格筋的拉伸强度和弹性模量

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例
						拉伸强度（MPa）	918	959	1070	1100	850
弹性模量（GPa）	58	62	73	76	50

由表1可知：实施例1-实施例4制备的平面网格筋的拉伸强度和弹性模量性能，均远远优于对比例制备的平面网格筋。

Claims (10)

1.一种用于结构加固的平面网格筋，其特征在于：该网格筋包括相互平行布置的纵向复合筋（1）和相互平行布置的横向复合筋（2），纵向复合筋（1）和横向复合筋（2）在同一平面上固定连接，形成平面网格，所述的纵向复合筋（1）的横截面和横向复合筋（2）的横截面均呈矩形。

2.按照权利要求1所述的用于结构加固的平面网格筋，其特征在于：所述的网格筋为纤维复合材料层，该纤维复合材料层由纤维和树脂混合组成，且纤维的质量含量为70%—83%，树脂的质量含量为17%—30%。

3. 按照权利要求2所述的用于结构加固的平面网格筋，其特征在于：所述的纤维是玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维中的任意一种或组合；树脂是乙烯基树脂、环氧树脂、不饱和树脂中的任意一种或组合。

4.按照权利要求2或3所述的用于结构加固的平面网格筋，其特征在于：所述的网格筋还包括钢芯（3），纤维复合材料层包裹在钢芯（3）的外侧，纤维复合材料层和钢芯（3）的体积比为5—1∶1。

5.按照权利要求4所述的用于结构加固的平面网格筋，其特征在于：所述的钢芯（3）为直径在0.2—2mm之间的钢丝，钢芯（3）为一根，且布设在纤维复合材料层中部；或者钢芯（3）的数量大于两根，且呈环形布设在纤维复合材料层中。

6.按照权利要求1所述的用于结构加固的平面网格筋，其特征在于：所述的网格筋的上表面和下表面分别设有纹路（6）。

7.一种制作权利要求1所述的用于结构加固的平面网格筋的模具，其特征在于，该模具包括阳模具（4）和阴模具（5），阳模具（4）为第一平台，该第一平台的下部设有纵横交错的凸楞（401），阴模具（5）为第二平台，该第二平台的上部设有纵横交错的凹槽（501），第二平台的凹槽（501）与第一平台的凸楞（401）相配合。

8.按照权利要求7所述的制作用于结构加固的平面网格筋的模具，其特征在于，所述的凹槽（501）的底面和凸楞（401）的表面分别设有凹陷的纹路。

9.一种权利要求1所述的用于结构加固的平面网格筋的制作方法，其特征在于，该制作方法包括以下步骤：

第一步：制作纤维复合材料：按照树脂浴方法，将纤维浸没在树脂槽内的热固性树脂中，浸没时间大于等于5秒，然后采用对辊对浸没树脂的纤维挤压，挤出多余的树脂，并使挤出的树脂自然回流到树脂槽中；将浸满树脂的纤维经120℃~180℃高温固化后，形成纤维复合材料，其中，纤维复合材料中纤维的质量含量为70%—83%，树脂的质量含量为17%—30%；

第二步：布设纤维复合材料：将第一步制备的纤维复合材料布设在阴模具（5）的凹槽（501）中，纤维复合材料沿着阴模具（5）的凹槽（501）纵横交错布设；

第三步：对纤维复合材料施加压力：首先将阳模具（4）的凸楞（401）对准阴模具（5）的凹槽（501），进行合模，然后对阳模具（4）施加压力p，从而使阳模具（4）的凸楞（401）对位于阴模具凹槽（501）内的纤维复合材料施加压力，制成相应的平面网格筋。

10.按照权利要求9所述的用于结构加固的平面网格筋的制作方法，其特征在于，所述的第二步中，在阴模具的凹槽（501）中布设纤维复合材料时，将钢芯（3）布设在纤维复合材料中。

Images