CN103216041B - 一种用于结构加固的平面网格筋、模具及制作方法 - Google Patents

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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

-种用于结构加固的平面网格筋、模具及制作方法
技术领域
[0001] 本发明属于±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
[0002] 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、大巧、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。
[0003] 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:
[0004] 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W作保 护层,和粘贴纤维布相比不需要额外的销具等与原结构相连,省时省力,经济效益好。
[0005] 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。
[0006] 从材料本身分析,粘帖纤维布、植FRP (英文全称;Fiber Rein化reed 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。
[0007] 由于±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± 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±木工程领域更加广泛和科学的应用。
[0008] 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。
[0009] 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
[0010] 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。
[0011] 技术方案;为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
[0012] 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。
[0013] 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%。
[0014] 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。
[0015] 进一步,所述的网格筋的上表面和下表面分别设有纹路。
[0016] 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愣,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愣相配合。
[0017] 进一步,所述的凹槽的底面和凸愣的表面分别设有凹陷的纹路。
[001引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W下步骤:
[0019] 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砂,然后采用对親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12CTC〜18(TC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% ;
[0020] 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;
[0021] 第H步;对纤维复合材料施加压力;首先将阳模具的凸愣对准阴模具的凹槽,进 行合模,然后对阳模具施加压力P,从而使阳模具的凸愣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。
[0022] 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。
[0023] 有益效果:与现有技术相比,本发明的技术方案具有W下有益效果:
[0024] 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愣的阳模具,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。
[00巧]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愣形状,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。
[0026] 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、芳绝纤 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W提高网格筋整 体的拉伸强度和弹性模量。通过试验可W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
[0027] 图1是本发明的平面网格筋俯视图。
[002引图2是本发明的平面网格筋立体图。
[0029] 图3是本发明的纵向复合筋第一种结构的截面图。
[0030] 图4是本发明的纵向复合筋第二种结构的截面图。
[0031] 图5是本发明的纵向复合筋第H种结构的截面图。
[0032] 图6是本发明的阳模具的剖视图。
[0033] 图7是本发明的阴模具的剖视图。
[0034] 图中有:纵向复合筋1、横向复合筋2、钢芯3、阳模具4、凸愣401、阴模具5、凹槽 501、纹路6。
具体实施方式
[0035] 下面结合附图,对本发明的技术方案进行详细的说明。
[0036] 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。
[0037] 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。该样有利于保证产品的力学性能稳定。
[0038] 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W提高网格筋整体的拉伸强度和弹性模量。
[0039] 所述的纤维是玄武岩纤维、碳纤维、芳绝纤维、玻璃纤维中的任意一种或组合。例 女口,纤维可W是玄武岩纤维,也可W是玄武岩纤维和碳纤维的混合物等等。树脂是己帰基树 月旨、环氧树脂、不饱和树脂中的任意一种或组合。例如,树脂可W是己帰基树脂,也可W是环 氧树脂和不饱和树脂混合物。
[0040] 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W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 ±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。
[00川进一步,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W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W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。
[0042] 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±或其他材质的界面结合力。
[004引如图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愣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与第一平台的凸愣401 相配合。
[0044] 进一步,所述的凹槽501的底面和凸愣401的表面分别设有凹陷的纹路6。该样, 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。
[0045] 利用上述模具制作本发明的平面网格筋的制作方法,包括W下步骤:
[0046] 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砂,然后采用对親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12CTC〜18(TC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W节省材料,再次利用。
[0047] 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。
[0048] 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W改变复合材料的横截面 积。
[0049] 第H步;对纤维复合材料施加压力;首先将阳模具的凸愣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,从而使阳模具的凸愣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。
[0050] 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上就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上就出相应的网格凸愣401。凸愣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±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,在阳模具凸愣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。
[0051] 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。该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。该有利于增加网格筋在使用过程中与混 凝±或其他材质的界面结合力。
[0052] 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H大种类,制备方法是使用模具采用模压工艺进行制备。
[0053] 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。
[0054] 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±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。
[0055] 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。
[0056] 下面例举实施例。
[0057] 实施例1
[0058] 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 择己帰基树脂。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H步中,在阴模具的凹槽501中布设SOOTex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。
[0059] 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;
[0060] 实施例2
[0061] 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 月旨。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H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lOOOKg,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。 [00的]实施例3
[0063] 采用本发明的制作方法,制作平面网格筋。纤维选择芳绝纤维,钢芯选用直径为 1mm的不镑钢钢丝,树脂选择不饱和树脂。将芳绝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H步中,在阴模具的凹槽 501中布设4800Tex的浸满树脂的纤维,凹槽中也位置布设钢丝,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。
[0064] 实施例4
[0065] 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的不镑钢钢丝,树脂选择己帰基树脂。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S步中,在阴模具的凹槽501 中布设4800Tex的浸满树脂的纤维,凹槽中也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。
[006引对比例
[0067] 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。
[0068] 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。
[0069] 表1平面网格筋的拉伸强度和弹性模量
[0070]
Figure CN103216041BD00081
[0071] 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。
Figure CN103216041BD00082

Claims (8)

1. 一种用于混凝土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; 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% ; 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。
2. 按照权利要求1所述的用于混凝土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。
3. 按照权利要求1所述的用于混凝土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。
4. 按照权利要求1所述的用于混凝土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)。
5. -种制作权利要求1所述的用于混凝土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。
6. 按照权利要求5所述的制作用于混凝土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。
7. -种权利要求1所述的用于混凝土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°C〜180°C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。
8. 按照权利要求7所述的用于混凝土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。
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