CN104060765A - 一种钢—连续纤维复合筋及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢—连续纤维复合筋及其制备方法,该纤维复合筋由螺纹钢筋内芯、纤维布以及玄武岩纤维束复合而成,具有合理的构造结构,且作为增强材料使用的纤维布及玄武岩纤维束均采用树脂充分浸渍,能有效的满足于钢筋混凝土结构的设计强度,同时,还能克服现有纤维增强复合材料(FRP)存在材料脆性强、价格高等缺陷,适宜广泛推广使用,本发明制备方法简单,采用玄武岩纤维束的环向缠绕能有效的填补螺纹钢筋内芯凸起肋与纤维布之间存在的空隙,大大减小纵向纤维(纤维布)与螺纹钢筋复合时,纤维布局部弯曲对其强度、刚度的削弱。

Description

一种钢—连续纤维复合筋及其制备方法
技术领域
本发明是一种钢—连续纤维复合筋及其制备方法,具体涉及钢筋混凝土结构中使用的复合筋增强材料及其制备工艺,属于复合材料领域。
背景技术
钢筋混凝土结构(RC结构)是用钢筋和混凝土建造的一种结构,钢筋承受拉力,混凝土承受压力,具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点,也是目前建筑工程中较常见的一种施工形式,多用于各种超高建筑、大跨度结构,如桥梁、隧道等载荷结构。在其结构中,钢筋作为基本的增强材料,其综合性能较强,但却存在容易腐蚀等缺点,基于这一情况,近年来,纤维增强复合材料(FRP)由于其轻质高强的特性逐渐得到广泛应用,例如,专利文献CN1936206A(钢-连续纤维复合筋增强混凝土抗震结构)即公开了使用该纤维增强复合材料(FRP)与混凝土粘结形成的一种抗震结构,但在实际使用时,该纤维增强复合材料(FRP)却还存在材料脆性强、价格高等缺陷,为此,国内外学者提出用不同纤维的混杂或者纤维包裹钢筋得到综合性能优、价格低的新型复合材料加强筋,但目前,对钢—连续纤维复合筋(SFCB)的研究在国内外还处于初级阶段,没有成熟的产品,当然,其生产工艺也没有定型化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢—连续纤维复合筋,该纤维复合筋由螺纹钢筋内芯、纤维布以及玄武岩纤维束复合而成,具有合理的构造结构,且作为增强材料使用的纤维布及玄武岩纤维束均采用树脂充分浸渍,能有效的满足于钢筋混凝土结构的设计强度,同时,还能克服现有纤维增强复合材料(FRP)存在材料脆性强、价格高等缺陷,适宜广泛推广使用。
本发明的另一目的在于提供一种钢—连续纤维复合筋的制备方法,该制备方法设计合理,螺纹钢筋内芯与纤维布、玄武岩纤维束复合时,其内外界面均具有良好的粘结性能,实际使用效果良好。
本发明通过下述技术方案实现:一种钢—连续纤维复合筋及其制备方法,该纤维复合筋克服了现有纤维增强复合材料(FRP)存在材料脆性强、价格高等缺陷,具有较强的综合性能,且价格低廉,在本发明中,该纤维复合筋包含有:
(a):螺纹钢筋内芯;
(b):纤维布,该纤维布包裹于螺纹钢筋内芯的外表面并与之形成螺纹筋;
(c):环向缠绕于螺纹筋肋牙间的玄武岩纤维束,
且在所述的纤维布以及玄武岩纤维束上均浸渍有树脂,在实际制作过程中, 纤维布以及玄武岩纤维束均在树脂混合器中完成树脂的充分浸渍,以达到钢筋混凝土结构的施工设计强度,设计十分合理。
为更好的实现本发明,所述的纤维布为碳纤维布(如:T700—12K碳纤维)或玄武岩纤维布(如:CBF13—2400Tex玄武岩纤维)。
在本发明中,所述的树脂为环氧树脂,如:Atlac430环氧双酚A乙烯基树脂。
本发明还提出了钢—连续纤维复合筋的制备方法,包括以下步骤:
(a):除污:用砂纸除去螺纹钢筋内芯外表面的绣污,然后使用丙酮将螺纹钢筋内芯清洗干净;
(b):包裹纤维布:将纤维布铺设平整,在纤维布上涂刷树脂,待
树脂浸渍饱满后,压紧纤维布的一端,将去污后的螺纹钢筋内芯沿纤维布的另一端转动,并施加与螺纹钢筋内芯轴向垂直的张拉力,将纤维布包裹在螺纹钢筋内芯的外表面并与之形成螺纹筋;
(c):缠绕玄武岩纤维束:将浸渍有树脂的玄武岩纤维束沿螺纹筋的肋牙环向缠绕,形成纤维复合筋。
由于现有市面上购买的螺纹钢筋两侧均带有对称的纵向通长肋,并造成复合而成的纤维复合筋截面呈椭圆形结构,为此,本发明所述的制备方法还包括对螺纹钢筋内芯的加工步骤:首先,使用打磨机除去螺纹钢筋两侧对称的纵向通长肋,然后,使用酒精擦洗干净后,再进行所述的(a)步骤。
为更好的实现本发明,所述的制备方法还包括对纤维复合筋的表面处理:在所述的步骤(c)中,在纤维复合筋的复合过程且树脂未固化时,使用塑胶带环向缠绕在纤维复合筋上,待树脂固化后除去塑胶带,制得表面带有肋纹的纤维复合筋,从而能更有效的保证纤维复合筋与外部介质(如混凝土)具有良好的粘接性能,提高纤维复合筋的实用性。
本发明与现有技术相比,具有以下优点及有益效果:
(1)本发明涉及的纤维复合筋构造设计合理,主要由螺纹钢筋内芯、纤维布以及玄武岩纤维束复合而成,且作为增强材料使用的纤维布及玄武岩纤维束均采用树脂充分浸渍,不仅能有效的满足于钢筋混凝土结构的设计强度,同时,还能克服现有纤维增强复合材料(FRP)存在材料脆性强、价格高等缺陷,具有较强的综合性能,且价格低廉,适宜广泛推广使用。
(2)本发明制备方法简单,采用玄武岩纤维束的环向缠绕能有效的填补螺纹钢筋内芯凸起肋与纤维布之间存在的空隙,大大减小纵向纤维(纤维布)与螺纹钢筋复合时,纤维布局部弯曲对其强度、刚度的削弱。
(3)本发明在对螺纹钢筋内芯进行清理前,还需进行打磨操作,主要由于现有市面上购买的螺纹钢筋两侧均带有对称的纵向通长肋,往往会造成复合而成的纤维复合筋截面呈椭圆形结构,为此,在对螺纹钢筋内芯除污步骤前,还需采用打磨机对其进行去除,操作简单、快捷。
(4)本发明提出了纤维复合筋表面肋纹的处理方法,采用塑胶带在树脂固化前,对纤维复合筋进行缠绕肋制,能更有效的保证纤维复合筋与外部介质(如混凝土)具有良好的粘接性能,从而提高纤维复合筋的实用性。
具体实施方式
下面将本发明的发明目的、技术方案和有益效果作进一步详细的说明。
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对所要求的本发明提供进一步的说明,除非另有说明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
钢筋是目前RC结构(钢筋混凝土结构)中广泛使用的增强材料,应具备较强的综合性能,但基于现有纤维增强复合材料(FRP)存在材料脆性强、价格高等缺陷,本发明提出了一种新型的钢—连续纤维复合筋及其制备方法,该纤维复合筋不仅具有较强的综合性能,其价格也十分低廉。该纤维复合筋主要由螺纹钢筋内芯、纤维布以及玄武岩纤维束复合而成,具有合理的构造结构,且作为增强材料使用的纤维布及玄武岩纤维束均采用树脂充分浸渍,不仅能有效的满足于钢筋混凝土结构的设计强度,同时,还能克服现有纤维增强复合材料(FRP)存在材料脆性强、价格高等缺陷,具有较强的综合性能,且价格低廉,适宜广泛推广使用。
以下是对本发明所述纤维复合筋的进一步描述:
本发明涉及的纤维复合筋包含有以下三个部分:
(a):螺纹钢筋内芯;
(b):纤维布,该纤维布包裹于螺纹钢筋内芯的外表面并与之形成螺纹筋,可选用碳纤维布(如:T700—12K碳纤维)或玄武岩纤维布(如:CBF13—2400Tex玄武岩纤维)制作而成;
(c):环向缠绕于螺纹筋肋牙间的玄武岩纤维束,能有效的填补螺纹钢筋内芯凸起肋与纤维布之间存在的空隙,大大减小纵向纤维(纤维布)与螺纹钢筋复合时,纤维布局部弯曲对其强度、刚度的削弱。
在上述结构中,纤维布以及玄武岩纤维束上均浸渍有树脂,在实际制作过程中,可在树脂混合器中完成树脂的充分浸渍,以达到钢筋混凝土结构的施工设计强度,设计十分合理,其中,树脂可选用环氧树脂,如:Atlac430环氧双酚A乙烯基树脂。
下面以两个典型实施例来列举说明本发明的具体实施方式,当然,本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
实施例1:
在实施例中,纤维复合筋的制备方法具体包括以下步骤:
(1)加工:将购买的HRB400型螺纹钢筋加工制成螺纹钢筋内芯,HRB400型螺纹钢筋的基本性能如表1所示:
表1
钢筋类型 型号 屈服强度(MPa) 弹性模量(Gpa) 重量(kg/m) 直径(mm)
螺纹钢筋 HRB400 420 200 0.617 10
首先,使用打磨机除去螺纹钢筋两侧对称的纵向通长肋,然后,使用酒精擦洗干净后,再进行下述步骤。
(2)除污:用砂纸除去螺纹钢筋内芯外表面的绣污,然后使用纱布蘸丙酮将螺纹钢筋内芯清洗干净;
(3)纤维布涂刷树脂:选择Atlac430环氧双酚A乙烯基树脂作为涂刷树脂,其材料性能如表2所示:
表2
树脂 抗拉强度(MPa) 拉伸模量(Gpa) 断裂延伸率(%) 密度(g/m3
Atlac430 95 3.6 6.1 1.06
裁剪T700—12K碳纤维制作而成的碳纤维布40束,并铺设平整,其一端用粘结剂与螺纹钢筋作临时固定,然后在纤维布上均匀涂刷树脂,随后使用罗拉(回转零件)均匀滚动挤压,以保证纤维布上的树脂浸渍爆满。
(4)纤维布包裹:使用工具(如长钢条)压紧纤维布的另一端,从与螺纹钢筋内芯临时固定的一端,缓慢转动螺纹钢筋内芯,并施加与螺纹钢筋内芯轴向垂直的张拉力,将纤维布密实均匀的包裹在螺纹钢筋内芯的外表面并与之形成螺纹筋。
(5)纤维束缠绕:沿螺纹筋轴向挤压,去除掉多余的树脂,然后,再将浸渍有树脂Atlac430的玄武岩纤维束沿螺纹筋的肋牙环向缠绕,形成纤维复合筋,其中,玄武岩纤维束每缠绕1m长的Φ10螺纹钢筋内芯,需要6.5m的玄武岩纤维束。
(6)表面处理:在纤维复合筋的复合过程且树脂未固化时,使用塑胶带环向缠绕在纤维复合筋上,待树脂固化后除去塑胶带,制得表面带有肋纹的纤维复合筋,从而能更有效的保证纤维复合筋与外部介质(如混凝土)具有良好的粘接性能,提高纤维复合筋的实用性。
对制得的纤维复合筋进行测试,其力学性能如表3所示:
表3
测试对象 直径(mm) 弹模(Gpa) 强度(MPa)
实施例1 12 157 590
实施例2:
本实施例与实施例1的区别在于,选择的纤维布类型不同,在本实施中,纤维复合筋的制备方法具体包括以下步骤:
(1)加工:将购买的HRB400型螺纹钢筋加工制成螺纹钢筋内芯,首先,使用打磨机除去螺纹钢筋两侧对称的纵向通长肋,然后,使用酒精擦洗干净后,再进行下述步骤。
(2)除污:用砂纸除去螺纹钢筋内芯外表面的绣污,然后使用纱布蘸丙酮将螺纹钢筋内芯清洗干净;
(3)纤维布涂刷树脂:选择Atlac430环氧双酚A乙烯基树脂作为涂刷树脂,裁剪CBF13—2400Tex玄武岩纤维制作而成的玄武岩纤维布30束,并铺设平整,其一端用粘结剂与螺纹钢筋作临时固定,然后在纤维布上均匀涂刷树脂,随后使用罗拉(回转零件)均匀滚动挤压,以保证纤维布上的树脂浸渍爆满。
(4)纤维布包裹:使用工具(如长钢条)压紧纤维布的另一端,从与螺纹钢筋内芯临时固定的一端,缓慢转动螺纹钢筋内芯,并施加与螺纹钢筋内芯轴向垂直的张拉力,将纤维布密实均匀的包裹在螺纹钢筋内芯的外表面并与之形成螺纹筋。
(5)纤维束缠绕:沿螺纹筋轴向挤压,去除掉多余的树脂,然后,再将浸渍有树脂Atlac430的玄武岩纤维束沿螺纹筋的肋牙环向缠绕,形成纤维复合筋,其中,玄武岩纤维束每缠绕1m长的Φ10螺纹钢筋内芯,需要7.2m的玄武岩纤维束。
(6)表面处理:在纤维复合筋的复合过程且树脂未固化时,使用塑胶带环向缠绕在纤维复合筋上,待树脂固化后除去塑胶带,制得表面带有肋纹的纤维复合筋,从而能更有效的保证纤维复合筋与外部介质(如混凝土)具有良好的粘接性能,提高纤维复合筋的实用性。
对制得的纤维复合筋进行测试,其力学性能如表4所示:
表4
测试对象 直径(mm) 弹模(Gpa) 强度(MPa)
实施例2 13.2 140 586
将本发明制得的纤维复合筋与普通钢筋和纤维增强复合材料(FRP)进行综合性能比较,如表5所示:
表5
测试对象 强度 弹模 延性 重量 价格 耐腐蚀性
钢筋
FRP 低于钢筋 较好
实施例1 较高 较高 较轻 较低 较好
实施例2 较高 较高 较轻 较低 较好
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明做任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化,均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种钢—连续纤维复合筋,其特征在于:该纤维复合筋包含有:
(a):螺纹钢筋内芯;
(b):纤维布,该纤维布包裹于螺纹钢筋内芯的外表面并与之形成螺纹筋;
(c):环向缠绕于螺纹筋肋牙间的玄武岩纤维束,
且在所述的纤维布以及玄武岩纤维束上均浸渍有树脂。
2.根据权利要求1所述的一种钢—连续纤维复合筋,其特征在于:所述的纤维布为碳纤维布或玄武岩纤维布。
3.根据权利要求1所述的一种钢—连续纤维复合筋,其特征在于:所述的树脂为环氧树脂。
4.根据权利要求1~3任一项所述的一种钢—连续纤维复合筋的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(a):除污:用砂纸除去螺纹钢筋内芯外表面的绣污,然后使用丙酮将螺纹钢筋内芯清洗干净;
(b):包裹纤维布:将纤维布铺设平整,在纤维布上涂刷树脂,待树脂浸渍饱满后,压紧纤维布的一端,将去污后的螺纹钢筋内芯沿纤维布的另一端转动,并施加与螺纹钢筋内芯轴向垂直的张拉力,将纤维布包裹在螺纹钢筋内芯的外表面并与之形成螺纹筋;
(c):缠绕玄武岩纤维束:将浸渍有树脂的玄武岩纤维束沿螺纹筋的肋牙环向缠绕,形成纤维复合筋。
5.根据权利要求4所述的一种钢—连续纤维复合筋的制备方法,其特征在于:所述的制备方法还包括对螺纹钢筋内芯的加工步骤:首先,使用打磨机除去螺纹钢筋两侧对称的纵向通长肋,然后,使用酒精擦洗干净后,再进行所述的(a)步骤。
6.根据权利要求4所述的一种钢—连续纤维复合筋的制备方法,其特征在于:所述的制备方法还包括对纤维复合筋的表面处理:在所述的步骤(c)中,在纤维复合筋的复合过程且树脂未固化时,使用塑胶带环向缠绕在纤维复合筋上,待树脂固化后除去塑胶带,制得表面带有肋纹的纤维复合筋。
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