CN104060768A - 一种带肋纹的钢—连续纤维复合筋的工业制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带肋纹的钢—连续纤维复合筋的工业制备方法,该方法是将浸渍有树脂的纤维粗纱以及纤维纱束依次复合在钢筋表面并形成纤维复合筋的制作工艺,并在复合形成的纤维复合筋外表面设置有提高其粘结性能的表面肋纹,具有合理的构造结构,且作为增强材料使用的纤维纱束采用树脂充分浸渍,其内外界面均具有良好的粘结性能,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,实际使用效果良好。

Description

一种带肋纹的钢—连续纤维复合筋的工业制备方法
技术领域
本发明是一种带肋纹的钢—连续纤维复合筋的工业制备方法,具体涉及钢筋混凝土结构中使用的复合筋增强材料的制作工艺,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带肋纹的钢—连续纤维复合筋的工业制备方法,采用螺纹钢筋作为内芯,依次使用纤维粗纱以及纤维纱束复合而成,并在复合形成的纤维复合筋外表面设置有提高其粘结性能的表面肋纹,具有合理的构造结构,且作为增强材料使用的纤维纱束采用树脂充分浸渍,其内外界面均具有良好的粘结性能,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,实际使用效果良好。
本发明通过下述技术方案实现:一种带肋纹的钢—连续纤维复合筋的工业制备方法,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,该方法是将浸渍有树脂的纤维粗纱以及纤维纱束依次复合在钢筋表面并形成纤维复合筋的制作工艺,包括以下步骤:
A:选择螺纹钢筋作为钢筋内芯,采用打磨机除去该螺纹钢筋两侧对称的纵向通长肋,制得螺纹筋材,并用酒精擦洗干净;
B:采用纤维粗纱对步骤A制得的螺纹筋材进行环向缠绕;
C:将步骤B制得的钢筋材料放置在排纱座上,将浸渍有树脂的纤维纱束经排纱器均匀布置在钢筋内芯的外侧;
D:使用牵引装置将钢筋材料和纤维纱束连续送入挤压装置,完成纤维复合筋的预成型;
E:使用电动缠绕机带动塑胶带,对从挤压装置出来的纤维复合筋进行环向缠绕;
F:将缠绕有塑胶带的纤维复合筋送入固化炉,完成纤维复合筋的复合。
本发明适用于直径为8~12mm的螺纹钢筋的工业制备,因此,在本发明中,所述的钢筋内芯采用直径为8~12mm的螺纹钢筋。
为更好的实现本发明,在所述的纤维粗纱上涂刷有树脂,所述的纤维粗纱沿螺纹筋材凸起肋之间的空隙进行环向缠绕,可用于填补螺纹钢筋螺纹间的间隙,同时,可以在钢筋内芯与纤维纱束复合并拉挤成复合筋时,增强螺纹钢筋与纤维纱束(纵向纤维)之间的粘结性能和整体性。
理论上,该环向缠绕的纤维粗纱在纤维复合筋轴向受力时,基本不发挥作用,故可采用低成本的连续纤维,即:所述的纤维粗纱为玄武岩纤维或玻璃纤维。
所述纤维纱束的浸渍方法包括:将纤维纱束以纱锭的形式设置在纱架上,再采用排纱架将纱锭上的纤维纱束引入盛装有树脂的浸渍槽内,待纤维纱束浸渍充分后,再使用排纱器将该纤维纱束均匀布置在钢筋内芯的外侧,在本发明中,纤维纱束的浸渍采用直槽浸渍的方法,操作简单、快捷。
进一步的,在所述的纱架上纱锭的设置数量为20~40目。
在本发明中,所述的纤维纱束为玄武岩纱束或碳纤维纱束。
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、纤维粗纱以及纤维纱束复合而成,且作为增强材料使用的纤维粗纱和纤维纱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)本发明采用玄武岩纤维或玻璃纤维作为纤维粗纱进行环向缠绕,理论上,该环向缠绕的纤维粗纱在纤维复合筋轴向受力时,基本不发挥作用,故可采用低成本的连续纤维,生产成本十分低廉。
(3)本发明在使用纤维粗纱对螺纹钢筋内芯进行缠绕前,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,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,本发明提出了一种带肋纹的钢—连续纤维复合筋的工业制备方法,该纤维复合筋主要由螺纹钢筋、纤维粗纱以及纤维纱束复合而成,表面采用肋纹处理,具有合理的构造结构,且作为增强材料使用的纤维粗纱以及纤维纱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:钢筋内芯:选择直径为8~12mm的螺纹钢筋作为钢筋内芯;
B:纤维粗纱:环向缠绕于螺纹钢筋的螺纹间隙,理论上,该环向缠绕的纤维粗纱在纤维复合筋轴向受力时,基本不发挥作用,故可采用低成本的连续纤维,即:玄武岩纤维或玻璃纤维。
C:纤维纱束:纵向均匀布置在钢筋内芯的外侧,可选用玄武岩纱束或碳纤维纱束,
在上述结构中,纤维粗纱和纤维纱束上均浸渍有树脂,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。
采用本发明方法复合而成的纤维复合筋还具良好的粘结性能,主要通过对其表面的肋纹处理而实现,下面以一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。
本方法是纤维复合筋的工业制备方法,是将浸渍有树脂的纤维粗纱以及纤维纱束依次复合在钢筋表面并形成纤维复合筋的制作工艺,在本实施例中,其制备方法具体包括以下步骤:
(1)内芯加工:选择10mm直径的螺纹钢筋(如:HRB400型螺纹钢筋)作为钢筋内芯,采用打磨机除去该螺纹钢筋两侧对称的纵向通长肋,制得螺纹筋材,并用酒精擦洗干净,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
(2)环向纤维缠绕:选择Atlac430环氧双酚A乙烯基树脂作为涂刷树脂,对玄武岩纤维进行涂刷,然后再将涂刷有树脂的玄武岩纤维沿螺纹筋材凸起肋之间的空隙环向缠绕,其中,Atlac430环氧双酚A乙烯基树脂的材料性能如表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
(3)浸渍纤维纱束:将碳纤维纱束以纱锭的形式设置在纱架上,再采用排纱架将纱锭上的碳纤维纱束引入盛装有树脂的浸渍槽内,碳纤维纱束可选用12k的碳纤维纱束,纱锭设定为40目
(4)排纱:待纤维纱束浸渍充分后,再使用排纱器将该纤维纱束均匀布置在钢筋内芯的外侧,在本实施例中,碳纤维纱束的浸渍采用直槽浸渍的方法,操作简单、快捷。
(5)纤维复合筋的预成型:使用牵引装置,将步骤(4)制得均匀布置有纤维纱束的钢筋内芯,连续送入挤压装置,完成纤维复合筋的预成型,以保证纤维纱束纵向均匀布置在钢筋内芯的外侧。
(6)表面处理:经挤压装置出来的预成型纤维复合筋由于浸渍的树脂还未完全固化,此时,使用电动缠绕机带动塑胶带,对从挤压装置出来的纤维复合筋进行环向缠绕,以在纤维复合筋的表面形成肋纹,从而能保证其与外部介质的良好粘结性能。
(7)固化成型:使用牵引装置,将上述步骤(6)制得缠绕有塑胶带的纤维复合筋送入固化炉,完成纤维复合筋的复合。
对制得的纤维复合筋进行测试,其力学特性如表3所示:
表3
直径(mm) 弹模(Gpa) 强度(MPa)
12 152 588
将本实施例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4所示:
表4
测试对象 强度 弹模 延性 重量 粘结性能 耐腐蚀性
钢筋 较好
FRP 低于钢筋 较好 较好
本实施例 较高 较高 较轻 较好 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 (8)

1.一种带肋纹的钢—连续纤维复合筋的工业制备方法,其特征在于:该方法是将浸渍有树脂的纤维粗纱以及纤维纱束依次复合在钢筋表面并形成纤维复合筋的制作工艺,包括以下步骤:
A:选择螺纹钢筋作为钢筋内芯,采用打磨机除去该螺纹钢筋两侧对称的纵向通长肋,制得螺纹筋材,并用酒精擦洗干净;
B:采用纤维粗纱对步骤A制得的螺纹筋材进行环向缠绕;
C:将步骤B制得的钢筋材料放置在排纱座上,将浸渍有树脂的纤维纱束经排纱器均匀布置在钢筋内芯的外侧;
D:使用牵引装置将钢筋材料和纤维纱束连续送入挤压装置,完成纤维复合筋的预成型;
E:使用电动缠绕机带动塑胶带,对从挤压装置出来的纤维复合筋进行环向缠绕;
F:将缠绕有塑胶带的纤维复合筋送入固化炉,完成纤维复合筋的复合。
2.根据权利要求1所述的一种带肋纹的钢—连续纤维复合筋的工业制备方法,其特征在于:所述的钢筋内芯采用直径为8~12mm的螺纹钢筋。
3.根据权利要求1所述的一种带肋纹的钢—连续纤维复合筋的工业制备方法,其特征在于:所述的纤维粗纱沿螺纹筋材凸起肋之间的空隙进行环向缠绕。
4.根据权利要求1所述的一种带肋纹的钢—连续纤维复合筋的工业制备方法,其特征在于:所述的纤维粗纱为玄武岩纤维或玻璃纤维。
5.根据权利要求1所述的一种带肋纹的钢—连续纤维复合筋的工业制备方法,其特征在于:所述纤维纱束的浸渍方法包括:将纤维纱束以纱锭的形式设置在纱架上,再采用排纱架将纱锭上的纤维纱束引入盛装有树脂的浸渍槽内,待纤维纱束浸渍充分后,再使用排纱器将该纤维纱束均匀布置在钢筋内芯的外侧。
6.根据权利要求5所述的一种带肋纹的钢—连续纤维复合筋的工业制备方法,其特征在于:在所述的纱架上纱锭的设置数量为20~40目。
7.根据权利要求1所述的一种带肋纹的钢—连续纤维复合筋的工业制备方法,其特征在于:所述的纤维纱束为玄武岩纱束或碳纤维纱束。
8.根据权利要求1~7任一项所述的一种带肋纹的钢—连续纤维复合筋的工业制备方法,其特征在于:所述的树脂为环氧树脂。
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