CN104675021A - 一种碳纤维预应力混凝土及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳纤维预应力混凝土及其施工方法。所述碳纤维预应力混凝土包括碳纤维预应力筋、单组份环氧胶粘剂、混凝土和锚具；所述单组份环氧胶粘剂位于碳纤维预应力筋表面；所述碳纤维预应力筋分布于混凝土结构内部，通过单组份环氧胶粘剂与混凝土粘结成整体，其再通过锚具对混凝土施加预应力。与现有技术相比，本发明无需设置波纹管，增大了预应力混凝土构件的截面积，以单组份环氧胶粘剂为粘结材料，显著提高了预应力材料与混凝土的粘结性能，提升了预应力混凝土构件的受力性能；解决了预应力钢筋锈蚀对预应力混凝土构件耐久性造成的危害；无需灌浆，简化了施工工艺；以通电加热的方式固化，施工方便，效率高，质量稳定性好。
Description
技术领域
本发明属于预应力混凝土技术领域，具体来说，涉及到一种碳纤维预应力混凝土及其施工方法。
背景技术
预应力混凝土结构因其优越的受力性能和耐久性已广泛应用于桥梁工程中，世界桥梁中70％以上都采用了预应力混凝土结构。目前预应力混凝土施工方法主要采用后张法有粘结预应力体系，但该方法中预应力钢筋大多只能按多根一束布置，需预埋大直径的波纹管，消弱了结构的截面，而且在混凝土浇筑过程中易造成波纹管漏浆、堵管，导致预应力钢筋无法放置。同时预应力钢筋张拉完成后，要对预应力管道进行灌浆，实际操作中往往不可避免会出现压浆不饱满情况，导致预应力筋锈蚀、预应力筋和混凝土协同工作能力减弱、构件截面消弱等问题，给预应力构件造成很大的安全隐患。
另外，在预应力桥梁中，受材料特性及应用环境所限，预应力钢筋易因腐蚀介质渗入引起锈蚀，从而造成预应力结构的受损或失效，影响预应力桥梁的耐久性。因钢筋腐蚀而导致预应力桥梁耐久性破坏的事件在世界范围内越来越多，造成的直接和间接经济损失巨大，解决预应力钢筋锈蚀问题已成为桥梁工程领域亟待解决的重大问题。目前工程界和科研界提出了许多抗腐蚀的方法，如采用高性能混凝土保护层、钢筋表面设置锌基镀层和环氧树脂涂层等防腐材料、在混凝土中添加阻锈剂或表面涂敷防水材料等。实践证明：上述方法均属消极的防护性措施，作用效果并不明显，同时增加了施工工艺的复杂性，且无法从根本上解决预应力钢筋的锈蚀问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种施工简单、耐久性好的碳纤维预应力混凝土及其施工方法。
本发明所述的一种碳纤维预应力混凝土，所述碳纤维预应力混凝土包括碳纤维预应力筋、单组份环氧胶粘剂、混凝土和锚具；所述单组份环氧胶粘剂位于碳纤维预应力筋表面；所述碳纤维预应力筋分布于混凝土结构内部，通过单组份环氧胶粘剂与混凝土粘结成整体，其再通过锚具对混凝土施加预应力。
本发明所述的一种碳纤维预应力混凝土，所述单组份环氧胶粘剂属于热致活单组份环氧胶粘剂，在80℃以下时，为粘稠状膏体，基本不固化，在100-140℃时，10-20分钟基本固化完全。
本发明所述的一种碳纤维预应力混凝土，所述单组份环氧胶粘剂按质量份计算，其原料包括100份的氢化双酚A型环氧树脂、5-10份的聚乙二醇双缩水甘油醚、12-20份的弹性改性剂、2-5份的纳米材料改性剂、8-12份的BF3-苄胺、0.2份的BYK-066N、100-150份的填料、1-2份的疏水型气相二氧化硅。
本发明所述的一种碳纤维预应力混凝土，所述弹性改性剂为具有主链为柔性链段和端基为环氧基团的液体聚合物。
本发明所述的一种碳纤维预应力混凝土，所述纳米材料改性剂为采用硅烷偶联剂KH-570改性的20-80nm的Al2O3微球。
本发明所述的一种碳纤维预应力混凝土，所述填料为100-400目的石英砂、硅微粉、高岭土中的一种或几种。
本发明所述的碳纤维预应力混凝土的施工方法，所述施工方法具体包括以下步骤：1)碳纤维预应力筋涂胶：在碳纤维预应力筋表面涂覆单组份环氧胶粘剂，胶层厚度为3-5mm；2)碳纤维预应力筋定位：将表面涂覆单组份环氧胶粘剂的碳纤维预应力筋按照施工图设计，固定到预应力构件已经编制好的钢筋骨架上；3)混凝土模板安装：将预应力锚固装置的预埋件安装就位后，将模板按照混凝土构件的设计尺寸安装好，并固定牢固；4)混凝土浇筑及养生：采用设计强度的混凝土进行浇筑，浇筑完成后按施工规范进行混凝土养生；5)预应力筋张拉：采用千斤顶张拉装置将碳纤维预应力筋张拉到设计应力，然后锚固；6)碳纤维预应力筋/混凝土粘结：采用供电装置给碳纤维预应力筋两端通电，使其在电流作用下发热，保持碳纤维预应力筋温度在100-140℃10-20分钟，停止供电，预应力混凝土构件施工完成。
与现有技术相比，本发明所述的碳纤维预应力混凝土具有如下优点：(1)无需设置波纹管，增大了预应力混凝土构件的截面积，有效提升了预应力混凝土构件的受力性能；(2)无需灌浆，简化了施工工艺，避免了因灌浆施工缺陷导致预应力混凝土受力性能和耐久性的损失；(3)采用单组份环氧胶粘剂代替水泥胶浆作为粘结材料，显著提高了预应力材料与混凝土的粘结性能，提升了预应力混凝土构件的受力性能；(4)采用碳纤维预应力筋代替预应力钢筋，从根本上解决了预应力钢筋锈蚀对预应力混凝土构件耐久性造成的危害；(5)采用碳纤维预应力筋通电加热的方式激发单组份环氧胶粘剂的固化，施工方便，效率高，质量稳定性好。因此，本发明所述的碳纤维预应力混凝土既适合工厂化预制又适合现场施工，施工工艺简便，产品质量稳定性好。实验证明，本发明对预应力混凝土结构的整体工作性能和耐久性都有很大的提升，延长其使用寿命，将在预应力技术领域发挥巨大的作用，市场前景广阔。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明所述的碳纤维预应力混凝土及其施工方法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。
实施例1：
本发明所述的一种碳纤维预应力混凝土，所述碳纤维预应力混凝土包括碳纤维预应力筋、单组份环氧胶粘剂、混凝土和锚具；所述单组份环氧胶粘剂位于碳纤维预应力筋表面；所述碳纤维预应力筋分布于混凝土结构内部，通过单组份环氧胶粘剂与混凝土粘结成整体，其再通过锚具对混凝土施加预应力。所述单组份环氧胶粘剂按质量份计算，其原料包括100份的氢化双酚A型环氧树脂、5份的聚乙二醇双缩水甘油醚、12份的弹性改性剂、5份的纳米材料改性剂、12份的BF3-苄胺、0.2份的BYK-066N、100份的100目的石英砂、1份的疏水型气相二氧化硅。
本发明所述的碳纤维预应力混凝土的施工方法，所述施工方法具体包括以下步骤：1)碳纤维预应力筋涂胶：在碳纤维预应力筋表面涂覆单组份环氧胶粘剂，胶层厚度为3mm；2)碳纤维预应力筋定位：将表面涂覆单组份环氧胶粘剂的碳纤维预应力筋按照施工图设计，固定到预应力构件已经编制好的钢筋骨架上；3)混凝土模板安装：将预应力锚固装置的预埋件安装就位后，将模板按照混凝土构件的设计尺寸安装好，并固定牢固；4)混凝土浇筑及养生：采用设计强度的混凝土进行浇筑，浇筑完成后按施工规范进行混凝土养生；5)预应力筋张拉：采用千斤顶张拉装置将碳纤维预应力筋张拉到设计应力，然后锚固；6)碳纤维预应力筋/混凝土粘结：采用供电装置给碳纤维预应力筋两端通电，使其在电流作用下发热，保持碳纤维预应力筋温度在100-110℃20分钟，停止供电，预应力混凝土构件施工完成。
实施例2：
本发明所述的一种碳纤维预应力混凝土，所述碳纤维预应力混凝土包括碳纤维预应力筋、单组份环氧胶粘剂、混凝土和锚具；所述单组份环氧胶粘剂位于碳纤维预应力筋表面；所述碳纤维预应力筋分布于混凝土结构内部，通过单组份环氧胶粘剂与混凝土粘结成整体，其再通过锚具对混凝土施加预应力。所述单组份环氧胶粘剂按质量份计算，其原料包括100份的氢化双酚A型环氧树脂、8份的聚乙二醇双缩水甘油醚、15份的弹性改性剂、3.5份的纳米材料改性剂、10份的BF3-苄胺、0.2份的BYK-066N、120份的400目的硅微粉、1.5份的疏水型气相二氧化硅。该环氧胶粘剂还包括2质量份的红菇酮萜醇，该红菇酮萜醇提取自臭红菇Russula foetens子实体，其能使环氧胶粘剂有灵敏的固化点，缩小固化温度范围与固化时间。
本发明所述的碳纤维预应力混凝土的施工方法，所述施工方法具体包括以下步骤：1)碳纤维预应力筋涂胶：在碳纤维预应力筋表面涂覆单组份环氧胶粘剂，胶层厚度为4mm；2)碳纤维预应力筋定位：将表面涂覆单组份环氧胶粘剂的碳纤维预应力筋按照施工图设计，固定到预应力构件已经编制好的钢筋骨架上；3)混凝土模板安装：将预应力锚固装置的预埋件安装就位后，将模板按照混凝土构件的设计尺寸安装好，并固定牢固；4)混凝土浇筑及养生：采用设计强度的混凝土进行浇筑，浇筑完成后按施工规范进行混凝土养生；5)预应力筋张拉：采用千斤顶张拉装置将碳纤维预应力筋张拉到设计应力，然后锚固；6)碳纤维预应力筋/混凝土粘结：采用供电装置给碳纤维预应力筋两端通电，使其在电流作用下发热，保持碳纤维预应力筋温度在100-107℃10分钟，停止供电，预应力混凝土构件施工完成。
实施例3：
本发明所述的一种碳纤维预应力混凝土，所述碳纤维预应力混凝土包括碳纤维预应力筋、单组份环氧胶粘剂、混凝土和锚具；所述单组份环氧胶粘剂位于碳纤维预应力筋表面；所述碳纤维预应力筋分布于混凝土结构内部，通过单组份环氧胶粘剂与混凝土粘结成整体，其再通过锚具对混凝土施加预应力。所述单组份环氧胶粘剂按质量份计算，其原料包括100份的氢化双酚A型环氧树脂、10份的聚乙二醇双缩水甘油醚、20份的弹性改性剂、2份的纳米材料改性剂、8份的BF3-苄胺、0.2份的BYK-066N、100份的300目的硅微粉、50份的120目的高岭土、2份的疏水型气相二氧化硅。
本发明所述的碳纤维预应力混凝土的施工方法，所述施工方法具体包括以下步骤：1)碳纤维预应力筋涂胶：在碳纤维预应力筋表面涂覆单组份环氧胶粘剂，胶层厚度为5mm；2)碳纤维预应力筋定位：将表面涂覆单组份环氧胶粘剂的碳纤维预应力筋按照施工图设计，固定到预应力构件已经编制好的钢筋骨架上；3)混凝土模板安装：将预应力锚固装置的预埋件安装就位后，将模板按照混凝土构件的设计尺寸安装好，并固定牢固；4)混凝土浇筑及养生：采用设计强度的混凝土进行浇筑，浇筑完成后按施工规范进行混凝土养生；5)预应力筋张拉：采用千斤顶张拉装置将碳纤维预应力筋张拉到设计应力，然后锚固；6)碳纤维预应力筋/混凝土粘结：采用供电装置给碳纤维预应力筋两端通电，使其在电流作用下发热，保持碳纤维预应力筋温度在130-140℃10分钟，停止供电，预应力混凝土构件施工完成。
在上述实施例1-3中，弹性改性剂为聚氨酯弹性改性剂QS-P24B，北京金岛奇士材料科技有限公司生产；纳米材料改性剂为采用硅烷偶联剂KH-570改性的40-60nmAl2O3微球；疏水型气相二氧化硅为AEROSIL R974，赢创德固赛公司生产。
与现有技术相比，本发明所述的碳纤维预应力混凝土具有如下优点：(1)无需设置波纹管，增大了预应力混凝土构件的截面积，有效提升了预应力混凝土构件的受力性能；(2)无需灌浆，简化了施工工艺，避免了因灌浆施工缺陷导致预应力混凝土受力性能和耐久性的损失；(3)采用单组份环氧胶粘剂代替水泥胶浆作为粘结材料，显著提高了预应力材料与混凝土的粘结性能，提升了预应力混凝土构件的受力性能；(4)采用碳纤维预应力筋代替预应力钢筋，从根本上解决了预应力钢筋锈蚀对预应力混凝土构件耐久性造成的危害；(5)采用碳纤维预应力筋通电加热的方式激发单组份环氧胶粘剂的固化，施工方便，效率高，质量稳定性好。因此，本发明所述的碳纤维预应力混凝土既适合工厂化预制又适合现场施工，施工工艺简便，产品质量稳定性好。实验证明，本发明对预应力混凝土结构的整体工作性能和耐久性都有很大的提升，延长其使用寿命，将在预应力技术领域发挥巨大的作用，市场前景广阔。
Claims (7)
1.一种碳纤维预应力混凝土，其特征在于，所述碳纤维预应力混凝土包括碳纤维预应力筋、单组份环氧胶粘剂、混凝土和锚具；所述单组份环氧胶粘剂位于碳纤维预应力筋表面；所述碳纤维预应力筋分布于混凝土结构内部，通过单组份环氧胶粘剂与混凝土粘结成整体，其再通过锚具对混凝土施加预应力。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维预应力混凝土，其特征在于，所述单组份环氧胶粘剂属于热致活单组份环氧胶粘剂，在80℃以下时，为粘稠状膏体，基本不固化，在100-140℃时，10-20分钟基本固化完全。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维预应力混凝土，其特征在于，所述单组份环氧胶粘剂按质量份计算，其原料包括100份的氢化双酚A型环氧树脂、5-10份的聚乙二醇双缩水甘油醚、12-20份的弹性改性剂、2-5份的纳米材料改性剂、8-12份的BF3-苄胺、0.2份的BYK-066N、100-150份的填料、1-2份的疏水型气相二氧化硅。
4.根据权利要求3所述的一种碳纤维预应力混凝土，其特征在于，所述弹性改性剂为具有主链为柔性链段和端基为环氧基团的液体聚合物。
5.根据权利要求3所述的一种碳纤维预应力混凝土，其特征在于，所述纳米材料改性剂为采用硅烷偶联剂KH-570改性的20-80nm的Al2O3微球。
6.根据权利要求3所述的一种碳纤维预应力混凝土，其特征在于，所述填料为100-400目的石英砂、硅微粉、高岭土中的一种或几种。
7.一种碳纤维预应力混凝土的施工方法，所述施工方法具体包括以下步骤：1)碳纤维预应力筋涂胶：在碳纤维预应力筋表面涂覆单组份环氧胶粘剂，胶层厚度为3-5mm；2)碳纤维预应力筋定位：将表面涂覆单组份环氧胶粘剂的碳纤维预应力筋按照施工图设计，固定到预应力构件已经编制好的钢筋骨架上；3)混凝土模板安装：将预应力锚固装置的预埋件安装就位后，将模板按照混凝土构件的设计尺寸安装好，并固定牢固；4)混凝土浇筑及养生：采用设计强度的混凝土进行浇筑，浇筑完成后按施工规范进行混凝土养生；5)预应力筋张拉：采用千斤顶张拉装置将碳纤维预应力筋张拉到设计应力，然后锚固；6)碳纤维预应力筋/混凝土粘结：采用供电装置给碳纤维预应力筋两端通电，使其在电流作用下发热，保持碳纤维预应力筋温度在100-140℃10-20分钟，停止供电，预应力混凝土构件施工完成。
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