CN104912195A - 型钢超轻混凝土构件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种型钢超轻混凝土构件及其制备方法，包括型钢骨架、设置于型钢骨架内腔的用于造孔或造腔的轻质芯材以及包裹于型钢骨架外表面且填充于型钢骨架和轻质芯材之间空腔的超轻绝热混凝土层。该构件通过以多孔聚合物为轻骨料的超轻绝热水泥混凝土改善钢结构的防火防腐性能，通过轻质芯材成孔造腔降低构件自身重量，不仅便于生产运输和施工，而且减轻建筑物或构件的自重，提高了抗震性能，同时也能满足防火、隔热保温、隔音和防水抗渗等使用功能，该制备方法能方便快捷地生产出产品，不仅工艺简单，而且制造成本低，能实现批量化生产。
Description
技术领域
本发明涉及建筑领域，特别涉及一种型钢超轻混凝土构件及其制备方法。
背景技术
现有的全装配房屋中的临时性轻型板房多采用带金属面板的发泡聚苯乙烯板，不仅存在严重火灾隐患，而且隔热隔声效果差，使用年限短，使用功能难以完善。
现有的永久性全装配房屋构件轻质材料用量少，不仅会导致构件整体重量大，而且在生产和施工中搬运作业量大，对起重运输机要求严格，建设成本高，此外钢材在300度时强度开始下降，当温度达到600度时就会失去承载能力，防火性能差。目前钢构件上设置的防火层虽然能起到一定防火作用，但防火层强度差，为了保证运输过程中不被损坏，需在现场进行施工形成防火层，此外防火层发生一次火灾后就被烧毁，需重新进行安装。
目前巿场急需一种自重轻、强度高、防火、隔热保温和抗震性能优良的低造价永久性全装配建筑构件。
发明内容
本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种型钢超轻混凝土构件及其制备方法，该构件通过以多孔聚合物为轻骨料的超轻绝热水泥混凝土改善钢结构的防火防腐性能，通过轻质芯材成孔造腔降低构件自身重量，不仅便于生产运输和施工，而且减轻建筑物或构件的自重，提高了抗震性能，同时也能满足防火、隔热保温、隔音和防水抗渗等使用功能，该制备方法能方便快捷地生产出产品，不仅工艺简单，而且制造成本低，能实现批量化生产。
本发明是这样实现的：一种型钢超轻混凝土构件，其特征在于：包括型钢骨架、设置于型钢骨架内腔的用于造孔或造腔的轻质芯材以及包裹于型钢骨架外表面且填充于型钢骨架和轻质芯材之间空腔的超轻绝热混凝土层。
为了方便构件之间进行连接，所述型钢超轻混凝土构件的数量为两节以上，它还包括连接于相邻两型钢超轻混凝土构件的端部之间的端部节点连接构造和/或连接于其中一个型钢超轻混凝土构件的侧部与另一型钢超轻混凝土构件的端部之间的侧部节点连接构造，所述型钢骨架上用来与端部节点连接构造或侧部节点连接构造连接的部位外表面不包裹超轻绝热混凝土层。
为了方便一个型钢超轻混凝土构件侧部与另一型钢超轻混凝土构件端部的连接，所述侧部节点连接构造包括与型钢骨架侧部焊接为一体的型钢连接板以及包裹于型钢连接板外表面的超轻绝热混凝土层，所述型钢连接板上设有用于放置另一型钢超轻混凝土构件端部的连接空间一。
为了方便两个型钢超轻混凝土构件端部的连接，所述端部节点连接构造包括型钢连接套、设置于型钢连接套中部的隔板以及包裹于型钢连接套外表面的超轻绝热混凝土层，所述隔板将型钢连接套分隔为两个分别用于放置相邻两型钢超轻混凝土构件端部的连接空间二。
为了能在端部节点连接构造上再连接其它型钢超轻混凝土构件的端部，所述端部节点连接构造还包括1-4个焊接固定于型钢连接套侧面的梁座以及包裹于梁座外表面的超轻绝热混凝土层，所述梁座内设置有用于放置另一型钢超轻混凝土构件端部的连接空间三。
为了保护构件表面不被损坏，同时更美观，所述型钢超轻混凝土构件外表面设有用于保护和装饰构件的饰面层。
所述超轻绝热混凝土层主要由多孔聚合物、水泥、石粉、或粉煤灰、水及减水引气早强剂按照以下配合比配制而成的：
所述引气减水早强剂由松香酸钠或十二烷基硫酸钠或木质素磺酸盐构成。
所述多孔聚合物由模塑成型的发泡聚苯乙烯、挤塑成型的发泡聚苯乙烯、发泡聚胺酯、发泡聚乙烯或发泡聚氯乙烯中的一种或一种以上构成；所述多孔聚合物的形状为不规则颗粒、球状颗粒、片状颗粒、条状或螺旋状中的一种或一种以上的混合。
一种制备型钢超轻混凝土构件的方法，其特征在于：该方法包括依次进行的材料预备工序、注浆工序、养护工序、脱模工序以及节点连接构造安装工序；
所述材料预备工序包括型钢预备、芯材预备、浆料预备、饰面层材料预备以及节点连接构造预备；所述型钢预备包括对型钢进行调直、下料及钻孔，备用；所述芯材预备包括对轻质芯材进行下料及安装定位器，备用；所述浆料预备是指将用于制备超轻绝热混凝土层的物料按照预先设定的比例混合搅拌均匀，备用；所述饰面层材料预备是指对饰面层材料进行下料，备用；所述节点连接构造预备包括端部节点连接构造和/或侧部节点连接构造的下料、焊接以及迎火面包裹超轻绝热混凝土层，备用；
所述注浆工序包括以下依次进行的步骤：
①对模箱进行组装并将材料预备工序预备的饰面层材料装入模箱四周；
②将材料预备工序预备的浆料注入模箱至设定高度，形成底浆；
③将预备好的轻质芯材安装到型钢骨架中并在型钢骨架的节点连接构造安装部位固定嵌板和保护层垫块；
④将步骤③准备的型钢装入步骤②中浇好底浆的模箱中；
⑤闭模并将材料预备工序预备的浆料按预定压力压注至模箱中直至灌满模箱；
所述养护工序是指将完成注浆工序的模箱维持预定压力进行加压养护；
所述脱模工序是指将完成养护工序的模箱与模箱内的成品进行分离，去除固定嵌板和保护层垫块；
所述节点连接构造安装工序是指将材料预备工序预备的端部节点连接构造和/或侧部节点连接构造固定安装至型钢骨架的嵌板安装位置。
该方法还包括检验入库工序：所述检验入库工序包括检验安装端部连接部位的各项质量指标、标记合格构件、编号构件信息及入库。
较之现有技术而言，本发明具有以下优点：
(1)本发明提供的型钢超轻混凝土构件，通过以多孔聚合物为轻骨料的超轻绝热水泥混凝土改善钢结构的防火防腐性能，通过轻质芯材成孔造腔降低构件自身重量，不仅便于生产运输和施工，而且减轻建筑物或构筑物的自重，提高了抗震性能，同时也能满足防火、隔热保温、隔音和防水抗渗等使用功能；
(2)本发明提供的型钢超轻混凝土构件，型钢骨架以附着或埋入超轻混凝土的形式受到超轻混凝土约束，对构件的力学稳定性有益，还可依照工程需要通过计算确定构件的合理截面实现对结构的轻质高强和防火防锈蚀的优化设计；
(3)本发明提供的型钢超轻混凝土构件，超轻混凝土不仅可以成为延缓型钢骨架锈蚀的保护层，而且还是提高构件耐火时限达到防火要求的有效隔热层；在火灾过程中不被烧毁，使构件不失稳定性、整体性和隔热性，此外超轻混凝土层的强度较高，在运输过程中不会被损坏，可直接在工厂内完成生产，实现批量化生产以降低制造成本；
(4)本发明提供的型钢超轻混凝土构件，通过具有胎模功能的轻质芯材在超轻混凝土成型时实现具有孔、洞、槽或一定形状的空腔，极大地改善了构件的力学性能和工程适用性能且可按照设计功能的需要确定是否将胎模芯材从构件中清除掉，为构件实现轻量化提供了可靠途径，使建(构)筑物自重与木结构接近，从而低了构件满足抗震的含钢量，也避免了构件运输过程对起重运输设备和路桥的较大荷载要求，节省工程费用；
(5)本发明提供的型钢超轻混凝土构件，由于超轻混凝土具有良好的绝热性能，便于实现建筑节能与结构一体化技术，只要按照地区节能要求通过计算合理确定构件相关构造即可实现，能方便有效地改善房屋的热工品质以真正达到节能效果；
(6)本发明提供的型钢超轻混凝土构件，构件上位于建筑装修部分的表面可在构件成型过程中复合需要的饰面构造和建筑造型，也可预埋或预装水电管线及器件，为实现房屋工厂化生产和全装配施工提供一条切实可行和科学先进的途径；
(7)本发明提供的型钢超轻混凝土构件，由于可以大量使用固体废物，包括冰箱拆解产生的发泡聚胺脂、包装废弃发泡聚苯乙烯、鞋材废弃发泡聚乙烯、电厂粉煤灰和湿排渣、适用的矿山尾矿粉、还有城市改造产生的旧房拆除建筑垃圾，而且生产施工过程中又无三废排放，对开展综合利用节能环保具有切实有效和明显的可持续发展作用；
(8)本发明提供的型钢超轻混凝土构件，可实现设计标准化、生产工厂化和施工装配化，不仅符合产业政策、建设投资少、生产成本低、回报快，而且生产和施工装备已经成熟可靠、推广应用十分容易，是建筑界改善我国房屋现状实现建筑产业化的理想选择，对边穷村镇改善住房尤其适用，对路桥和其它工程也具有同样意义；
(9)本发明提供的型钢超轻混凝土构件的制备方法，能方便快捷地生产出产品，不仅工艺简单，而且制造成本低，能实现批量化生产。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明型钢超轻混凝土构件的三维结构示意图；
图2是本发明型钢超轻混凝土构件的主视图；
图3是图2的俯视图；
图4是图2的A-A剖视图；
图5是图3的B-B剖视图；
图6是用纵梁节点连接构造连接各个构件的三维示意图；
图7是图6中纵梁节点连接构造的三维示意图。
图中符号说明：1、型钢骨架，2、轻质芯材，3、超轻绝热混凝土层，4、侧部节点连接构造，4-1、型钢连接板，4-2、连接空间一，5、端部节点连接构造，5-1、型钢连接套，5-2、隔板，5-3、连接空间二，5-4、梁座，5-5连接空间三，6、饰面层。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明内容进行详细说明：
如图1－图7所示，为本发明提供的一种型钢超轻混凝土构件，其特征在于：包括型钢骨架1、设置于型钢骨架1内腔的用于造孔或造腔的轻质芯材2以及包裹于型钢骨架1外表面且填充于型钢骨架1和轻质芯材2之间空腔的超轻绝热混凝土层3。所述型钢骨架1可以是圆钢、扁钢、钢管、钢板、角钢、槽钢、H型钢、工字钢、T型钢、Z型钢、冷弯薄壁型钢、焊接异型钢等的一种或一种以上组合而成。所述型钢骨架1并不局限于图中所示结构形状，具体实施时，还可采用其它各种结构。
所述轻质芯材2在构件成型过程中，埋置于构件内部形成孔洞以符合箱梁、空心板、空心柱等留孔洞的要求，达到既减轻构件自重又能改善传热和隔声性能的效果。轻质芯材2在构件中的形状、材质和位置依照建筑和结构设计功能要求确定。所述轻质芯材2可以采用多孔聚合物、植物渣屑、矿棉、岩棉、玻璃棉、发泡水泥、膨化蛭石、玻化微珠的一种或一种以上组成的制品。
为了方便构件之间进行连接，所述型钢超轻混凝土构件的数量为两节以上，它还包括连接于相邻两型钢超轻混凝土构件的端部之间的端部节点连接构造5和/或连接于其中一个型钢超轻混凝土构件的侧部与另一型钢超轻混凝土构件的端部之间的侧部节点连接构造4，所述型钢骨架1上用来与端部节点连接构造或侧部节点连接构造连接的部位外表面不包裹超轻绝热混凝土层3。
为了方便一个型钢超轻混凝土构件侧部与另一型钢超轻混凝土构件端部的连接，如图1所示，所述侧部节点连接构造4包括与型钢骨架1侧部焊接为一体的型钢连接板4-1以及包裹于型钢连接板4-1外表面的超轻绝热混凝土层3，所述型钢连接板4-1上设有用于放置另一型钢超轻混凝土构件端部的连接空间一4-2。所述侧部节点连接构造4并不局限于图中所示结构形状，具体实施时，可根据横向型钢超轻混凝土构件的形状采用其它各种形状。
为了方便两个型钢超轻混凝土构件端部的连接，如图6、图7所示，所述端部节点连接构造5包括型钢连接套5-1、设置于型钢连接套5-1中部的隔板5-2以及包裹于型钢连接套5-1外表面的超轻绝热混凝土层3，所述隔板5-2将型钢连接套5-1分隔为两个分别用于放置相邻两型钢超轻混凝土构件端部的连接空间二5-3。
为了能在端部节点连接构造上再连接其它型钢超轻混凝土构件的端部，所述端部节点连接构造5还包括1-4个焊接固定于型钢连接套5-1侧面的梁座5-4以及包裹于梁座5-4外表面的超轻绝热混凝土层3，所述梁座5-4内设置有用于放置另一型钢超轻混凝土构件端部的连接空间三5-5。
为了保护构件表面不被损坏，同时更美观，所述型钢超轻混凝土构件外表面设有用于保护和装饰构件的饰面层6。所述饰面层6在构件表面依照抗渗、防水、防火、隔热、保温、吸音、隔声要求不同的建筑设计功能选用适用的材料。饰面层5可以是水泥砂浆、彩色水泥砂浆、陶瓷块材、金属饰面板、玻璃块材、石膏板以及硅钙板的一种或一种以上组合搭配而成。
所述超轻绝热混凝土层3主要由多孔聚合物、水泥、石粉、或粉煤灰、水及减水引气早强剂按照以下配合比配制而成的：
添加石粉或粉煤灰是为了降低成本，具体实施时，可视当地石粉或粉煤灰的资源状况和所选用水泥品种确定是否添加以及添加的量。
所述引气减水早强剂由松香酸钠或十二烷基硫酸钠或木质素磺酸盐构成。
所述多孔聚合物由模塑成型的发泡聚苯乙烯、挤塑成型的发泡聚苯乙烯、发泡聚胺酯、发泡聚乙烯或发泡聚氯乙烯中的一种或一种以上构成；所述多孔聚合物的形状为不规则颗粒、球状颗粒、片状颗粒、条状或螺旋状中的一种或一种以上的混合。
下表1为采用发泡聚苯乙烯颗粒1m3、525水涨280-350kg、石粉0-55kg、水85-120kg、引气剂、和减水早强剂配制实例及其检测效果：
表1
下表2提供了本发明型钢超轻混凝土构件与传统建筑构件的对比数据：
表2
超轻绝热混凝土层3的厚度应同时满足以下二项要求：一是为防止钢材锈蚀的混凝土保护层最小厚度的现行国家相关规范要求；二是具有防止火灾过程中钢构件温升过高的绝热层最小热阻的厚度要求。超轻绝热混凝土层的厚度应满足上述两种要求中的较大值。
保护层厚度应按相关规定确定，绝热层厚度可以运用高斯误差补函数一次积分数值通过下式计算确定：
式中:
ierfc(u)是高斯误差补函数的一次积分
cc——超轻绝热混凝土的比热容，取1.4J/g·℃
λ——超轻绝热混凝土的导热系数，取0.09J/s·m·℃
ρ——超轻绝热混凝土的容重，取450Kg/m3
δ——超轻绝热混凝土保护层的厚度，单位：m
tw——火灾过程中钢构件容许的最高温度，取350℃
t0——构件使用环境温度，取18℃
tb——构件在火灾过程中热环境的平均计算温度。
τ——构件在火灾过程中的耐火時限，单位：秒
计算示例1：
取耐火時限τ＝1.0h＝3600s，tb＝925℃，tw＝350℃，t0＝18℃
查表知：
可得：δ＝0.015m＝15mm
计算示例2：
取耐火時限τ＝2.0h＝7200s，tb＝1029℃，tw＝350℃，t0＝18℃
查表知：
可得：δ＝0.024m＝24mm。
一种制备型钢超轻混凝土构件的方法，其特征在于：该方法包括依次进行的材料预备工序、注浆工序、养护工序、脱模工序以及节点连接构造安装工序；
所述材料预备工序包括型钢预备、芯材预备、浆料预备、饰面层材料预备以及节点连接构造预备；所述型钢预备包括对型钢进行调直、下料及钻孔，备用；所述芯材预备包括对轻质芯材2进行下料及安装定位器，备用；所述浆料预备是指将用于制备超轻绝热混凝土层3的物料按照预先设定的比例混合搅拌均匀，备用；所述饰面层材料预备是指对饰面层材料进行下料，备用；所述节点连接构造预备包括端部节点连接构造5和/或侧部节点连接构造4的下料、焊接以及迎火面包裹超轻绝热混凝土层3，备用；
所述注浆工序包括以下依次进行的步骤：
①对模箱进行组装并将材料预备工序预备的饰面层材料装入模箱四周；
②将材料预备工序预备的浆料注入模箱至设定高度，形成底浆；
③将预备好的轻质芯材2安装到型钢骨架1中并在型钢骨架1的节点连接构造安装部位固定嵌板和保护层垫块；
④将步骤③准备的型钢装入步骤②中浇好底浆的模箱中；
⑤闭模并将材料预备工序预备的浆料按预定压力压注至模箱中直至灌满模箱；
所述养护工序是指将完成注浆工序的模箱维持预定压力进行加压养护；
所述脱模工序是指将完成养护工序的模箱与模箱内的成品进行分离，去除固定嵌板和保护层垫块；
所述节点连接构造安装工序是指将材料预备工序预备的端部节点连接构造5和/或侧部节点连接构造4固定安装至型钢骨架1的嵌板安装位置。
该方法还包括检验入库工序：所述检验入库工序包括检验安装端部连接部位的各项质量指标、标记合格构件、编号构件信息及入库。
上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种型钢超轻混凝土构件，其特征在于：包括型钢骨架(1)、设置于型钢骨架(1)内腔的用于造孔或造腔的轻质芯材(2)以及包裹于型钢骨架(1)外表面且填充于型钢骨架(1)和轻质芯材(2)之间空腔的超轻绝热混凝土层(3)。
2.根据权利要求1所述的型钢超轻混凝土构件，其特征在于：所述型钢超轻混凝土构件的数量为两节以上，它还包括连接于相邻两型钢超轻混凝土构件的端部之间的端部节点连接构造(5)和/或连接于其中一个型钢超轻混凝土构件的侧部与另一型钢超轻混凝土构件的端部之间的侧部节点连接构造(4)，所述型钢骨架(1)上用来与端部节点连接构造或侧部节点连接构造连接的部位外表面不包裹超轻绝热混凝土层(3)。
3.根据权利要求2所述的型钢超轻混凝土构件，其特征在于：所述侧部节点连接构造(4)包括与型钢骨架(1)侧部焊接为一体的型钢连接板(4-1)以及包裹于型钢连接板(4-1)外表面的超轻绝热混凝土层(3)，所述型钢连接板(4-1)上设有用于放置另一型钢超轻混凝土构件端部的连接空间一(4-2)。
4.根据权利要求2所述的型钢超轻混凝土构件，其特征在于：所述端部节点连接构造(5)包括型钢连接套(5-1)、设置于型钢连接套(5-1)中部的隔板(5-2)以及包裹于型钢连接套(5-1)外表面的超轻绝热混凝土层(3)，所述隔板(5-2)将型钢连接套(5-1)分隔为两个分别用于放置相邻两型钢超轻混凝土构件端部的连接空间二(5-3)。
5.根据权利要求4所述的型钢超轻混凝土构件，其特征在于：所述端部节点连接构造(5)还包括1-4个焊接固定于型钢连接套(5-1)侧面的梁座(5-4)以及包裹于梁座(5-4)外表面的超轻绝热混凝土层(3)，所述梁座(5-4)内设置有用于放置另一型钢超轻混凝土构件端部的连接空间三(5-5)。
6.根据权利要求1所述的型钢超轻混凝土构件，其特征在于：所述型钢超轻混凝土构件外表面设有用于保护和装饰构件的饰面层(6)。
7.根据权利要求1所述的型钢超轻混凝土构件，其特征在于：所述超轻绝热混凝土层(3)主要由多孔聚合物、水泥、石粉、或粉煤灰、水及减水引气早强剂按照以下配合比配制而成的：
8.根据权利要求7所述的型钢超轻混凝土构件，其特征在于：所述引气减水早强剂由松香酸钠或十二烷基硫酸钠或木质素磺酸盐构成。
9.根据权利要求7所述的型钢超轻混凝土构件，其特征在于：所述多孔聚合物由模塑成型的发泡聚苯乙烯、挤塑成型的发泡聚苯乙烯、发泡聚胺酯、发泡聚乙烯或发泡聚氯乙烯中的一种或一种以上构成；所述多孔聚合物的形状为不规则颗粒、球状颗粒、片状颗粒、条状或螺旋状中的一种或一种以上的混合。
10.一种制备权利要求1-9中任一项所述的型钢超轻混凝土构件的方法，其特征在于：该方法包括依次进行的材料预备工序、注浆工序、养护工序、脱模工序以及节点连接构造安装工序；
所述材料预备工序包括型钢预备、芯材预备、浆料预备、饰面层材料预备以及节点连接构造预备；所述型钢预备包括对型钢进行调直、下料及钻孔，备用；所述芯材预备包括对轻质芯材(2)进行下料及安装定位器，备用；所述浆料预备是指将用于制备超轻绝热混凝土层(3)的物料按照预先设定的比例混合搅拌均匀，备用；所述饰面层材料预备是指对饰面层材料进行下料，备用；所述节点连接构造预备包括端部节点连接构造(5)和/或侧部节点连接构造(4)的下料、焊接以及迎火面包裹超轻绝热混凝土层(3)，备用；
所述注浆工序包括以下依次进行的步骤：
①对模箱进行组装并将材料预备工序预备的饰面层材料装入模箱四周；
②将材料预备工序预备的浆料注入模箱至设定高度，形成底浆；
③将预备好的轻质芯材(2)安装到型钢骨架(1)中并在型钢骨架(1)的节点连接构造安装部位固定嵌板和保护层垫块；
④将步骤③准备的型钢装入步骤②中浇好底浆的模箱中；
⑤闭模并将材料预备工序预备的浆料按预定压力压注至模箱中直至灌满模箱；
所述养护工序是指将完成注浆工序的模箱维持预定压力进行加压养护；
所述脱模工序是指将完成养护工序的模箱与模箱内的成品进行分离，去除固定嵌板和保护层垫块；
所述节点连接构造安装工序是指将材料预备工序预备的端部节点连接构造(5)和/或侧部节点连接构造(4)固定安装至型钢骨架(1)的嵌板安装位置。
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