CN105401695A - 一种新型复合型frp筋 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型复合型FRP筋，包括FRP筋、设于FRP筋中心的钢绞线以及缠绕粘接固定在FRP筋外层的碳纤维带，所述钢绞线通过热固性树脂加热固化在所述FRP筋中，所述碳纤维带通过热固性树脂加热固化在所述FRP筋上。本发明的新型复合型FRP筋，通过在FRP筋中心设置钢绞线且共同加热固化在一起，使钢绞线与纤维束能够共同受力，FRP筋保护位于中心的钢绞线免受腐蚀，钢绞线显著提高了FRP筋的弹性模量与抗剪强度，同时，碳纤维带固化在FRP筋上，由于碳纤维束具有很高的抗碱腐蚀性能，在碱腐蚀后仍可保持较好的粘结锚固性能，新型复合型FRP筋具有较高的弹性模量、抗剪强度和耐碱腐蚀后的粘结锚固性能，更加适于用作混凝土构件的纵向受力钢筋。

Description

一种新型复合型FRP筋
技术领域
本发明涉及一种新型复合型纤维增强聚合物（FiberReinforcedPolymer，简称FRP）筋，尤其是一种用于土木工程混凝土构件的复合型FRP筋。
背景技术
钢筋混凝土结构作为最重要的结构形式之一，在土木工程领域得到了广泛的应用。但工程实践表明，在化冰盐、化工厂和海港等侵蚀环境中，钢筋易受到腐蚀并引起混凝土的胀裂，导致混凝土结构发生耐久性问题。FRP筋具有轻质高强、低松弛、良好的抗疲劳性能和耐腐蚀性能，特别是耐氯离子腐蚀等优点，尤其适用于氯离子环境中的混凝土结构。当FRP筋用作纵筋、箍筋或预应力筋时，能够显著提高混凝土构件的承载力和耐久性能。
FRP筋由具有抗拉作用的连续纤维束和具有粘结作用的聚合物基体两部分组成，聚合物基体为加热固化后的热固性树脂，FRP筋属于各向异性材料，抗剪强度远小于其抗拉强度。当FRP筋用于混凝土受弯构件时，特别是作为有粘结预应力筋使用时，其在弯剪段承受较大拉应力的同时，还受到较大的剪力。因此，混凝土受弯构件的纵向FRP筋在弯剪段可能发生脆性的受剪破坏。普通的FRP筋弹性模量较低，其混凝土受弯构件的刚度往往较小，在正常使用阶段挠度偏大。同时，普通的FRP筋采用尼龙绳或塑料绳缠绕成肋，在混凝土的碱性环境中易受到腐蚀，影响FRP筋与混凝土的粘结性能。
为改善FRP筋的缺陷，国内外已进行了相关研究，现有的观点是在FRP筋内添加钢绞线、钢筋等钢材。但现有技术中钢材与FRP的协同工作性能较差，且外层缠绕成肋材料的碱腐蚀问题并未得到解决，FRP筋仍然存在碱环境中粘结锚固性能较差的问题。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种碱环境中粘结锚固性能好、弹性模量和抗剪强度高的新型复合型FRP筋。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种新型复合型FRP筋，包括FRP筋、设于FRP筋中心的钢绞线以及缠绕粘接固定在FRP筋外层的碳纤维带，所述钢绞线通过热固性树脂加热固化在所述FRP筋中，所述碳纤维带通过热固性树脂加热固化在所述FRP筋上。
优选的，所述钢绞线采用标准抗拉强度为1720MPa的镀锌钢绞线，所述FRP筋中的纤维束采用连续的玻璃纤维束、玄武岩纤维束或碳纤维束，所述碳纤维带采用TEX为300的碳纤维束。
优选的，所述FRP筋中，所述纤维束与加热固化后的热固性树脂基体的体积比为2.4:1。
优选的，所述钢绞线在新型复合型FRP筋中的体积率为14.05%、20.15%或27.30%。
优选的，所述碳纤维带缠绕固定在所述FRP筋上形成凹陷肋。
优选的，所述凹陷肋的肋间距和肋深分别为18mm和2.1mm。
本发明的新型复合型FRP筋，通过在FRP筋中心设置钢绞线且共同加热固化在一起，使钢绞线与纤维束能够共同受力，FRP筋保护位于中心的钢绞线免受腐蚀，钢绞线显著提高了FRP筋的弹性模量与抗剪强度，同时，碳纤维带固化在FRP筋上，由于碳纤维束具有很高的抗碱腐蚀性能，在碱腐蚀后仍可保持较好的粘结锚固性能，FRP筋、钢绞线以及碳纤维带牢牢结合成一个整体，相互支持，共同受力，协同作用，使得新型复合型FRP筋具有较高的弹性模量、抗剪强度和耐碱腐蚀后的粘结锚固性能，更加适于用作混凝土构件的纵向受力钢筋。
附图说明
图1是本发明实施例中新型复合型FRP筋的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例，如图1所示，一种新型复合型FRP筋，包括FRP筋1、设于FRP筋中心的钢绞线2以及缠绕粘接固定在FRP筋外层的碳纤维带3，钢绞线2通过热固性树脂加热固化在FRP筋1中，碳纤维带3通过热固性树脂加热固化在FRP筋1上，钢绞线采用标准抗拉强度为1720MPa的镀锌钢绞线，所述FRP筋中的纤维束采用连续的玻璃纤维束、玄武岩纤维束或碳纤维束，所述碳纤维带采用TEX为300的碳纤维束，FRP筋中，所述纤维束与加热固化后的热固性树脂基体的体积比为2.4:1，钢绞线在新型复合型FRP筋中的体积率为14.05%、20.15%或27.30%，碳纤维带缠绕固定在所述FRP筋上形成凹陷肋，凹陷肋的肋间距和肋深分别为18mm和2.1mm。
本实施例的新型复合型FRP筋，通过在FRP筋中心设置钢绞线且共同加热固化在一起，使钢绞线与纤维束能够共同受力，FRP筋保护位于中心的钢绞线免受腐蚀，钢绞线显著提高了FRP筋的弹性模量与抗剪强度，同时，碳纤维带固化在FRP筋上，由于碳纤维束具有很高的抗碱腐蚀性能，在碱腐蚀后仍可保持较好的粘结锚固性能，FRP筋、钢绞线以及碳纤维带牢牢结合成一个整体，相互支持，共同受力，协同作用，使得新型复合型FRP筋具有较高的弹性模量、抗剪强度和耐碱腐蚀后的粘结锚固性能，更加适于用作混凝土构件的纵向受力钢筋。
为了验证新型复合型FRP筋的弹性模量、抗剪强度和碱腐蚀后的粘结性能。郑州大学新型建材与结构研究中心根据实施例所述，生产了一批直径16mm的FRP筋。利用万能电液伺服试验机，对钢绞线体积率分别为0%、14.05%、20.15%和27.30%的4组FRP筋，每组5根，进行抗拉和抗剪试验，试验结果见表1。将钢绞线体积率为14.05%的2组FRP筋（表面分别缠绕尼龙绳和碳纤维束），每组5根，放入碱溶液，碱溶液的组成为1L无离子水中含有118.5gCa(OH)2、0.9gNaOH、4.2gKOH，常温下保持150d后，采用300mm长的粘结式锚具测试其粘结锚固性能，试验结果见表2。
表1新型复合型FRP筋的力学性能试验结果
表2新型复合型FRP筋碱溶液腐蚀后的粘结锚固性能
试验结果表明，钢绞线对新型复合型FRP筋的抗拉强度影响不大，但显著提高了FRP筋的弹性摸量和抗剪强度，且新型复合型FRP筋在达到其抗剪强度峰值后，仍有后期强度和变形能力；FRP筋在碱溶液腐蚀后，采用碳纤维束缠绕凹肋的新型复合型FRP筋具有更好的粘结锚固性能。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种新型复合型FRP筋，其特征在于:包括FRP筋、设于FRP筋中心的钢绞线以及缠绕粘接固定在FRP筋外层的碳纤维带，所述钢绞线通过热固性树脂加热固化在所述FRP筋中，所述碳纤维带通过热固性树脂加热固化在所述FRP筋上。
2.根据权利要求1所述的一种新型复合型FRP筋，其特征在于：所述钢绞线采用标准抗拉强度为1720MPa的镀锌钢绞线，所述FRP筋中的纤维束采用连续的玻璃纤维束、玄武岩纤维束或碳纤维束，所述碳纤维带采用TEX为300的碳纤维束。
3.根据权利要求2所述的一种新型复合型FRP筋，其特征在于：所述FRP筋中，所述纤维束与加热固化后的热固性树脂基体的体积比为2.4:1。
4.根据权利要求1所述的一种新型复合型FRP筋，其特征在于：所述钢绞线在新型复合型FRP筋中的体积率为14.05%、20.15%或27.30%。
5.根据权利要求1～4所述的一种新型复合型FRP筋，其特征在于：所述碳纤维带缠绕固定在所述FRP筋上形成凹陷肋。
6.根据权利要求5所述的一种新型复合型FRP筋，其特征在于：所述凹陷肋的肋间距和肋深分别为18mm和2.1mm。
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