CN105781141B - 一种用于混凝土受弯构件加固的纤维编织网增强水泥基复合板材及其制作方法 - Google Patents

一种用于混凝土受弯构件加固的纤维编织网增强水泥基复合板材及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于混凝土受弯构件加固的纤维编织网增强水泥基复合板材及其制作方法，包括预应力纤维编织网(1)、抗剪短切钢纤维(2)、钢纤维增强水泥基体(3)、普通水泥基体(4)；所述抗剪短切钢纤维(2)垂直插在预应力纤维编织网(1)的网格孔洞中；所述钢纤维增强水泥基体(3)浇筑在该复合板材板顶和板底保护层处；所述普通水泥基体(4)浇筑在预应力纤维编织网(1)各层之间；所述预应力纤维编织网(1)为碳纤维编织网或玻璃纤维编织网。用该复合板材加固混凝土受弯构件，有效地解决了体外粘贴FRP加固时纤维材料易受力剥离的问题。该复合板材具有延缓开裂、增大延性、充分发挥纤维材料高强特性的优势。

Description

一种用于混凝土受弯构件加固的纤维编织网增强水泥基复合 板材及其制作方法
技术领域
本发明涉及建筑结构加固技术领域，特别涉及到一种用于混凝土受弯构件加固的纤维编织网增强水泥基复合板材及其制作方法。
背景技术
近年来，随着我国经济的飞速发展，各类建筑物承受的荷载日益增大，再加上建筑物自身老化、各种自然灾害和人为损伤等原因，既有建筑不断产生各种安全隐患。据保守估计，我国现有钢筋混凝土建筑面积中，约40％以上需要分期分批地进行鉴定和加固，可见对建筑结构进行补强加固必将成为建筑行业的一个重要分支。因此，开发研究可靠的建筑结构的补强加固技术非常必要，具有重要的社会效益和巨大的经济效益。在目前众多的建筑结构加固技术中，体外粘贴FRP加固法以其独特的优势得到了广泛应用，这种加固方式的优势表现为：轻质高强、加固后基本不增加原构件的尺寸、耐腐蚀性能好等特点。但这种加固方式也存在不足之处，比如易受力剥离、加固效果与结构胶的性能密切相关、直接暴露在空气中其耐久性不能确保。
申请号为201310547509.3的专利申请公开了一种基于混凝土受弯构件加固的复合板材：将纤维材料预张拉，在纤维材料上涂抹一定厚度的高强砂浆，形成复合板材，然后与被加固结构粘贴。这种复合板材虽然可以克服因混凝土表面的不平整而导致纤维材料在结构受力后产生的剥离破坏，但由于预应力施加在板底纤维处，释放预应力后会造成复合板材向上拱曲变形，使该板上表面受拉产生裂纹，该板材也不易粘贴到混凝土表面上，增大了施工难度。
为了克服上述问题，急需开发一种新型的纤维材料与水泥基复合的加固板材。
发明内容
本发明的目的就是提供一种用于混凝土受弯构件加固的纤维编织网增强水泥基复合板材及其制作方法，通过将纤维编织网对称施加预应力布置在水泥基体中，并结合短切钢纤维的“抗剪销栓作用”、“桥联作用”形成复合板材，然后与被加固构件粘贴。从而有效解决纤维材料易发生剥离破坏的问题和预应力施加不对称造成的板面开裂问题。
为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种用于混凝土受弯构件加固的纤维编织网增强水泥基复合板材，包括预应力纤维编织网、抗剪短切钢纤维、钢纤维增强水泥基体、普通水泥基体；参见图1所示。
进一步的，抗剪短切钢纤维垂直插在预应力纤维编织网的网格孔洞中；钢纤维增强水泥基体浇筑在该复合板材板顶和板底保护层处；普通水泥基体浇筑在预应力纤维编织网各层之间；预应力纤维编织网为碳纤维编织网或玻璃纤维编织网。
进一步的，预应力纤维编织网沿厚度方向对称铺设在复合板材中，与板中面对称的纤维编织网具有相同预应力，预应力值不低于纤维编织网极限强度的20％。
进一步的，钢纤维增强水泥基体中钢纤维的体积掺量控制在1％-1.5％。
进一步的，钢纤维增强水泥基体和普通水泥基体中的砂子粒径均不超过预应力纤维编织网较短网格尺寸的1/2。
本发明的工作机理简述如下：
为了改善复合板材性能，进而提高加固效果，本发明采取如下方法：①纤维编织网对称布置并施加预应力，释放预应力时，板材受到均匀的预压力，从而有效地提高板材的开裂荷载；②将抗剪短切钢纤维垂直插在预应力纤维编织网网格孔洞中，利用钢纤维与纤维编织网之间的“抗剪销栓作用”提高纤维编织网与水泥基体之间的粘结力，有利于两者协同受力，从而有效地提高板材的极限承载能力，参见附图2所示；③钢纤维增强水泥基体利用钢纤维在裂缝处的“桥联作用”延缓裂缝的发展，减小裂缝宽度，增大延性，参见图3所示。
本发明具有以下优点：本发明复合板材能够有效地延缓开裂、增大延性、充分发挥纤维材料的高强特性。采用该复合板材加固混凝土受弯构件，能显著提高构件的承载力、整体刚度和耐久性，达到良好的加固效果。
附图说明
附图1为本发明复合板材(布置三层纤维网)的剖面示意图。
附图2为钢纤维“抗剪销栓作用”提高复合板材受力性能的原理图。
附图3为钢纤维“桥联作用”增大复合板材延性的示意图。
附图4为本发明实施例1的复合板材剖面示意图。
附图5为本发明实施例2的复合板材剖面示意图。
图中：1-预应力纤维编织网，2-抗剪短切钢纤维，3-钢纤维增强水泥基体，4-普通水泥基体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明，并给出实施例。
如附图1所示为一种用于混凝土受弯构件加固的纤维编织网增强水泥基复合板材及其制作方法，包括以下步骤：
1)将模具精确放平；
2)布置底层定位条，其厚度与板底保护层厚度一致；
3)制备钢纤维增强水泥基体(3)，并将其浇筑在模板上，直至底层定位条上表面处，作为板底保护层；钢纤维增强水泥基体(3)的制备方法为：按配比在搅拌机内放入水泥、粉煤灰、硅灰、砂子、钢纤维慢搅1分钟，然后加入水、减水剂继续慢搅4分钟；
4)布置各层纤维编织网：将底层纤维编织网放置在底层定位条之上，在各层纤维编织网之间布置新的定位条，使纤维编织网沿板材厚度方向对称布置；
5)将各层纤维编织网固定、绷紧并施加预应力；
6)制备普通水泥基体(4)，并将其浇筑在预应力纤维编织网(1)之上，轻微振捣保证水泥基体充分渗入到纤维编织网各层之间，将普通水泥基体浇筑至顶层纤维编织网处；普通水泥基体(4)的制备方法为：按配比在搅拌机内放入水泥、粉煤灰、硅灰、砂子慢搅1分钟，然后加入水、减水剂继续慢搅4分钟；
7)将抗剪短切钢纤维(2)垂直插入到预应力纤维编织网(1)的网格孔洞中；
8)布置顶层定位条，其厚度与板顶保护层厚度一致；
9)在顶层纤维编织网之上浇筑钢纤维增强水泥基体(3)，直至顶层定位条上表面处，作为板顶保护层；
10)将已浇筑基体轻微振捣并抹平表面；
11)待水泥基体抗压强度达到标准值的70％后释放预应力，拆模并进行适当养护。
实施例1
如附图4所示，一种用于混凝土受弯构件加固的纤维编织网增强水泥基复合板材及其制作方法，包括以下步骤：
1)将模具精确放平，模具尺寸为2100mm×150mm×25mm(长×宽×高)；
2)布置5mm厚底层定位条；
3)制备钢纤维增强水泥基体(3)，并将其浇筑在模板上5mm厚，作为板底保护层；钢纤维增强水泥基体(3)的配合比为：52.5硅酸盐水泥800kg/m3，超细粉煤灰100kg/m3，硅灰100kg/m3，粒径0-0.6mm的硅砂800kg/m3，粒径0.6-1.2mm的硅砂400kg/m3，钢纤维85kg/m3，水286kg/m3，减水剂2.0kg/m3；钢纤维增强水泥基体(3)的制备方法为：按配比在搅拌机内放入水泥、粉煤灰、硅灰、砂子、钢纤维慢搅1分钟，然后加入水、减水剂继续慢搅4分钟；
4)将纤维编织网放置在底层定位条之上；纤维编织网采用网格尺寸为5mm×5mm的碳纤维编织网，纤维网经过环氧树脂浸渍处理且彻底干燥后使用，经表面处理的碳纤维的极限强度为0.5kN/根；
5)将纤维编织网固定、绷紧并施加3kN的预张力；
6)将抗剪短切钢纤维(2)垂直插入到预应力纤维编织网(1)的网格孔洞中；
7)在预应力纤维编织网(1)之上布置5mm厚顶层定位条；
8)在预应力纤维编织网(1)之上浇筑5mm厚钢纤维增强水泥基体(3)，作为板顶保护层；
9)将已浇筑基体轻微振捣并抹平表面；
10)3天后释放预应力，拆模并进行适当养护。
实施例2
如附图5所示，一种用于混凝土受弯构件加固的纤维编织网增强水泥基复合板材及其制作方法，包括以下步骤：
1)将模具精确放平，模具尺寸为2100mm×150mm×25mm(长×宽×高)；
2)布置3mm厚底层定位条；
3)制备钢纤维增强水泥基体(3)，并将其浇筑在模板上3mm厚，作为板底保护层；钢纤维增强水泥基体(3)的配合比为：52.5硅酸盐水泥800kg/m3，超细粉煤灰100kg/m3，硅灰100kg/m3，粒径0-0.6mm的硅砂800kg/m3，粒径0.6-1.2mm的硅砂400kg/m3，钢纤维85kg/m3，水286kg/m3，减水剂2.0kg/m3；钢纤维增强水泥基体(3)的制备方法为：按配比在搅拌机内放入水泥、粉煤灰、硅灰、砂子、钢纤维慢搅1分钟，然后加入水、减水剂继续慢搅4分钟；
4)将第一层纤维编织网放置在底层定位条之上，在第一、第二层纤维编织网之间布置3mm厚定位条；两层纤维编织网均采用网格尺寸为5mm×5mm的碳纤维编织网，纤维网经过环氧树脂浸渍处理且彻底干燥后使用，经表面处理的碳纤维的极限强度为0.5kN/根；
5)将两层碳纤维编织网固定、绷紧并施加6kN的预张力；
6)制备普通水泥基体(4)，并将其浇筑在预应力纤维编织网(1)之上，轻微振捣保证水泥基体充分渗入到两层纤维编织网之间，普通水泥基体浇筑至第二层纤维编织网处；普通水泥基体(4)的配合比为：52.5硅酸盐水泥800kg/m3，超细粉煤灰100kg/m3，硅灰100kg/m3，粒径0-0.6mm的硅砂800kg/m3，粒径0.6-1.2mm的硅砂400kg/m3，水286kg/m3，减水剂2.0kg/m3；普通水泥基体(4)的制备方法为：按配比在搅拌机内放入水泥、粉煤灰、硅灰、砂子慢搅1分钟，然后加入水、减水剂继续慢搅4分钟；
7)将抗剪短切钢纤维(2)垂直插入到预应力纤维编织网(1)的网格孔洞中；
8)在第二层纤维编织网之上布置3mm厚顶层定位条；
9)在第二层纤维编织网之上浇筑3mm厚钢纤维增强水泥基体(3)，作为板顶保护层；
10)将已浇筑基体轻微振捣并抹平表面。
11)3天后释放预应力，拆模并进行适当养护。

Claims (5)

1.一种用于混凝土受弯构件加固的纤维编织网增强水泥基复合板材，其特征在于，包括预应力纤维编织网(1)、抗剪短切钢纤维(2)、钢纤维增强水泥基体(3)、普通水泥基体(4)；所述抗剪短切钢纤维(2)垂直插在预应力纤维编织网(1)的网格孔洞中；所述钢纤维增强水泥基体(3)浇筑在该复合板材板顶和板底保护层处；所述普通水泥基体(4)浇筑在预应力纤维编织网(1)各层之间；所述预应力纤维编织网(1)为碳纤维编织网或玻璃纤维编织网。
2.根据权利要求1所述的一种用于混凝土受弯构件加固的纤维编织网增强水泥基复合板材，其特征在于，所述预应力纤维编织网(1)沿厚度方向对称铺设在复合板材中，与板中面对称的纤维编织网具有相同预应力，预应力值不低于纤维编织网极限强度的20％。
3.根据权利要求1所述的一种用于混凝土受弯构件加固的纤维编织网增强水泥基复合板材，其特征在于，所述钢纤维增强水泥基体(3)中钢纤维的体积掺量控制在1％-1.5％。
4.根据权利要求1所述的一种用于混凝土受弯构件加固的纤维编织网增强水泥基复合板材，其特征在于，所述钢纤维增强水泥基体(3)和普通水泥基体(4)中的砂子粒径均不超过预应力纤维编织网(1)较短网格尺寸的1/2。
5.根据权利要求1所述的一种用于混凝土受弯构件加固的纤维编织网增强水泥基复合板材采用的制作方法，其特征在于，将模具精确放平；布置底层定位条，其厚度与板底保护层厚度一致；制备钢纤维增强水泥基体(3)，并将其浇筑在模板上，直至底层定位条上表面处，作为板底保护层；布置各层纤维编织网：将底层纤维编织网放置在底层定位条之上，在各层纤维编织网之间布置新的定位条，使纤维编织网沿板材厚度方向对称布置；将各层纤维编织网固定、绷紧并施加预应力；制备普通水泥基体(4)，并将其浇筑在预应力纤维编织网(1)之上，轻微振捣保证水泥基体充分渗入到预应力纤维编织网各层之间，将普通水泥基体浇筑至顶层纤维编织网处；将抗剪短切钢纤维(2)垂直插入到预应力纤维编织网(1)的网格孔洞中；布置顶层定位条，其厚度与板顶保护层厚度一致；在顶层纤维编织网之上浇筑钢纤维增强水泥基体(3)，直至顶层定位条上表面处，作为板顶保护层；将已浇筑基体轻微振捣并抹平表面；待水泥基体抗压强度达到标准值的70％后释放预应力，拆模并进行适当养护。
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