CN106759874A - 一种环保型混凝土结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型混凝土结构，包括混凝土梁柱，还包括套设于混凝土梁柱外侧的套管，所述混凝土梁柱中还分散有纤维，所述纤维的烧毁温度不高于600℃。本案提供的混凝土结构能够保持持久的承载能力；本混凝土结构的耐高温破坏能力好。

Description

一种环保型混凝土结构

技术领域

本发明涉及建筑构件技术领域，特别是涉及一种环保型混凝土结构。

背景技术

梁柱作为建筑结构上的承重部件，主要用于承受横向力和剪力，工作过程中主要的变形形式是弯曲形变。钢筋混凝土梁作为梁柱结构的重要组成部分，其在现有建筑中得到了广泛的运用，钢筋混凝土梁内埋设的钢筋可使得其具有良好的抗剪性能，组成钢筋混凝土梁中的混凝土梁柱主要作为抗压部分。

现有技术中桁架结构与钢结构用于越来越多，同时建筑结构的高度越来越高、单体体积越来越大，建筑结构对抗震能力以及抗风荷载能力等的要求也越来越严格。这就使得建筑物对其上的梁柱结构的抗侧刚度以及承载能力等提出了更高要求。

现有技术中建筑物上梁柱结构往往会工作于复杂环境中，例如火灾环境、低温冻融环境、海水侵蚀环境(主要为硫酸盐侵蚀)等；同时，梁柱结构在承受这些复杂环境的同时也面临复杂荷载的作用(承受荷载的方向是不定的)，例如冲击荷载、静力荷载以及交变荷载等。

同时，现有技术中大量混凝土的应用给本来就脆弱的环境造成了更大的压力：形成了堆积建筑垃圾，造成粉尘四处弥漫，故大量使用的混凝土不利于社会的可持续发展。

针对上述梁柱结构在使用过程中的受力、受环境因素影响、废弃后影响环境等问题，目前一般仅针对个别单一情况作针对性处理，现有技术中还没有针对以上问题形成良好的解决方案。

发明内容

针对上述梁柱结构在使用过程中的受力、受环境因素影响、废弃后影响环境等问题，目前一般仅针对个别单一情况作针对性处理，现有技术中还没有针对以上问题形成良好的解决方案的问题，本发明提供了一种环保型混凝土结构。

本发明提供的一种环保型混凝土结构通过以下技术要点来解决问题：一种环保型混凝土结构，包括混凝土梁柱，还包括套设于混凝土梁柱外侧的套管，所述混凝土梁柱中还分散有纤维，所述纤维的烧毁温度不高于600℃。

具体的，以上设置的套管作为本混凝土结构的最外层，可起到减小混凝土梁柱与外界接触的机会或避免混凝土梁柱与外界接触，即起到实现杜绝混凝土梁柱与如硫酸盐等腐蚀性介质接触或减小接触机会的作用，达到保护混凝土梁柱的目的，以使得其能够保持持久的承载能力。

火灾温度和火灾时间是火灾的重要指标，以木屋火灾温度曲线为例，一般具有如下特征：第一阶段迅速升温：此过程为消耗室内氧气的过程，转变点为白烟变成黑烟，一般温度可上升至230℃左右；第二阶段缓慢升温：此时燃烧供氧不足，室内温度缓慢升高，转变点为温度曲线上出现迅速升温的拐点，一般温度可上升至300℃；第三阶段迅速升温：上述拐点的产生是因为建筑物出现开口，外部空气进入建筑物，使得燃烧加剧，温度可迅速升高至600℃；第四阶段迅速升温：此时建筑物外墙被烧穿，通风进一步加强，使得燃烧更为剧烈，温度迅速升高至1100℃。

以上纤维可采用诸如自然纤维中的竹纤维、棕榈纤维、蚕丝纤维等，亦可采用人造纤维中的聚乙烯纤维、聚丙烯纤维等。这样，由于所选纤维并非耐火纤维且在热环境中受热时，如在火灾环境下，在较低的温度下时即可被破坏，这样，纤维破坏之后在混凝土梁柱中造成内部空隙，可用于吸收温度应力造成的破坏能量，这样，本案提供的混凝土结构在火灾情况下，具有更不易被破坏的能力，即本混凝土结构具有更好的抗脆裂性能。

优选的，设置为以上套管为金属管，套管为金属管的限定，可使得套管还具有较好的承载力和抗侧刚度。

相较于混凝土梁柱，由于为金属材质的套管具有更好的传热能力，故采用套管作为本混凝土结构的最外层，在本混凝土结构使用环境中局部温度短时间过高或过低时，因为套管的传热，可减小其内侧的混凝土梁柱的局部温差，利于提高本混凝土结构的耐高温破坏和耐冻融破坏能力。

更进一步的技术方案为：

作为一种利于可持续发展、环境保护、同时能够得到一种对极限环境适应能力强、对复杂载荷耐受力好、满足较好的承载力要求和抗侧刚度要求的混凝土梁柱实现方案，所述混凝土梁柱的原料还包括如下组分：水泥、粉煤灰、水、砂、粗骨料及减水剂，所述粗骨料包括再生粗骨料，所述再生粗骨料由建筑垃圾中的混凝土破碎而成。本组分中，由于组成混凝土梁柱的原料中包括水泥和粉煤灰，这样，在所得混凝土遭受高温破坏后，可通过将混凝土浸水修复的方式，通过水泥水化和/或碱激发的修复方式，使得混凝土梁柱中混凝土部分的承载力恢复到原始值的70％-80％。以上浸水恢复即为将混凝土浸水超过28天后通风风干。

作为以上混凝土梁柱原料各组分相互关系的具体实现方案，所述混凝土梁柱各原料组分相互之间按如下重量比配比：水泥1份，粉煤灰0.25-0.26份，水0.337-0.4份，砂1.0-1.49份，天然粗骨料0-3.02份，再生粗骨料0-3.02份，减水剂0-0.00375份，且每立方米的混凝土梁柱中，添加0-8kg纤维。以上天然粗骨料及再生粗骨料分别为粗骨料中的一种，天然粗骨料即为由自然界开采得到的粒径大于5mm的骨料，如采至河床的小卵石。采用按照以上重量比配比，在混凝土梁柱的制作过程中，各组分混合均匀，不会出现分层离析状况，且搅拌过程中物料的流动性好，在进行浇注时亦能保持良好的混凝土流动性，浇筑完成后可得到密实的混凝土梁柱，同时具有良好的强度。

随着纤维添加比例的增高，以上组分中的水的量同纤维的比例增加而增加，目的是保持混凝土足够的流动性，能够达到一般自密实混凝土的要求，以及塌落度。

优选的，以上纤维采用纤维丝，以使得纤维能够更加均匀的弥散与混凝土梁柱中。

作为一种可在混凝土梁柱成形过程中，即可在其内部形成细小空隙，用于吸收混凝土梁柱上挤压破坏能量的实现方案，所述混凝土梁柱的原料中还包括引气剂。本案亦可有效提高本混凝土结构适应高温、冻融环境的能力。

所述混凝土梁柱中还埋设有加强筋，所述加强筋的长度方向沿着混凝土梁柱的长度方向，所述加强筋为空心管，且加强筋的中空区域与套管的外表面之间至少有一个进口和至少有一个出口，所述进口和出口均用于所述中空区域与套管的外表面之间的连通。

本结构中采用的加强筋，其形式根据具体运用时的受力情况，可采用不同的形式，如用作竖直设置的混凝土柱时，可采用圆管，作为横向设置的混凝土梁时，加强筋可采用截面呈长方形的矩形管。

以上结构中，相较于现有技术中混凝土梁柱中的加强筋，在相同材料用量的情况下，由于便于获得更大的加强筋截面面积或尺寸，可使得混凝土梁柱具有更好的抗剪、抗侧移性能；以上加强筋的中空区域可作为介质流道，如可作为通风、疏水、穿线用管道，这样，以上加强筋还可以作为建筑物上的排水、空气流通通道，可作为穿线管用。

还包括设置于加强筋局部位置中空区域内和/或加强筋局部位置壁面上的刚度加强部件。

设置的刚度加强部件用于使得沿着混凝土梁柱的长度方向，使得混凝土梁柱局部的刚度不等，这样，便于使得沿着混凝土梁柱的长度方向，混凝土梁柱局部的弹性模量、抗弯强度等不等，以上目的旨在实现通过人为的在先设置具体的混凝土梁柱，控制混凝土梁柱在使用过程中局部的刚性和弹性。这样，以上刚度加强部件在针对混凝土梁柱破坏点设计时，如控制地震中建筑物的倒塌方向和倒塌时间时，可通过所述刚度加强部件实现混凝土梁柱上局部位置应力集中。同时，以上刚度加强部件，也可针对混凝土梁柱具体的使用需要，控制混凝土梁柱使用过程中的局部位置变形幅度。

作为刚度加强部件的具体实现形式，所述刚度加强部件为填充于加强筋中空区域内的混凝土柱。

作为刚度加强部件的另一种具体实现形式，所述刚度加强部件为固定于加强筋外壁面上的型钢。

由于本加强筋为空心结构，在本混凝土结构使用过程中，相较于实心加强筋，本加强筋的截面受剪应力时更容易发生截面上的变形，为便于加强筋与混凝土梁柱部分两者结合的稳固性及便于两者之间的应力传递，所述加强筋的外壁面上还固定有多块支板，所述支板内嵌于混凝土梁柱中；

作为一种便于制作本结构的技术方案，所述支板沿着加强筋的长度方向布置，且各个支板的自由端均位于各自连接端的上方。本案中，在制作混凝土梁柱时，可通过先将加强筋固定于型腔中后，由各支板的上方灌充混凝土，可使得混凝土填满整个型腔区域。

进一步的，作为一种可通过支板起到混凝土梁柱防裂纹目的的技术方案，各个支板的自由端均位于混凝土梁柱外侧的边缘处。

无论是混凝土梁柱竖直、水平、倾斜设置时，其上的中空区域均可以被作为疏水、通气、穿线等的空间，故在混凝土梁柱的端面、侧面开设进口和出口均十分必要，作为一种可避免因为开设位于混凝土梁柱侧面的进口和出口，影响混凝土梁柱抗剪性能的技术方案，所述加强筋的中空区域与套管的侧面之间至少有一个进口和/或至少有一个出口，加强筋的中空区域与套管侧面的进口或出口均通过管道形成，所述管道的一端与构成加强筋的空心管相贯、另一端与套管的外侧面相交；

且加强筋上还固定有加强圈，所述加强圈用于对加强筋上开孔进行开孔补强，所述开孔为加强筋的中空区域与所述管道的连通通道。

为将加强筋的中空区域分隔开，使得不同区域具有不同的疏水、排气或布线等功能，还包括设置于加强筋中空区域内的管套，所述管套的长度方向与加强筋的长度方向平行。

作为一种便于保持套管在加强筋内位置、同时使得管套在作为区域分割部件的同时，亦可为混凝土梁柱的抗剪性能提供帮助的技术方案，还包括固定于加强筋中空区域内的管板，所述管板上设置有长度方向平行于加强筋长度方向的通孔，所述管套与所述通孔间隙配合。以上管套与管板的连接形式便于管套的安装，同时在管套作为穿线管时，穿线方便。

进一步的，所述套管的外壁上还涂覆有防腐涂料，所述防腐涂料为具有耐酸碱腐蚀性能的防腐涂料，用于避免套管过多的与水、氧气、一般腐蚀性介质接触。

本发明具有以下有益效果：

本案中设置的套管作为本混凝土结构的最外层，可起到减小混凝土梁柱与外界接触的机会或避免混凝土梁柱与外界接触，即起到实现杜绝混凝土梁柱与如硫酸盐等腐蚀性介质接触或减小接触机会的作用，达到保护混凝土梁柱的目的，以使得其能够保持持久的承载能力。

由于所选纤维并非耐火纤维且在热环境中受热时，如在火灾环境下，在较低的温度下时即可被破坏，这样，纤维破坏之后在混凝土梁柱中造成内部空隙，可用于吸收温度应力造成的破坏能量，这样，本案提供的混凝土结构在火灾情况下，具有更不易被破坏的能力。

附图说明

图1是本发明所述的一种环保型混凝土结构一个具体实施例的结构示意图。

图中的编号依次为：1、混凝土梁柱，2、加强筋，3、支板，4、刚度加强部件，5、进口，6、出口，7、管板，8、管套，9、套管。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下实施例。

实施例1：

如图1所示，一种环保型混凝土结构，包括混凝土梁柱1，还包括套设于混凝土梁柱1外侧的套管9，所述混凝土梁柱1中还分散有纤维，所述纤维的烧毁温度不高于600℃。

具体的，以上设置的套管9作为本混凝土结构的最外层，可起到减小混凝土梁柱1与外界接触的机会或避免混凝土梁柱1与外界接触，即起到实现杜绝混凝土梁柱1与如硫酸盐等腐蚀性介质接触或减小接触机会的作用，达到保护混凝土梁柱1的目的，以使得其能够保持持久的承载能力。

以上纤维可采用诸如自然纤维中的竹纤维、棕榈纤维、蚕丝纤维等，亦可采用人造纤维中的聚乙烯纤维、聚丙烯纤维等。这样，由于所选纤维并非耐火纤维且在热环境中受热时，如在火灾环境下，在较低的温度下时即可被破坏，这样，纤维破坏之后在混凝土梁柱1结构中造成内部空隙，可用于吸收温度应力造成的破坏能量，这样，本案提供的混凝土结构在火灾情况下，具有更不易被破坏的能力。

本实施例中，套管9采用金属管，套管9为金属管的限定，可使得套管9还具有较好的承载力和抗侧刚度。

相较于混凝土梁柱1，由于为金属材质的套管9具有更好的传热能力，故采用套管9作为本混凝土结构的最外层，在本混凝土结构使用环境中局部温度短时间过高或过低时，因为套管9的传热，可减小其内侧的混凝土梁柱1的局部温差，利于提高本混凝土结构的耐高温破坏和耐冻融破坏能力。

实施例2：

如图1所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：更进一步的技术方案为：

作为一种利于可持续发展、环境保护、同时能够得到一种对极限环境适应能力强、对复杂载荷耐受力好、满足较好的承载力要求和抗侧刚度要求的混凝土梁柱1实现方案，所述混凝土梁柱1的原料还包括如下组分：水泥、粉煤灰、水、砂、粗骨料及减水剂，所述粗骨料包括再生粗骨料，所述再生粗骨料由建筑垃圾中的混凝土破碎而成。

作为以上混凝土梁柱1原料各组分相互关系的具体实现方案，所述混凝土梁柱1各原料组分相互之间按如下重量比配比：水泥1份，粉煤灰0.25-0.26份，水0.337-0.4份，砂1.0-1.49份，天然粗骨料0-3.02份，再生粗骨料0-3.02份，减水剂0-0.00375份，且每立方米的混凝土梁柱1中，添加0-8kg纤维。以上天然粗骨料及再生粗骨料分别为粗骨料中的一种，天然粗骨料即为由自然界开采得到的粒径大于5mm的骨料，如采至河床的小卵石。采用按照以上重量比配比，在混凝土梁柱1的制作过程中，各组分混合均匀，不会出现分层离析状况，且搅拌过程中物料的流动性好，在进行浇注时亦能保持良好的混凝土流动性，浇筑完成后可得到密实的混凝土梁柱1，同时具有良好的强度。

优选的，以上纤维采用纤维丝，以使得纤维能够更加均匀的弥散与混凝土梁柱1中。

作为一种可在混凝土梁柱1成形过程中，即可在其内部形成细小空隙，用于吸收混凝土梁柱1上挤压破坏能量的实现方案，所述混凝土梁柱1的原料中还包括引气剂。本案亦可有效提高本混凝土结构适应高温、冻融环境的能力。

实施例3：

本实施例在实施例1的基础上对本案作进一步限定，如图1所示，所述混凝土梁柱1中还埋设有加强筋2，所述加强筋2的长度方向沿着混凝土梁柱1的长度方向，所述加强筋2为空心管，且加强筋2的中空区域与套管9的外表面之间至少有一个进口5和至少有一个出口6，所述进口5和出口6均用于所述中空区域与套管9的外表面之间的连通。

本结构中采用的加强筋2，其形式根据具体运用时的受力情况，可采用不同的形式，如用作竖直设置的混凝土柱时，可采用圆管，作为横向设置的混凝土梁时，加强筋2可采用截面呈长方形的矩形管。

以上结构中，相较于现有技术中混凝土梁柱1中的加强筋2，在相同材料用量的情况下，由于便于获得更大的加强筋2截面面积或尺寸，可使得混凝土梁柱1具有更好的抗剪、抗侧移性能；以上加强筋2的中空区域可作为介质流道，如可作为通风、疏水、穿线用管道，这样，以上加强筋2还可以作为建筑物上的排水、空气流通通道，可作为穿线管用。

还包括设置于加强筋2局部位置中空区域内和/或加强筋2局部位置壁面上的刚度加强部件4。

设置的刚度加强部件4用于使得沿着混凝土梁柱1的长度方向，使得混凝土梁柱1局部的刚度不等，这样，便于使得沿着混凝土梁柱1的长度方向，混凝土梁柱1局部的弹性模量、抗弯强度等不等，以上目的旨在实现通过人为的在先设置具体的混凝土梁柱1，控制混凝土梁柱1在使用过程中局部的刚性和弹性。这样，以上刚度加强部件4在针对混凝土梁柱1破坏点设计时，如控制地震中建筑物的倒塌方向和倒塌时间时，可通过所述刚度加强部件4实现混凝土梁柱1上局部位置应力集中。同时，以上刚度加强部件4，也可针对混凝土梁柱1具体的使用需要，控制混凝土梁柱1使用过程中的局部位置变形幅度。

作为刚度加强部件4的具体实现形式，所述刚度加强部件4为填充于加强筋2中空区域内的混凝土柱。

作为刚度加强部件4的另一种具体实现形式，所述刚度加强部件4为固定于加强筋2外壁面上的型钢。

由于本加强筋2为空心结构，在本混凝土结构使用过程中，相较于实心加强筋2，本加强筋2的截面受剪应力时更容易发生截面上的变形，为便于加强筋2与混凝土梁柱1部分两者结合的稳固性及便于两者之间的应力传递，所述加强筋2的外壁面上还固定有多块支板3，所述支板3内嵌于混凝土梁柱1中；

作为一种便于制作本结构的技术方案，所述支板3沿着加强筋2的长度方向布置，且各个支板3的自由端均位于各自连接端的上方。本案中，在制作混凝土梁柱1时，可通过先将加强筋2固定于型腔中后，由各支板3的上方灌充混凝土，可使得混凝土填满整个型腔区域。

进一步的，作为一种可通过支板3起到混凝土梁柱1防裂纹目的的技术方案，各个支板3的自由端均位于混凝土梁柱1外侧的边缘处。

无论是混凝土梁柱1竖直、水平、倾斜设置时，其上的中空区域均可以被作为疏水、通气、穿线等的空间，故在混凝土梁柱1的端面、侧面开设进口5和出口6均十分必要，作为一种可避免因为开设位于混凝土梁柱1侧面的进口5和出口6，影响混凝土梁柱1抗剪性能的技术方案，所述加强筋2的中空区域与套管9的侧面之间至少有一个进口5和/或至少有一个出口6，加强筋2的中空区域与套管9侧面的进口5或出口6均通过管道形成，所述管道的一端与构成加强筋2的空心管相贯、另一端与套管9的外侧面相交；

且加强筋2上还固定有加强圈，所述加强圈用于对加强筋2上开孔进行开孔补强，所述开孔为加强筋2的中空区域与所述管道的连通通道。

为将加强筋2的中空区域分隔开，使得不同区域具有不同的疏水、排气或布线等功能，还包括设置于加强筋2中空区域内的管套8，所述管套8的长度方向与加强筋2的长度方向平行。

作为一种便于保持套管9在加强筋2内位置、同时使得管套8在作为区域分割部件的同时，亦可为混凝土梁柱1的抗剪性能提供帮助的技术方案，还包括固定于加强筋2中空区域内的管板7，所述管板7上设置有长度方向平行于加强筋2长度方向的通孔，所述管套8与所述通孔间隙配合。以上管套8与管板7的连接形式便于管套8的安装，同时在管套8作为穿线管时，穿线方便。

本实施例中，套管9和加强筋2均为钢管。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种环保型混凝土结构，包括混凝土梁柱(1)，其特征在于，还包括套设于混凝土梁柱(1)外侧的套管(9)，所述混凝土梁柱(1)中还分散有纤维，所述纤维的烧毁温度不高于600℃。

2.根据权利要求1所述的一种环保型混凝土结构，其特征在于，所述混凝土梁柱(1)的原料还包括如下组分：水泥、粉煤灰、水、砂、粗骨料及减水剂，所述粗骨料包括再生粗骨料，所述再生粗骨料由建筑垃圾中的混凝土破碎而成。

3.根据权利要求2所述的一种环保型混凝土结构，其特征在于，所述混凝土梁柱(1)各原料组分相互之间按如下重量比配比：水泥1份，粉煤灰0.25-0.26份，水0.337-0.4份，砂1.0-1.49份，天然粗骨料0-3.02份，再生粗骨料0-3.02份，减水剂0-0.00375份，且每立方米的混凝土梁柱(1)中，添加0-8kg纤维。

4.根据权利要求2所述的一种环保型混凝土结构，其特征在于，所述混凝土梁柱(1)的原料中还包括引气剂。

5.根据权利要求1所述的一种环保型混凝土结构，其特征在于，所述混凝土梁柱(1)中还埋设有加强筋(2)，所述加强筋(2)的长度方向沿着混凝土梁柱(1)的长度方向，所述加强筋(2)为空心管，且加强筋(2)的中空区域与套管(9)的外表面之间至少有一个进口(5)和至少有一个出口(6)，所述进口(5)和出口(6)均用于所述中空区域与套管(9)的外表面之间的连通。

6.根据权利要求5所述的一种环保型混凝土结构，其特征在于，还包括设置于加强筋(2)局部位置中空区域内和/或加强筋(2)局部位置壁面上的刚度加强部件(4)。

7.根据权利要求5所述的一种环保型混凝土结构，其特征在于，所述加强筋(2)的外壁面上还固定有多块支板(3)，所述支板(3)内嵌于混凝土梁柱(1)中；

所述支板(3)沿着加强筋(2)的长度方向布置，且各个支板(3)的自由端均位于各自连接端的上方。

8.根据权利要求5所述的一种环保型混凝土结构，其特征在于，所述加强筋(2)的中空区域与套管(9)的侧面之间至少有一个进口(5)和/或至少有一个出口(6)，加强筋(2)的中空区域与套管(9)侧面的进口(5)或出口(6)均通过管道形成，所述管道的一端与构成加强筋(2)的空心管相贯、另一端与套管(9)的外侧面相交；

且加强筋(2)上还固定有加强圈，所述加强圈用于对加强筋(2)上开孔进行开孔补强，所述开孔为加强筋(2)的中空区域与所述管道的连通通道。

9.根据权利要求5所述的一种环保型混凝土结构，其特征在于，还包括设置于加强筋(2)中空区域内的管套(8)，所述管套(8)的长度方向与加强筋(2)的长度方向平行。

10.根据权利要求9所述的一种环保型混凝土结构，其特征在于，还包括固定于加强筋(2)中空区域内的管板(7)，所述管板(7)上设置有长度方向平行于加强筋(2)长度方向的通孔，所述管套(8)与所述通孔间隙配合。