CN108529998A - 装配式建筑的新型抗震预制墙块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及装配式建筑技术领域,具体涉及装配式建筑的新型抗震预制墙块，包括板状的墙块，所述墙块一个侧边并排伸出有多个第一钩形钢筋，相对侧边并排伸出多个第二钩形钢筋，所述墙块一个侧边具有沿竖向的凹槽，所述第一或第二钩形钢筋位于该凹槽内，相邻墙块的第一、第二钩形钢筋在该凹槽内可构成“互”字形相扣，该相扣由竖向钢筋进行止回；所述凹槽上端槽壁具有缺口。墙块在建筑上拼装的时候，因为竖向钢筋构成的“互”字形相扣无法解脱，然后通过凹槽上的缺口在凹槽内浇筑混凝土或者填充隔热保温填料，不仅能够进一步增强墙块之间连接可靠性，还有效的隔绝高温、噪声等，提高了建筑的舒适性。

Description

装配式建筑的新型抗震预制墙块

技术领域

本发明涉及装配式建筑技术领域,具体涉及装配式建筑的新型抗震预制墙块。

背景技术

装配式建筑是指用预制的构件在工地装配而成的建筑。这种建筑的优点是建造速度快，受气候条件制约小，节约劳动力并可提高建筑质量。每个人都将可以自己设计搭建自己的房子，墙体是可反复拆卸的，可以重复利用不会由于拆墙而产生建筑垃圾。

但是现有的装配式建筑技术上还存在两个难点，一方面是传统水泥的硬化时间过长，对于建造速度快、生产成本较低的装配式建筑来说，已经无法匹配，需要研发适合的快干水泥来配套使用。

另一方面，由于墙块之间可进行拆卸组装，墙块的连接处作为应力的集中位置，墙块之间的连接结构对提高建筑的安全性能起到极为重要的意义。现有的装配式建筑的墙块，由于在拼接缝处通常采用螺栓、螺钉连接，或者混凝土浇筑为一体。这些方案都属于刚性连接，在遭遇地震等灾害时，连接处无法有效的释放应力，导致墙体变形，严重时甚至会出现墙块破损垮塌的情况，这就埋下了巨大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供装配式建筑的新型抗震预制墙块，该墙块能提高装配式建筑的抗震性能。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：装配式建筑的新型抗震预制墙块，墙块呈板状，所述墙块的板面呈方形，墙块由混凝土浇筑而成，混凝土内部设置钢筋龙骨；所述墙块一个侧边并排伸出有多个第一钩形钢筋，相对侧边并排伸出多个第二钩形钢筋，第一和第二钩形钢筋的钩形水平相对、位置高低错落、且分别与钢筋龙骨连接为一体；在第一和第二钩形钢筋的钩形根部附近分别焊接有沿墙块高度方向延伸的竖向钢筋，所述墙块一个侧边具有沿竖向的凹槽，所述第一或第二钩形钢筋位于该凹槽内，相邻墙块的第一、第二钩形钢筋在该凹槽内可构成“互”字形相扣，该相扣由竖向钢筋进行止回；所述凹槽上端槽壁具有缺口。

优选的，所述墙块上端面和下端面边分别均匀设置有垂直于板面向外的连接耳片，连接耳片与钢筋龙骨焊接，连接耳片与墙块边缘结合部外侧具有向板面突出的弯曲，连接耳板外端具有连接孔。

优选的，所述第一钩形钢筋和第二钩形钢筋的钩形角度在30°～60°之间。

优选的，所述凹槽的端面和槽壁上侧部分设置有石棉垫，该石棉垫是预制墙块时铺在模具内一体预制加工上去的。

本发明的墙块在建筑上拼装的时候，相邻墙块上的第一钩形钢筋和第二钩形钢筋虽然位置高低错落，但因为竖向钢筋的存在而在凹槽内构成“互”字形相扣，这种相扣在钩形钢筋的钩形不被破坏的情况下是无法解开的。然后通过凹槽上的缺口在凹槽内浇筑混凝土或者填充隔热保温填料，不仅能够进一步增强墙块之间连接可靠性，还有效的隔绝高温、噪声等，提高了建筑的舒适性。墙块与构造柱结合的部位，第一钢钩形筋深入构造柱内，第二钩形钢筋处的凹槽容纳构造柱钢筋深入，都能与构造柱一起浇筑连接，与构造柱的结合也更紧密，非常适合现在装配式建筑梁柱现浇、墙板预制的技术潮流和思路。

同时，普通混凝土不能完全匹配装配式墙块预制的需求：现有快干水泥虽然硬化时间短，但一般是通过牺牲其力学性能作为代价的，且随着时间的增长，快干水泥较普通水泥更容易形成裂缝，整体性能大幅降低。另外，快干水泥中也常加入单宁酸作为高效减水剂，以提高水泥分散性，改善混凝土流动性，减少水泥用量。如公布号为：106750076A中就介绍了将单宁酸作为减水剂在水泥中的应用。但这类对单宁酸的应用，并不能增加快干水泥的自愈合功能和力学性能。

故本发明对混凝土进行了改进，获得了自愈合、快干、高强度混凝土，包括如下重量的组分：

硫铝酸盐水泥34％～50％，粉煤灰25％～35％，聚羧酸高效减水剂1％～2％,酚醛树脂16％～25％，螯合钙离子后单宁酸7％～14％，碱性催化剂1％～2％。

自愈合、快干、高强度混凝土的制备，包括下述步骤：

(1)将10g单宁酸在25℃加入到100mL饱和CaCl₂水溶液中，等待溶液中析出沉淀不再增加，过滤沉淀干燥后得到螯合钙离子的单宁酸；

(2)将螯合钙离子的单宁酸加入到酚醛树脂原料中，加入碱性催化剂K₂CO₃，搅拌混匀后升温到40℃，反应1h；

(3)在上述产物加入硫铝酸盐水泥，粉煤灰，聚羧酸高效减水剂，搅拌混匀后加入水并充分搅拌，既得到具有快干，高强度，自愈合性能的混凝土。

上述过程10g单宁酸与其他反应物只是比例关系，不是每批次仅能加工这么多原料。

本发明的自愈合、快干、高强度混凝土具有如下优势：

1、通过在水泥中加入酚醛树脂来提高水泥的强度，同时酚醛树脂在常温下固化缓慢，容易形成外部已经硬化而内部还未硬化的现象，一旦有裂缝产生，硬化层破裂，未硬化的部分流动修补裂缝后硬化，可起到自愈合作用。

2、本发明还利用酚醛树脂的特性，在酚醛树脂中混入螯合有大量钙离子的单宁酸，硬化层破裂后，螯合有钙离子的单宁酸释放出大量钙离子，生成碳酸钙进行沉积，与酚醛树脂联合修复出现的裂缝，起到单一酚醛树脂修复方式无法达到的效果。

3、释放了钙离子的单宁酸本身也属于一种酚类，可以参与形成一种立体结构的酚醛树脂，与钙离子一起对裂缝进行修复。不仅起到了更好的修复效果，还有效利用了单宁酸，防止未反应的组分在材料中残留和浪费。

附图说明

图1为墙块的结构示意图；

图2为相邻墙块拼装状态下的俯视结构示意图；

图3为图2中凹槽内钢筋部分的央视结构示意图；

图4是连接耳板的结构示意图；

图5是图2中第一钩形钢筋和第二钩形钢筋装配过程示意图。

具体实施方式

结合图1-4所示的装配式建筑的新型抗震预制墙块，墙块呈板状10，所述墙块的板面呈方形，墙块10由混凝土浇筑而成，混凝土内部设置钢筋龙骨40。如图1、2，所述墙块10右侧并排伸出有多个第一钩形钢筋20，左侧并排伸出多个第二钩形钢筋30，第一和第二钩形钢筋20、30分别与钢筋龙骨40焊接或者捆扎为一体，一起预制加工而成，通常加工的时候钩形钢筋还是直的，方便预制加工，混凝土硬化后弯曲钢筋成钩形钢筋。

第一和第二钩形钢筋20、30的悬伸端如图2中所示的水平相对，也就是钩形相对。第一和第二钩形钢筋20、30如图1展示的位置高低错落，避免装配的时候第一钩形钢筋20和第二钩形钢筋30直接抵触而无法装配到位。在第一和第二钩形钢筋20、30的靠近钩形弯曲处、也就是钩子根部附近分别焊接有沿墙块10高度方向延伸的竖向钢筋21、31。所述墙块10一个侧边具有沿竖向的凹槽，所述第一或第二钩形钢筋30位于该凹槽内，所述凹槽上端槽壁具有缺口60。相邻墙块的第一、第二钩形钢筋20、30在该凹槽内可构成“互”字形相扣，该相扣由竖向钢筋21、31进行止回。

因为相邻墙块10上的第一钩形钢筋20和第二钩形钢筋30虽然位置高低错落且钩形相对，又有竖向钢筋21、31的存在，所述如图2所示，左侧的墙块10向右移动的时候，第一、第二钩形钢筋20、30的外端分别要被竖向钢筋31和21阻挡而弹性弯曲，继续向右钩形钢筋20、30外端划过竖向钢筋31、21后恢复外形，此时想要将左侧的墙块10向左退出的话，竖向钢筋21、31就会阻挡钩形钢筋30、20。也就是第一、第二钩形钢筋20、30在凹槽内构成“互”字形相扣，这种相扣在钩形钢筋20、30的钩形不被破坏的情况下是无法解开的。所述第一钩形钢筋20和第二钩形钢筋30的钩形角度在30°～60°之间，这样的角度最有利于发挥钩形的最大相扣力。

实践中，不同粗细钢筋的钩形弯曲角度、钩形钢筋长度适应性调整，以保证第一钩形钢筋20和第二钩形钢筋30的长度适配。长度适配也例如是：两钩形钢筋20、30的钩形对称、且在墙块宽度方向的伸出长度之和大于凹槽深度加至少2个左右钢筋的粗细，即可满足要求。

钢筋装配到位后，通过凹槽上的缺口60在凹槽内浇筑混凝土或者填充隔热保温填料，不仅能够进一步增强墙块10之间连接可靠性，还有效隔绝高温、噪声等，提高了建筑的舒适性。最好在所述凹槽的端面和槽壁上侧部分设置有石棉垫50，这样避免墙块10装配和搬运中损坏凹槽的槽壁。该石棉垫50是预制墙块10时铺在模具内一体预制加工上去的，加工更方便。具体是支模具过程先在凹槽的槽壁顶面和侧壁内上部的位置设置石棉垫50，然后浇筑混凝土即可获得。

相应的，预制和墙块装配方法通常按如下步骤：

加工预制墙块10用的钢筋龙骨40，并在钢筋龙骨40上布置向墙块10宽度方向的一侧边并排伸出的第一钢筋20，向相对侧边并排伸出多个第二钢筋30，第一和第二钢筋20、30的位置高低错落，水平位置分别相离于墙块20厚度的中心，以便后续弯折后构成钩形相对的形状；

在钢筋龙骨40外支模具，浇筑混凝土，使第一钢筋20和第二钢筋30由模具上的孔伸出，并在第二钢筋30处预设凹槽，混凝土上凹槽顶端具有缺口60；

混凝土硬化后将第一钢筋20和第二钢筋30分别相向弯折呈30-60°的锐角状，构成第一钩形钢筋20和第二钩形钢筋30，分别在钩形根部焊接竖向钢筋21、31；

将预制好的墙块10布置到建筑上，相邻墙块第一钩形钢筋20与第二钩形钢筋30相对，然后相向抵拢，使得第一和第二钩形钢筋20、30的自由端分别被竖向钢筋31、21阻挡而弹性变形后划过竖向钢筋31、21，并被竖向钢筋31、21止回而形成“互”字形配合，再将相邻墙块10抵拢对齐；由凹槽上的缺口60向凹槽内浇筑混凝土或者填料进行填充。

更好的，所述墙块10上端面和下端面边分别均匀设置有垂直于板面向外的连接耳片11，连接耳片11与钢筋龙骨40焊接，连接耳片11与墙块10边缘结合部外侧具有向墙块板面突出的弯曲12，连接耳板外端具有连接孔13。通过连接耳板11可以实现墙块的初步连接，尤其是在凹槽内浇筑混凝土或者填充料之前固定墙块10位置，确保浇筑中墙块不位移。弯曲12的设置一方面起到连接耳片11本身结构加强的作用，同时装配和使用中墙块10的侧向力可以由该弯曲进行缓冲和变形吸收，避免直接对螺钉、螺栓或者混凝土与连接耳片11结合部造成应力集中。

加工方法是：加工钢筋龙骨40的时候，在墙块10底部和顶部位置分别设置连接耳片11，并分别与钢筋龙骨40焊接；连接耳片11与墙块10边缘结合部外侧预先加工具有向墙块板面突出的弯曲12，连接耳板外侧预先加工有连接孔13。在建筑上装配的时候，相邻墙块10抵拢对齐后先利用连接耳片11和膨胀螺栓将墙块初步固定。

本发明提供的混凝土的制备方法为：

(1)按重量份数，将1～2份单宁酸在25℃加入到10份饱和CaCl₂水溶液中，待溶液中不再析出沉淀后，过滤，将沉淀干燥，得到螯合钙离子的单宁酸。

(2)按重量份数，将7～14份的螯合钙离子单宁酸加入到16～25份酚醛树脂中，加入1～2份碱性催化剂，搅拌混匀后升温到40℃，反应1h。再加入硫铝酸盐水泥34～50份，粉煤灰25～35份，聚羧酸高效减水剂1～2份，搅拌混匀后加入水并充分搅拌即可；本步骤所述各组分重量总计100份。

其中，使用芳香烃酚类和所有醛类构成的酚醛树脂均可，为方便操作，下述各实施例中使用苯酚和甲醛构成的酚醛树脂，该酚醛树脂中，按摩尔量单体配比，苯酚：甲醛＝0.8:1。

下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的阐释。

实施例

按上述方法制备等量的15组混凝土，所有组分都用重量百分数表示，具体组分配比如表1所示。其中，为了操作方便、节约成本，本发明全文的碱性催化剂均采用K₂CO₃作为碱性催化剂；聚羧酸高效减水剂均采用TOJ800-10A；但常规碱性催化剂和聚羧酸高效减水剂均能达到发明目的。

表1各实施例具体组分

为进一步验证本发明的效果，分别对对比例1～2，以及实施例1～13进行检测，检测内容包括混凝土短期抗压强度测试，混凝土愈合能力测试，测试方法如下：

(1)混凝土短期抗压强度测试：水灰比为0.3，20℃保湿养护，抗压强度标准采用JGJ52-2006。结果如表2所示。

表2混凝土短期抗压强度效果展示

从表2可以看出：实施例1～13的1天抗压强度和3天抗压强度明显优于对比例1～2，说明酚醛树脂和螯合钙离子的单宁酸的共同添加对混凝土的早期强度增加起到了良好作用。而实施例2～3相比于实施例1的早期强度大幅增加说明酚醛树脂的添加对混凝土的早期强度增强起主要作用。实施例4～5相比于实施例1强度也有所提升，说明螯合钙离子的单宁酸对混凝土的强度有一定增强。实施例6～7相比于实施例1强度也有所提升，说明粉煤灰的添加对混凝土的强度也有提升作用。实施例8～11相比于实施例1强度有所降低，可能是因为添加碱性催化剂、减水剂的增加无法显著提升混凝土强度，还导致水泥比例降低，从而抗压强度降低。实施例12的组合下可达到最优抗压强度，但实施例13相对于实施例12，虽然酚醛树脂和螯合钙离子的单宁酸的量相同，但抗压强度有所降低，有可能是水泥添加量过低导致。

(2)混凝土愈合能力测试：将各组混凝土在20℃条件下养护28天后，将每组混凝土分为2个处理，一个处理用钉子在中心位置戳孔，而后取出钉子，造成预制损伤；另一个处理不戳孔。而后，将15组共30个处理再一起在20℃下保湿养护28天，再分别测定各处理的抗压强度，通过抗压强度的恢复情况来表征愈合能力。抗压强度标准采用JGJ52-2006。具体效果如表3所示。

表3混凝土愈合能力效果展示

从表3可以看出：实施例1～13养护后均出现了抗压强度回升的现象，表明了酚醛树脂和螯合钙离子的单宁酸的添加对混凝土的裂缝修复起有显著作用。其中实施例12的愈合能力最强。

另外，缺少酚醛树脂的对比例1，其自愈能力非常差，证明酚醛树脂确实是自愈合能力的关键指标；缺少螯合钙离子的单宁酸的对比例2，愈合能力也显著低于其余实施例各组，证明酚醛树脂和螯合钙离子的单宁酸确实发挥了联合作用。

本发明混凝土的在加工装配式建筑预制墙块时的使用方法参考现有硫铝酸盐水泥，没有特殊处理要求，都能展示相应的优越性能。

Claims (6)

1.装配式建筑的新型抗震预制墙块，墙块呈板状，其特征在于：所述墙块由混凝土浇筑而成，混凝土内部设置钢筋龙骨；所述墙块一个侧边并排伸出有多个第一钩形钢筋，相对侧边并排伸出多个第二钩形钢筋，第一和第二钩形钢筋的钩形水平相对、位置高低错落，且分别与钢筋龙骨连接为一体；在第一和第二钩形钢筋的钩形根部附近分别焊接有沿墙块高度方向延伸的竖向钢筋，所述墙块一个侧边具有沿竖向的凹槽，相邻墙块的第一、第二钩形钢筋在该凹槽内可构成“互”字形相扣，该相扣由竖向钢筋进行止回；所述凹槽上端槽壁具有缺口。

2.根据权利要求1所述的装配式建筑的新型抗震预制墙块，其特征在于：所述墙块上端面和下端面边分别均匀设置有垂直于板面向外的连接耳片，连接耳片与钢筋龙骨焊接，连接耳片与墙块边缘结合部外侧具有向板面突出的弯曲，连接耳板外端具有连接孔。

3.根据权利要求1所述的装配式建筑的新型抗震预制墙块，其特征在于：所述第一钩形钢筋和第二钩形钢筋的钩形角度在30°～60°之间。

4.根据权利要求1所述的装配式建筑的新型抗震预制墙块，其特征在于：所述凹槽的端面和槽壁上侧部分设置有石棉垫，该石棉垫是预制墙块时铺在模具内一体预制加工上去的。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的装配式建筑的新型抗震预制墙块，其特征在于：所述混凝土为自愈合、快干、高强度混凝土，包括如下重量的组分：硫铝酸盐水泥34％～50％，粉煤灰25％～35％，聚羧酸高效减水剂1％～2％,酚醛树脂16％～25％，螯合钙离子后单宁酸7％～14％，碱性催化剂1％～2％。

6.根据权利要求1所述的装配式建筑的新型抗震预制墙块，其特征在于：所述自愈合、快干、高强度混凝土的制备步骤包括：

(1)将重量为1～2份的单宁酸在25℃加入到10份饱和CaCl₂水溶液中，等待溶液中析出沉淀不再增加，过滤沉淀干燥后得到螯合钙离子的单宁酸；

(2)将螯合钙离子的单宁酸加入到酚醛树脂原料中，加入碱性催化剂K₂CO₃，搅拌混匀后升温到40℃，反应1h；

(3)在上述产物加入硫铝酸盐水泥，粉煤灰，聚羧酸高效减水剂，搅拌混匀后加入水并充分搅拌，既得到具有快干，高强度，自愈合性能的混凝土。