CN108797892A - 一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模及其制备方法，该免拆柱模板包括空心超高性能混凝土层和玻璃纤维网格，在空心超高性能混凝土层的内表面有抗剪凸块；其制备方法如下：1)依据柱设计信息，确定免拆柱模板的形状参数及玻璃纤维网格参数；2)依据免拆模板形状参数设计获得内翻模、外翻模几何参数；3)利用增材制造技术制作出内翻模，之后将玻璃纤维网格固定于内翻模上；4)利用增材制造技术制作出外翻模，与内翻模组合形成整体；5)向内翻模和外翻模之间浇筑超高性能混凝土；6)养护并拆模，获得所述的玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模。该免拆模板适用于个性化建筑曲形柱的制造，整体性好、成本低、耐久性能优异、制造方便。

Description

一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模及其制备方法，属于土木工程中组合柱结构技术领域。

背景技术

近年来，快速发展的中国经济进一步的提高了人民的审美水平，传统规整的建筑风格难以满足城市多元化发展的要求，追求建筑的个性化成为一个新的需求。以扎哈·哈迪德为代表的一部分高水平建筑师，擅长大胆运用空间和几何结构而备受国内市场推崇，广州大剧院、南京青奥中心等都是这类极具建筑个性的代表作。而曲线是建筑师表达设计理念的重要手段，在传统现浇施工法中，如何对这些复杂曲形构件进行支模浇筑是一个难题，施工的困难往往极大制约了建筑师设计发挥的空间。

此外，现浇施工法由于漏振导致的构件表面出现麻面、蜂窝、露筋等质量问题较为普遍，整体结构质量难以保证，严重影响结构耐久性。同时，现场支模占据了大量的结构造价和劳动用量，施工周期长、生产效率低、工人劳动强度高，也产生大量建筑垃圾。免拆模板，即在混凝土结构浇筑完成后不再进行模板拆卸工作，区别于胶合板模板临时使用的特点，免拆模板不仅仅是浇筑混凝土的成型工具，也是使用阶段的受力构件。其与后浇筑的混凝土结构复合并组合为共同受力构件，能够充分利用材料，具有简化施工工序、改善劳动条件、减少模板支撑、节省人工用量和加快施工进度等优点。免拆模板的工厂预制模板-现场浇筑混凝土的建造模式，能提高整体结构施工质量与耐久性，是符合国家建筑工业化发展方向，缓解建筑行业劳动力短缺问题，践行可持续发展观的可行模式。

UHPC(ultra-high performance concrete)全称是超高性能混凝土，是以水泥、矿物掺和料等活性粉末材料、细骨料、外加剂、高强度钢纤维、水等原料生产的超高强增韧混凝土，具有高强度、高韧性、高耐久性、高阻裂性、收缩徐变小和体积稳定性良好等优良特性，但成本较高，一般能达到普通混凝土的数十倍，制约了其进一步的应用发展。

中国在审专利CN106223544A公开了一种超高性能混凝土柱永久模板及其制备方法，该模板包括空心柱状超高性能混凝土层，内置于超高性能混凝土层中的钢筋笼，并在超高性能混凝土层的内表面有深度不低于5mm的凹痕以增强超高性能混凝土与后浇核心混凝土之间的粘结力。利用超高性能混凝土较高的强度和致密性从而提高构件的性能和耐久性。但其钢筋笼置于超高性能混凝土中，核心为素混凝土，因而超高性能混凝土层较厚，成本不低，且钢筋保护层最小只有10mm，对其耐久性的影响存疑。另外，其公布的模板及其制备方法只针对圆柱或方柱截面，无法制备具有复杂造型的柱免拆模板。

发明内容

技术问题：本发明的目的旨在提出一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模及其制备方法，该方法制造方便，可定制化程度高，同时成本较低，适用于工厂化生产，降低施工现场工作量，减少工期，提高结构质量和耐久性。

技术方案：本发明提供了一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模，该免拆柱模板包括空心超高性能混凝土层和内置于空心超高性能混凝土层层壁中的玻璃纤维网格，所述的空心超高性能混凝土层的横截面形状为空心方形、空心圆形、空心椭圆形或空心自由曲面形状，且其横截面形状和尺寸沿空心超高性能混凝土层高度方向变化或不变化。

其中：

所述空心超高性能混凝土层的内表面有高度不小于6mm的抗剪凸块。

所述的抗剪凸块的形状包括但不限于长方体、半球体或者四面体等形式。

所述空心超高性能混凝土层的抗压强度不小于100MPa，抗拉强度不小于5MPa，且其厚度不小于20mm，且空心超高性能混凝土层中的混凝土具有自密实性能，坍落扩展度不小于550mm。

所述内置于空心超高性能混凝土层层壁中的玻璃纤维网格，是指在空心超高性能混凝土层层壁中，沿层壁圆周方向设置有玻璃纤维网格，且玻璃纤维网格的层数为一层或多层，且其层间间距不小于2mm。

所述的玻璃纤维网格的网孔孔径不小于10mm。

所述的超高性能混凝土中添加的钢纤维单根长度小于所述玻璃纤维网格网孔孔径。

本发明还提供了一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

1)依据柱设计信息，确定免拆柱模板的形状参数及玻璃纤维网格参数；

2)依据免拆模板形状参数设计获得内翻模、外翻模几何参数；

3)利用增材制造技术制作出内翻模，之后将玻璃纤维网格固定于内翻模上；

4)利用增材制造技术制作出外翻模，与内翻模组合形成整体；

5)向内翻模和外翻模之间浇筑超高性能混凝土；

6)养护并拆模，获得所述的玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模。

其中：

所述的内翻模相对外翻模的一侧有深度不小于6mm的凹块。

所述增材制造技术为石蜡基3D打印技术。

所述养护并拆模是指利用大于90℃热水进行养护，以提高超高性能混凝土性能，且利用石蜡具有较低熔点的特点，在热水养护同时融化石蜡继而脱模。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明解决了复杂造型柱模成型问题，能大幅缩减支模难度和制造周期，提高制造精度与质量；

(2)本发明加入玻璃纤维网格来增强超高性能混凝土，以有序玻璃纤维替代部分无序钢纤维，从而在不影响超高性能混凝土力学性能的前提下尽可能减少钢纤维掺量，降低了施工难度，同时玻璃纤维较高的强度，进一步提高模壳的受力性能；

(3)本发明保证了核心钢筋混凝土保护层厚度大于20mm，利用超高性能混凝土致密性和较大的开裂荷载，能大幅提高构件的耐久性；

(4)本发明解决了由于超高性能混凝土收缩导致的拆模困难，同步进行拆模与养护工序，简化流程，并实现3D打印材料石蜡回收再利用，节约资源并降低成本；

(5)本发明免拆模板成型后内表面有一体抗剪构件，并且可依据柱设计信息与使用工况于设计时针对优化调整抗剪构件大小形状及分布，能提高组合柱的整体受力性能而无需增加额外工序；

(6)本发明的玻璃纤维网格增强超高性能混凝土免拆模板制备方便，成本低廉，适用于工厂化生产，可实现个性化建筑的制造。

附图说明

图1为本发明的玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模示意图；

图2为本发明的玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模上视示意图；

图3为本发明的玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模前视示意图；

图4为本发明的玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模A-A剖面示意图；

图5为本发明的玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模B-B截面示意图；

图6为本发明的玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模C-C截面示意图；

图7为本发明用于制备玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模的内翻模示意图；

图8为本发明用于制备玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模的外翻模示意图；

图9为本发明用于固定玻璃纤维网格的马凳示意图；

图中有：空心超高性能混凝土层1、抗剪凸块11、玻璃纤维网格2、内翻模3、外翻模4和固定马凳5。

具体实施方式

本发明提出了一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模，该免拆柱模板包括空心超高性能混凝土层1和内置于空心超高性能混凝土层层壁中的玻璃纤维网格2，通过加入玻璃纤维网格2来增强超高性能混凝土，以有序玻璃纤维替代部分无序钢纤维，从而在不影响超高性能混凝土力学性能的前提下尽可能减少钢纤维掺量，降低了施工难度，同时玻璃纤维较高的强度与弹性模量，进一步提高模壳的受力性能；

空心超高性能混凝土层1的横截面形状为空心方形、空心圆形、空心椭圆形或空心自由曲面形状，且其横截面形状和尺寸沿空心超高性能混凝土层1高度方向变化或不变化，解决了复杂造型柱模成型问题。

空心超高性能混凝土层1的内表面有高度不小于6mm的抗剪凸块11；抗剪凸块11的形状为状包括但不限于长方体、半球体、四面体等形式。

空心超高性能混凝土层1的抗压强度不小于100MPa，抗拉强度不小于5MPa，且其厚度不小于20mm，且空心超高性能混凝土层1中的混凝土具有自密实性能，坍落扩展度不小于550mm。

在空心超高性能混凝土层1层壁中，沿层壁圆周方向设置有玻璃纤维网格2，且玻璃纤维网格2的层数为一层或多层，且其层间间距不小于2mm。

玻璃纤维网格2的网孔孔径不小于10mm。

所述超高性能混凝土中添加的钢纤维长度小于所述玻璃纤维网格2网孔孔径。

本发明还提供了一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

1)依据柱设计信息，确定免拆柱模板的形状参数及玻璃纤维网格2参数；

2)依据免拆模板形状参数设计获得内翻模3、外翻模4几何参数；

3)利用增材制造技术制作出内翻模3，之后将玻璃纤维网格2固定于内翻模3上；

4)利用增材制造技术制作出外翻模4，与内翻模3组合形成整体；

5)向内翻模3和外翻模4之间浇筑超高性能混凝土；

6)养护并拆模，获得所述的玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模。

其中：

所述的内翻模3相对外翻模4的一侧有深度不小于6mm的凹块。

所述增材制造技术为石蜡基3D打印技术。

所述养护并拆模是指利用大于90℃热水进行养护，以提高超高性能混凝土性能，且利用石蜡具有较低熔点的特点，在热水养护同时融化石蜡继而脱模。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例1

一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模(如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示)，该免拆柱模板包括空心超高性能混凝土层1和内置于空心超高性能混凝土层1层壁中的玻璃纤维网格2，空心超高性能混凝土层1形状为空心椭圆柱形，其上底面的直径小于下底面，厚度为20mm，其坍落扩展度为750mm，28d抗压强度为148.1MPa，抗折强度为18.4MPa；在空心超高性能混凝土层1的内表面有高度为6mm的长方体状抗剪凸块11；

在空心超高性能混凝土层1层壁中，沿层壁圆周方向设置有1层玻璃纤维网格2，玻璃纤维网格2的网孔净距为10mm。

一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

1)依据柱设计信息，确定免拆柱模板的形状参数及玻璃纤维网格2参数；

2)依据免拆模板形状参数设计获得内翻模3(如图7所示)、外翻模4(如图8所示)几何参数，并使用三维建模软件建立模型；

3)利用石蜡基3D打印增材制造技术制作出内翻模3与外翻模4；

4)依据免拆柱模板的形状参数裁剪出玻璃纤维网格2，预留末端搭接长度100mm；

5)将玻璃纤维网格2拉平铺在覆盖有塑料薄膜的平面上，配制环氧树脂胶并均匀涂抹在玻璃纤维网格2上，使网格充分浸渍，并将固定马凳5以梅花桩排布粘贴在玻璃纤维网格2一面上，固定马凳5间距约为40cm；

6)喷射粒径1mm～2.5mm细砂粒，使玻璃纤维网格2均匀包裹一层粘沙层；

7)静置玻璃纤维网格2约2小时，以待环氧树脂胶初步具有强度；

8)将玻璃纤维网格粘有固定马凳的一面面对内翻模，将其固定在内翻模上，并用环氧树脂胶将网格末端预留搭接区域互相粘结起来，构成一个整体；

9)静置约16个小时，等待环氧树脂胶完全凝固；

10)将外翻模固定到内翻模上，形成整体；

11)拌制超高性能混凝土，浇筑于翻模内，微振；

12)静置1d，整体放入90℃热水中养护2d，养护同时石蜡翻模融化，同步拆模；

13)取出玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模，放于标准养护室继续养护25d，回收融化的石蜡以备复用；

14)获得玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模。

所述的内翻模3相对外翻模4的一侧有深度为6mm的长方体状凹块。

实施例2

一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模，该免拆柱模板包括空心超高性能混凝土层1和内置于空心超高性能混凝土层1层壁中的玻璃纤维网格2，空心超高性能混凝土层1形状为空心方柱形，厚度为30mm，其坍落扩展度为550mm，28d抗压强度为120MPa，抗折强度为15.1MPa；在空心超高性能混凝土层1的内表面有高度为10mm的半球体状抗剪凸块11；

在空心超高性能混凝土层1层壁中，沿层壁圆周方向设置有2层玻璃纤维网格2，两层之间间距为10mm，玻璃纤维网格2的网孔净距为12mm。

一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

1)依据柱设计信息，确定免拆柱模板的形状参数及玻璃纤维网格2参数；

2)依据免拆模板形状参数设计获得内翻模3(如图7所示)、外翻模4(如图8所示)几何参数，并使用三维建模软件建立模型；

3)利用石蜡基3D打印增材制造技术制作出内翻模3与外翻模4；

4)依据免拆柱模板的形状参数裁剪出玻璃纤维网格2，预留末端搭接长度120mm；

5)将玻璃纤维网格2拉平铺在覆盖有塑料薄膜的平面上，配制环氧树脂胶并均匀涂抹在玻璃纤维网格2上，使网格充分浸渍，并将固定马凳5以梅花桩排布粘贴在玻璃纤维网格2一面上，固定马凳5间距约为50cm；

6)喷射粒径1mm～2.5mm细砂粒，使玻璃纤维网格2均匀包裹一层粘沙层；

7)静置玻璃纤维网格2约2小时，以待环氧树脂胶初步具有强度；

8)将玻璃纤维网格粘有固定马凳的一面面对内翻模，将其固定在内翻模上，并用环氧树脂胶将网格末端预留搭接区域互相粘结起来，构成一个整体；

9)静置约16个小时，等待环氧树脂胶完全凝固；

10)将外翻模固定到内翻模上，形成整体；

11)拌制超高性能混凝土，浇筑于翻模内，微振；

12)静置1d，整体放入95℃热水中养护2d，养护同时石蜡翻模融化，同步拆模；

13)取出玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模，放于标准养护室继续养护25d，回收融化的石蜡以备复用；

14)获得玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模。

所述的内翻模3相对外翻模4的一侧有深度为10mm的半球体状凹块。

实施例3

一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模，该免拆柱模板包括空心超高性能混凝土层1和内置于空心超高性能混凝土层1层壁中的玻璃纤维网格2，空心超高性能混凝土层1形状为空心圆柱形，厚度为25mm，其坍落扩展度为650mm，28d抗压强度为100MPa，抗折强度为13.2MPa；在空心超高性能混凝土层1的内表面有高度为8mm的四面体状抗剪凸块11；

在空心超高性能混凝土层1层壁中，沿层壁圆周方向设置有3层玻璃纤维网格2，层与层之间间距为5mm，玻璃纤维网格2的网孔净距为15mm。

一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

1)依据柱设计信息，确定免拆柱模板的形状参数及玻璃纤维网格2参数；

2)依据免拆模板形状参数设计获得内翻模3(如图7所示)、外翻模4(如图8所示)几何参数，并使用三维建模软件建立模型；

3)利用石蜡基3D打印增材制造技术制作出内翻模3与外翻模4；

4)依据免拆柱模板的形状参数裁剪出玻璃纤维网格2，预留末端搭接长度120mm；

5)将玻璃纤维网格2拉平铺在覆盖有塑料薄膜的平面上，配制环氧树脂胶并均匀涂抹在玻璃纤维网格2上，使网格充分浸渍，并将固定马凳5以梅花桩排布粘贴在玻璃纤维网格2一面上，固定马凳5间距约为50cm；

6)喷射粒径1mm～2.5mm细砂粒，使玻璃纤维网格2均匀包裹一层粘沙层；

7)静置玻璃纤维网格2约2小时，以待环氧树脂胶初步具有强度；

8)将玻璃纤维网格粘有固定马凳的一面面对内翻模，将其固定在内翻模上，并用环氧树脂胶将网格末端预留搭接区域互相粘结起来，构成一个整体；

9)静置约16个小时，等待环氧树脂胶完全凝固；

10)将外翻模固定到内翻模上，形成整体；

11)拌制超高性能混凝土，浇筑于翻模内，微振；

12)静置1d，整体放入95℃热水中养护2d，养护同时石蜡翻模融化，同步拆模；

13)取出玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模，放于标准养护室继续养护25d，回收融化的石蜡以备复用；

14)获得玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模。

所述的内翻模3相对外翻模4的一侧有深度为8mm的半球体状凹块。

Claims (10)

1.一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模，其特征在于：该免拆柱模板包括空心超高性能混凝土层(1)和内置于空心超高性能混凝土层(1)层壁中的玻璃纤维网格(2)，所述的空心超高性能混凝土层(1)的横截面形状为空心方形、空心圆形、空心椭圆形或空心自由曲面形状，且其横截面形状和尺寸沿空心超高性能混凝土层(1)高度方向变化或不变化。

2.如权利要求1所述的一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模，其特征在于：所述空心超高性能混凝土层(1)的内表面有高度不小于6mm的抗剪凸块(11)。

3.如权利要求2所述的一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模，其特征在于：所述的抗剪凸块(11)的形状为长方体、半球体或者四面体。

4.如权利要求1所述的一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模，其特征在于：所述空心超高性能混凝土层(1)的抗压强度不小于100MPa，抗拉强度不小于5MPa，且其厚度不小于20mm，且空心超高性能混凝土层(1)中的混凝土具有自密实性能，坍落扩展度不小于550mm。

5.如权利要求1所述的一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模，其特征在于：所述内置于空心超高性能混凝土层(1)层壁中的玻璃纤维网格(2)，是指在空心超高性能混凝土层(1)层壁中，沿层壁圆周方向设置有玻璃纤维网格(2)，玻璃纤维网格(2)的层数为一层或多层，且其层间间距不小于2mm。

6.如权利要求1所述的一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模，其特征在于：所述的玻璃纤维网格(2)的网孔孔径不小于10mm。

7.一种如权利要求1所述的玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

1)依据柱设计信息，确定免拆柱模板的形状参数及玻璃纤维网格参数；

2)依据免拆模板形状参数设计获得内翻模(3)、外翻模(4)几何参数；

3)利用增材制造技术制作出内翻模(3)，之后将玻璃纤维网格(2)固定于内翻模(3)上；

4)利用增材制造技术制作出外翻模(4)，与内翻模(3)组合形成整体；

5)向内翻模(3)和外翻模(4)之间浇筑超高性能混凝土；

6)养护并拆模，获得所述的玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模。

8.如权利要求7所述的一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模的制备方法，其特征在于：所述的内翻模(3)相对外翻模(4)的一侧有深度不小于6mm的凹块。

9.如权利要求7所述的一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模的制备方法，其特征在于：所述增材制造技术为石蜡基3D打印技术。

10.如权利要求7所述的一种玻璃纤维网格增强混凝土免拆柱模的制备方法，其特征在于：所述养护并拆模是指利用大于90℃热水进行养护，在热水养护同时融化石蜡继而脱模。