CN109083280A - 一种优质节点的frp钢骨混凝土 - Google Patents

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张海霞
王思晴
王梓任
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Abstract

本发明涉及建筑工程基材制备技术领域，具体地涉及一种优质节点的FRP钢骨混凝土，包括中空带肋的FRP管和内部钢骨，内部钢骨的外部套接FRP管，内部钢骨和FRP管通过结构胶固定，内部钢骨位于FRP管的中心，FRP管包括左管和右管，左管和右管为对称结构，左管和右管上均等距间隔设置有预埋件和预留孔洞，相邻预埋件与预留孔洞之间的距离为200～300mm，左管和右管通过预埋件和预留孔洞配合连接后由结构胶填充缝隙使得左管和右管固定，预埋件的预埋深度与外露高度相等，均为FRP管壁厚的一半，FRP管内与内部钢骨之间的空隙处浇灌混凝土。本发明产品耐腐蚀、自重小，弹性变形小，抗拉和抗剪强度均较高。

Description

一种优质节点的FRP钢骨混凝土
技术领域
本发明涉及建筑工程基材制备技术领域，具体地涉及一种优质节点的FRP钢骨混凝土及其制作方法。
背景技术
钢管混凝土结构是钢与混凝土组合结构的重要结构形式之一。它同钢筋混凝土结构相比，可以减轻自重，减小构件截面尺寸，增大跨度，降低基础造价，增加结构和构件的延性等；同钢结构相比，可以减小用钢量，增大刚度、稳定性和整体性，提高结构抗火性能和耐久性等。但其腐蚀、裂化问题不断发生，其中钢材锈蚀问题最为常见，尤其是在恶劣的环境中，如港口码头的钢管混凝土桩容易受到氯离子的侵蚀，海洋钻井平台长期浸泡在海水中易受到海水的侵蚀，隧道、地铁的潮湿环境容易导致钢管腐蚀等，需要采取措施进行防腐处理。
近年来有科研人员对纤维增强聚合物(FRP)与混凝土的混合结构的研究发现，这类组合结构具有抗拉强度高、抗腐蚀能力强、自重小、弹性变形小等优良特性。FRP材料不仅应用于混凝土结构的加固和修复工程，而且成功应用于新建的建筑结构中。将混凝土浇注于FRP管中是一种新型组合结构，这种新型组合结构具有非常突出的优点，可以为钢管混凝土结构的腐蚀、裂化问题提供解决之策。但目前对于该组合结构的节点处理研究并不多见。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的不足，提供了一种优质节点的FRP钢骨混凝土及其制作方法，解决该组合结构的节点连接问题，促进该结构在实际工程中的应用。
解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明设计了一种优质节点的FRP钢骨混凝土，包括中空带肋的FRP管和内部钢骨，所述的内部钢骨截面呈H型，所述的内部钢骨的节点连接方式为焊接或螺栓连接，所述的内部钢骨的外部套接有FRP管，所述的内部钢骨和FRP管通过结构胶固定，所述的内部钢骨位于FRP管的中心，所述的FRP管包括左管和右管，所述的左管和右管为对称结构，所述的左管和右管上均等距间隔设置有预埋件和预留孔洞，相邻预埋件与预留孔洞之间的距离为200～300mm，所述的左管和右管通过预埋件和预留孔洞配合连接后由结构胶填充缝隙使得左管和右管固定，所述的预埋件的预埋深度与外露高度相等，均为FRP管壁厚的一半，所述的FRP管内与内部钢骨之间的空隙处浇灌混凝土。
进一步地说，所述的结构胶为高强耐腐蚀环氧结构胶。
进一步地说，所述的结构胶由A、B两组分构成，所述的A、B两组分的质量配比为100:10～15，其中，A组分由以下重量份数的原料组成：改性环氧树脂弹性体22～45份，超支化环氧树脂8～15份，疏水剂2～5份，活性稀释剂8～10份，偶联剂1～3份，润湿分散剂0.1～0.3份，气相二氧化硅2～20份；B组分由以下重量份数的原料组成：聚醚胺5～40份，改性聚酰胺32～58份，叔胺类固化促进剂5～10份，气相二氧化硅5～15份。
进一步地说，所述的改性环氧树脂弹性体为环氧当量195～700的二聚酸改性环氧树脂、CTBN改性环氧树脂、聚氨酯改性环氧树脂中的任意一种；
所述的超支化环氧树脂为具有高度支化结构和多官能基团的超支化聚合物，其分子末端是环氧基；
所述疏水剂为具有疏水结构和增韧结构的二甲苯甲醛树脂或液体石油树脂；
所述的活性稀释剂为具有单官能度或双官能度的脂肪族缩水甘油醚环氧稀释剂；
所述偶联剂为含有环氧基官能团的硅烷偶联剂；
所述润湿分散剂为改性聚氨酯结构的表面活性剂或不饱和聚酰胺中和盐结构的表面活性剂中的一种或两种混合；
所述气相二氧化硅为比表面积为300M2/g的气相法制得的二氧化硅；
所述聚醚胺为活泼氢当量115g/Eq或514g/Eq的聚醚胺；
所述改性聚酰胺为活泼氢当量75g/Eq或95g/Eq的芳香胺改性低分子聚酰胺。
进一步地说，所述单官能度或双官能度的脂肪族缩水甘油醚环氧稀释剂为烯丙基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚中的一种或多种混合。
进一步地说，所述的叔胺类固化促进剂为2，4，6-三(二甲基氨甲基)苯酚、1,4-双氨丙基哌嗪、3-二甲氨基丙胺、苄基二甲胺中的一种或几种混合。
该优质节点的FRP钢骨混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)通过焊接或者螺栓连接的方式，将内部钢骨按照设计要求连接起来，内部钢骨连接完成之后，将其固定于柱子端部；
(2)预制带肋FRP管的左管、右管，所述的FRP管是纤维增强聚合物管，将左管和右管分别从内部钢骨的两侧套接，使得内部钢骨位于FRP管整管的中心位置；左管和右管通过预埋件与预留孔洞配合连接，再用结构胶将左管和右管连接处的缝隙填满；
(3)同时将预埋件所在的带肋处也用结构胶填满；即从柱顶和梁端向左管和右管连接处的第一个中空部分灌注结构胶；
(4)间隔48～55h，待结构胶强度达到要求后，在FRP管内与内部钢骨之间的空隙处浇灌混凝土。
本发明的有益效果是：
本发明结构新颖，通过新型配方的结构胶对纤维增强聚合物(FRP)与混凝土的混合结构的各处节点进行涂抹和灌注处理，该结构胶采用改性聚酰胺，具有较高的交联密度，抗腐蚀能力很强。活性稀释剂的存在，降低了环氧树脂的粘度，也保证环氧树脂固化物较高的交联密度。采用叔胺类固化促进剂，使得产品固化时间短，固化速度快，剥离强度高。本发明产品中采用钢骨、FRP管和混凝土混合结构，自重小，弹性变形小，抗拉强度、抗剪强度高，性能非常优异。
本发明施工过程简单，施工时间较短，施工成本较低，对周围环境造成的污染较少。本发明适用于建筑结构中的混凝土梁柱节点。可以很好地在需要防腐蚀的建筑领域推广应用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的FRP管西南等轴测图；
图2为FRP管主视结构示意图；
图3为FRP管右视结构示意图；
图4为FRP管俯视结构示意图；
图5为内部钢骨西南等轴测图；
图6为内部钢骨与FRP管配合连接时的结构示意图；
图7为图6显示的内部钢骨与FRP管配合连接时的右视结构示意图；
图8为图6显示的内部钢骨与FRP管配合连接时的俯视结构示意图；
图9为实施例1的节点形式；
图10为实施例2的节点形式；
图11为实施例3的节点形式。
具体实施方式
实施例1：
一种优质节点的FRP钢骨混凝土，包括中空带肋的FRP管和内部钢骨，内部钢骨截面呈H型，内部钢骨的节点连接方式为焊接连接，内部钢骨的外部套接有FRP管，内部钢骨和FRP管通过结构胶固定，内部钢骨位于FRP管的中心，FRP管包括左管和右管，左管和右管为对称结构，左管和右管上均等距间隔设置有预埋件和预留孔洞，相邻预埋件与预留孔洞之间的距离为200mm，左管和右管通过预埋件和预留孔洞配合连接后由结构胶填充缝隙使得左管和右管固定，预埋件的预埋深度与外露高度相等，均为FRP管壁厚的一半，FRP管内与内部钢骨之间的空隙处浇灌混凝土。
结构胶为高强耐腐蚀环氧结构胶。由A、B两组分构成，A、B两组分的质量配比为100:10，其中，A组分由以下重量份数的原料组成：改性环氧树脂弹性体22份，超支化环氧树脂8份，疏水剂2份，活性稀释剂8份，偶联剂1份，润湿分散剂0.1份，气相二氧化硅2份；B组分由以下重量份数的原料组成：聚醚胺5份，改性聚酰胺32份，叔胺类固化促进剂5份，气相二氧化硅5份。
改性环氧树脂弹性体为环氧当量195～700的二聚酸改性环氧树脂；
超支化环氧树脂为具有高度支化结构和多官能基团的超支化聚合物，其分子末端是环氧基；疏水剂为具有疏水结构和增韧结构的二甲苯甲醛树脂；活性稀释剂为烯丙基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚按照质量比为1:1:1:1的混合物；偶联剂为含有环氧基官能团的硅烷偶联剂；润湿分散剂为改性聚氨酯结构的表面活性剂；气相二氧化硅为比表面积为300M2/g的气相法制得的二氧化硅；聚醚胺为活泼氢当量115g/Eq的聚醚胺；改性聚酰胺为活泼氢当量75g/Eq的芳香胺改性低分子聚酰胺。叔胺类固化促进剂为2，4，6-三(二甲基氨甲基)苯酚。
制备方法是：
先按照配方配制结构胶；
通过焊接连接的方式，将内部钢骨按照设计要求连接起来，内部钢骨连接完成之后，将其固定于柱子端部；
预制带肋FRP管的左管、右管，FRP管是纤维增强聚合物管，将左管和右管分别从内部钢骨的两侧套接，使得内部钢骨位于FRP管整管的中心位置；左管和右管通过预埋件与预留孔洞配合连接，再用结构胶将左管和右管连接处的缝隙填满；
同时将预埋件所在的带肋处也用结构胶填满；
间隔52h，结构胶达到所需强度，在FRP管内与内部钢骨之间的空隙处浇灌混凝土，制备的优质节点的FRP钢骨混凝土如图9所示。
实施例2：
一种优质节点的FRP钢骨混凝土，包括中空带肋的FRP管和内部钢骨，内部钢骨截面呈H型，内部钢骨的节点连接方式为螺栓连接，内部钢骨的外部套接有FRP管，内部钢骨和FRP管通过结构胶固定，内部钢骨位于FRP管的中心，FRP管包括左管和右管，左管和右管为对称结构，左管和右管上均等距间隔设置有预埋件和预留孔洞，相邻预埋件与预留孔洞之间的距离为300mm，左管和右管通过预埋件和预留孔洞配合连接后由结构胶填充缝隙使得左管和右管固定，预埋件的预埋深度与外露高度相等，均为FRP管壁厚的一半，FRP管内与内部钢骨之间的空隙处浇灌混凝土。
结构胶为高强耐腐蚀环氧结构胶。由A、B两组分构成，A、B两组分的质量配比为100:10，其中，A组分由以下重量份数的原料组成：改性环氧树脂弹性体45份，超支化环氧树脂15份，疏水剂5份，活性稀释剂10份，偶联剂3份，润湿分散剂0.3份，气相二氧化硅20份；B组分由以下重量份数的原料组成：聚醚胺40份，改性聚酰胺58份，叔胺类固化促进剂10份，气相二氧化硅15份。
改性环氧树脂弹性体为CTBN改性环氧树脂；
超支化环氧树脂为具有高度支化结构和多官能基团的超支化聚合物，其分子末端是环氧基；疏水剂为具有疏水结构和增韧结构的液体石油树脂；活性稀释剂为1,6-己二醇二缩水甘油醚；偶联剂为含有环氧基官能团的硅烷偶联剂；润湿分散剂为不饱和聚酰胺中和盐结构的表面活性剂；气相二氧化硅为比表面积为300M2/g的气相法制得的二氧化硅；聚醚胺为活泼氢当量514g/Eq的聚醚胺；改性聚酰胺为活泼氢当量95g/Eq的芳香胺改性低分子聚酰胺。叔胺类固化促进剂为1,4-双氨丙基哌嗪、3-二甲氨基丙胺按照质量比为1:1的混合物。
制备方法是：
先按照配方配制结构胶；
通过螺栓连接的方式，将内部钢骨按照设计要求连接起来，内部钢骨连接完成之后，将其固定于柱子端部；
预制带肋FRP管的左管、右管，FRP管是纤维增强聚合物管，将左管和右管分别从内部钢骨的两侧套接，使得内部钢骨位于FRP管整管的中心位置；左管和右管通过预埋件与预留孔洞配合连接，再用结构胶将左管和右管连接处的缝隙填满；
同时将预埋件所在的带肋处也用结构胶填满；
间隔48h，结构胶达到所需强度后，在FRP管内与内部钢骨之间的空隙处浇灌混凝土，制备的优质节点的FRP钢骨混凝土如图10所示。
实施例3：
一种优质节点的FRP钢骨混凝土，包括中空带肋的FRP管和内部钢骨，内部钢骨截面呈H型，内部钢骨的节点连接方式为焊接连接，内部钢骨的外部套接有FRP管，内部钢骨和FRP管通过结构胶固定，内部钢骨位于FRP管的中心，FRP管包括左管和右管，左管和右管为对称结构，左管和右管上均等距间隔设置有预埋件和预留孔洞，相邻预埋件与预留孔洞之间的距离为250mm，左管和右管通过预埋件和预留孔洞配合连接后由结构胶填充缝隙使得左管和右管固定，预埋件的预埋深度与外露高度相等，均为FRP管壁厚的一半，FRP管内与内部钢骨之间的空隙处浇灌混凝土。
结构胶为高强耐腐蚀环氧结构胶。由A、B两组分构成，A、B两组分的质量配比为100:12，其中，A组分由以下重量份数的原料组成：改性环氧树脂弹性体30份，超支化环氧树脂10份，疏水剂4份，活性稀释剂9份，偶联剂2份，润湿分散剂0.2份，气相二氧化硅10份；B组分由以下重量份数的原料组成：聚醚胺20份，改性聚酰胺48份，叔胺类固化促进剂7份，气相二氧化硅10份。
改性环氧树脂弹性体为聚氨酯改性环氧树脂；
超支化环氧树脂为具有高度支化结构和多官能基团的超支化聚合物，其分子末端是环氧基；疏水剂为具有疏水结构和增韧结构的二甲苯甲醛树脂；活性稀释剂为聚丙二醇二缩水甘油醚；偶联剂为含有环氧基官能团的硅烷偶联剂；润湿分散剂为改性聚氨酯结构的表面活性剂和不饱和聚酰胺中和盐结构的表面活性剂按照质量比为1:1的混合物；气相二氧化硅为比表面积为300M2/g的气相法制得的二氧化硅；聚醚胺为活泼氢当量115g/Eq的聚醚胺；改性聚酰胺为活泼氢当量95g/Eq的芳香胺改性低分子聚酰胺。叔胺类固化促进剂为2，4，6-三(二甲基氨甲基)苯酚、1,4-双氨丙基哌嗪、3-二甲氨基丙胺、苄基二甲胺按照质量比为1:1:1:1的混合物。
制备方法是：
先按照配方配制结构胶；
通过焊接连接的方式，将内部钢骨按照设计要求连接起来，内部钢骨连接完成之后，将其固定于柱子端部；
预制带肋FRP管的左管、右管，FRP管是纤维增强聚合物管，将左管和右管分别从内部钢骨的两侧套接，使得内部钢骨位于FRP管整管的中心位置；左管和右管通过预埋件与预留孔洞配合连接，再用结构胶将左管和右管连接处的缝隙填满；
同时将预埋件所在的带肋处也用结构胶填满；
间隔55h，待结构胶达到所需强度时，在FRP管内与内部钢骨之间的空隙处浇灌混凝土，制备的优质节点的FRP钢骨混凝土如图11所示。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种优质节点的FRP钢骨混凝土，其特征在于，包括中空带肋的FRP管和内部钢骨，所述的内部钢骨截面呈H型，所述的内部钢骨的节点连接方式为焊接或螺栓连接，所述的内部钢骨的外部套接有FRP管，所述的内部钢骨和FRP管通过结构胶固定，所述的内部钢骨位于FRP管的中心，所述的FRP管包括左管和右管，所述的左管和右管为对称结构，所述的左管和右管上均等距间隔设置有预埋件和预留孔洞，相邻预埋件与预留孔洞之间的距离为200～300mm，所述的左管和右管通过预埋件和预留孔洞配合连接后由结构胶填充缝隙使得左管和右管固定，所述的预埋件的预埋深度与外露高度相等，均为FRP管壁厚的一半，所述的FRP管内与内部钢骨之间的空隙处浇灌混凝土。
2.根据权利要求1所述的优质节点的FRP钢骨混凝土，其特征在于，所述的结构胶为高强耐腐蚀环氧结构胶。
3.根据权利要求2所述的优质节点的FRP钢骨混凝土，其特征在于，所述的结构胶由A、B两组分构成，所述的A、B两组分的质量配比为100:10～15，其中，A组分由以下重量份数的原料组成：改性环氧树脂弹性体22～45份，超支化环氧树脂8～15份，疏水剂2～5份，活性稀释剂8～10份，偶联剂1～3份，润湿分散剂0.1～0.3份，气相二氧化硅2～20份；B组分由以下重量份数的原料组成：聚醚胺5～40份，改性聚酰胺32～58份，叔胺类固化促进剂5～10份，气相二氧化硅5～15份。
4.根据权利要求3所述的优质节点的FRP钢骨混凝土，其特征在于，所述的改性环氧树脂弹性体为环氧当量195～700的二聚酸改性环氧树脂、CTBN改性环氧树脂、聚氨酯改性环氧树脂中的任意一种；
所述的超支化环氧树脂为具有高度支化结构和多官能基团的超支化聚合物，其分子末端是环氧基；
所述疏水剂为具有疏水结构和增韧结构的二甲苯甲醛树脂或液体石油树脂；
所述的活性稀释剂为具有单官能度或双官能度的脂肪族缩水甘油醚环氧稀释剂；
所述偶联剂为含有环氧基官能团的硅烷偶联剂；
所述润湿分散剂为改性聚氨酯结构的表面活性剂或不饱和聚酰胺中和盐结构的表面活性剂中的一种或两种混合；
所述气相二氧化硅为比表面积为300M2/g的气相法制得的二氧化硅；
所述聚醚胺为活泼氢当量115g/Eq或514g/Eq的聚醚胺；
所述改性聚酰胺为活泼氢当量75g/Eq或95g/Eq的芳香胺改性低分子聚酰胺。
5.根据权利要求4所述的优质节点的FRP钢骨混凝土，其特征在于，所述单官能度或双官能度的脂肪族缩水甘油醚环氧稀释剂为烯丙基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚中的一种或多种混合。
6.根据权利要求3所述的优质节点的FRP钢骨混凝土，其特征在于，所述的叔胺类固化促进剂为2，4，6-三(二甲基氨甲基)苯酚、1,4-双氨丙基哌嗪、3-二甲氨基丙胺、苄基二甲胺中的一种或几种混合。
7.根据权利要求1-6任一项所述的优质节点的FRP钢骨混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过焊接或者螺栓连接的方式，将内部钢骨按照设计要求连接起来，内部钢骨连接完成之后，将其固定于柱子端部；
(2)预制带肋FRP管的左管、右管，所述的FRP管是纤维增强聚合物管，将左管和右管分别从内部钢骨的两侧套接，使得内部钢骨位于FRP管整管的中心位置；左管和右管通过预埋件与预留孔洞配合连接，再用结构胶将左管和右管连接处的缝隙填满；
(3)同时将预埋件所在的带肋处也用结构胶填满；
(4)间隔48～55h，待结构胶强度达到要求后，在FRP管内与内部钢骨之间的空隙处浇灌混凝土。
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