CN109987901A - 一种cfrp布约束的混杂纤维轻骨料混凝土的制备方法 - Google Patents

一种cfrp布约束的混杂纤维轻骨料混凝土的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土的制备方法,本发明将CFRP布、混杂纤维及轻骨料混凝土相结合,充分发挥了CFRP侧向约束能力和混杂纤维良好的增韧效果,全面提升了混凝土的抗压强度、延性、劈裂强度等。将本发明应用于工程,极大的提高了工程的质量、耐久性和使用寿命,并且将带来良好的经济效益和社会效益。

Description

一种CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土的制备方法
技术领域
本发明属于结构工程领域,一种CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土的制备方法。
背景技术
轻骨料混凝土具有轻质高强、保温隔热性能好、高耐久性。高耐火性等特点,使之在各大工程的应用中具有优越的技术和经济优势,是一种具有良好前景的建筑材料,已广泛应用与高层建筑、桥梁工程等领域。将其应用于柱中能够有效的减轻结构自重,降低地震反应,减少截面尺寸等,但轻骨料混凝土弹性模量低,延性问题突出,易发生剪切破坏,极大地限制了它的发展与运用。
研究表明,在轻骨料混凝土中加入纤维,可有效的阻止裂缝发展,减少了混凝土收缩裂缝,并且可以提高构件的强度。将聚丙烯纤维与钢纤维混杂后应用于轻骨料混凝土中,可明显改善轻骨料混凝土的脆性问题,提高轻骨料混凝土的劈裂强度,对阻止混凝土裂缝扩展具有良好的效果。混杂纤维混凝土可以有效地发挥纤维各自的性能,使纤维混凝土的增强增韧效果优于单一纤维。
CFRP布是一种高强轻质材料,它具有高比强度、高比模量、抗疲劳、耐腐蚀等优点,越来越多的运用于加固混凝土及制作CFRP约束混凝土构件。混凝土材料是一种约束敏感性材料,侧向的约束可以有效地提高混凝土的强度和延性。在轻骨料混凝土柱外部采用CFRP布约束,使CFRP布对混杂纤维轻骨料混凝土柱施加侧向约束,也可以有效地提高柱的承载力和延性。
但是,迄今为止,将CFRP布、混杂纤维相结合应用于轻骨料混凝土柱上改善其性能的研究有所欠缺。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足,提供一种CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土的制备方法,充分发挥混杂纤维的改善能力及CFRP布的约束作用,提高轻骨料混凝土柱强度和延性,以期对解决轻骨料混凝土的推广使用做出贡献。
为了达到上述目的,本发明包括以下步骤:
步骤一,根据质量份数取100份水泥、5-20份粉煤灰、4-10份硅灰、0.1-1.0份减水剂和100-150份轻骨料干拌均匀,得到混合物A;
步骤二,在混合物A中加入20-35份水,搅拌均匀,得到混合物B;
步骤三,在混合物B中加入130-200份砂、10-60份钢纤维和1-8份聚丙烯纤维,搅拌均匀,得到混合物C;
步骤四,将混合物C装模成型,待混合物C干燥后,拆模得到试件;
步骤五,对试件进行养护,作为混凝土基体;
步骤六,在混凝土基体上粘贴CFRP布,完成CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土。
水泥采用42.5级混凝土水泥或者53.5级硅酸盐水泥。
粉煤灰为选用Ⅰ级粉煤灰。
硅灰的主要成分为SiO2,细度为8.0%,表观密度为2600kg/m3
减水剂采用粉体的萘系减水剂、聚羧酸系减水剂或氨基磺酸盐减水剂,减水剂的含水率小于等于5%。
轻骨料采用900级碎石型页岩陶粒,粒径范围5~16mm,堆积密度为860kg/m3,表观密度为1512kg/m3
砂采用成分为SiO2的河砂。
步骤五中,养护条件为温度20±3℃,相对湿度大于90%,在养护室中进行养护。
步骤六中,粘贴CFRP布的具体方法如下:
第一步,将混凝土基体上残留的杂物和表面剥落的混凝土清理干净,先用清水清洗,然后用酒精进行清洗,并将混凝土基体表面打磨平整;
第二步,使用水泥浆将混凝土基体表面的孔洞填实直至其硬化;
第三步,将浸渍胶按照2:1的比例配制并充分搅拌后,均匀地涂抹到混凝土基体表面,将浸渍后的CFRP布贴于混凝土基体表面并用水刮在CFRP上适当用力边刮边挤压,将多余的浸渍胶挤出;
第四步,将包裹CFRP布后的混凝土基体在阴凉、干燥处养护;
第五步,将养护后的混凝土基体的各面打磨平整。
与现有技术相比,本发明添加了钢纤维和聚丙烯纤维两种纤维,对轻骨料混凝土的裂缝扩展有着良好的阻止作用,同时减少了混凝土收缩裂缝,可以有效地发挥纤维各自的性能,使纤维混凝土的增强增韧效果优于单一纤维。同时可以使轻骨料混凝土具有一定的混杂效应,提高混凝土的强度和断裂能,大幅度提高了轻骨料混凝土的抗裂、抗冲击、耐磨、抗疲劳等性能,可弥补轻骨料混凝土的部分缺陷。本发明采用CFRP布对混凝土基体约束,可有效防止该混凝土发生脆性破坏,并起到缓冲警示的作用,即随着混凝土的膨胀,某个受力区域的主受力层应力达到极限强度从而发生断裂,下一个受力区域的主受力层开始工作,依次类推,直至最后一个受力区域的主受力层断裂后,所有受力区域的次受力层开始进入工作,并继续对混凝土提供约束力。本发明将CFRP布、混杂纤维及轻骨料混凝土相结合,充分发挥了CFRP侧向约束能力和混杂纤维良好的增韧效果,全面提升了混凝土的抗压强度、延性、劈裂强度等。将本发明应用于工程,极大的提高了工程的质量、耐久性和使用寿命,并且将带来良好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明对比例1、2及实施例1、2的示意图;
图2为本发明实施粘贴CFRP布的方向示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
对比例1:
参见图1,一种CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土,按42.5级普通硅酸盐水泥100、粉煤灰8、硅灰6、减水剂0.4、轻骨料120、砂150、钢纤维0、聚丙烯纤维0、水30的重量比例称取原材料。搅拌后成型试件,48小时后拆模并放入温度为20±3℃,相对湿度大于90%的标准养护室中进行养护,28天后取出得到试件。
对比例2:
参见图1和图2,一种CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土,按42.5级普通硅酸盐水泥100、粉煤灰8、硅灰6、减水剂0.4、轻骨料120、砂150、钢纤维0、聚丙烯纤维0、水30的重量比例称取原材料。搅拌后成型试件,48小时后拆模并放入温度为20±3℃,相对湿度大于90%的标准养护室中进行养护,28天后取出得到试件并用CFRP布包覆试件一层。
实施例1:
参见图1,一种CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土,按42.5级普通硅酸盐水泥100、粉煤灰8、硅灰6、减水剂0.4、轻骨料120、砂150、钢纤维30、聚丙烯纤维6、水30的重量比例称取原材料。搅拌后成型试件,48小时后拆模并放入温度为20±3℃,相对湿度大于90%的标准养护室中进行养护,28天后取出得到试件。
实施例2:
参见图1和图2,一种CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土,按42.5级普通硅酸盐水泥100、粉煤灰8、硅灰6、减水剂0.4、轻骨料120、砂150、钢纤维30、聚丙烯纤维6、水30的重量比例称取原材料。搅拌后成型试件,48小时后拆模并放入温度为20±3℃,相对湿度大于90%的标准养护室中进行养护,28天后取出得到试件并用CFRP布包覆试件一层。
实施例3:
本发明的制备方法如下:
步骤一,根据质量份数取100份42.5级混凝土水泥、5份Ⅰ级粉煤灰、4份硅灰、0.1份粉体的萘系减水剂和100份轻骨料干拌均匀,得到混合物A;
步骤二,在混合物A中加入20份水,搅拌均匀,得到混合物B;
步骤三,在混合物B中加入130份砂、10份钢纤维和1份聚丙烯纤维,搅拌均匀,得到混合物C;
步骤四,将混合物C装模成型,待混合物C干燥后,拆模得到试件;
步骤五,对试件进行养护,养护条件为温度20±3℃,相对湿度大于90%,在养护室中进行养护,养护后作为混凝土基体;
步骤六,在混凝土基体上粘贴CFRP布,完成CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土。
实施例4:
本发明的制备方法如下:
步骤一,根据质量份数取100份53.5级硅酸盐水泥、20份Ⅰ级粉煤灰、10份硅灰、1.0份粉体的聚羧酸系减水剂和150份轻骨料干拌均匀,得到混合物A;
步骤二,在混合物A中加入35份水,搅拌均匀,得到混合物B;
步骤三,在混合物B中加入200份砂、60份钢纤维和8份聚丙烯纤维,搅拌均匀,得到混合物C;
步骤四,将混合物C装模成型,待混合物C干燥后,拆模得到试件;
步骤五,对试件进行养护,养护条件为温度20±3℃,相对湿度大于90%,在养护室中进行养护,养护后作为混凝土基体;
步骤六,在混凝土基体上粘贴CFRP布,完成CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土。
实施例5:
本发明的制备方法如下:
步骤一,根据质量份数取100份53.5级硅酸盐水泥、13份Ⅰ级粉煤灰、7份硅灰、0.6份粉体的氨基磺酸盐减水剂和125份轻骨料干拌均匀,得到混合物A;
步骤二,在混合物A中加入28份水,搅拌均匀,得到混合物B;
步骤三,在混合物B中加入165份砂、35份钢纤维和4份聚丙烯纤维,搅拌均匀,得到混合物C;
步骤四,将混合物C装模成型,待混合物C干燥后,拆模得到试件;
步骤五,对试件进行养护,养护条件为温度20±3℃,相对湿度大于90%,在养护室中进行养护,养护后作为混凝土基体;
步骤六,在混凝土基体上粘贴CFRP布,完成CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土。
硅灰的主要成分为SiO2,细度为8.0%,表观密度为2600kg/m3。轻骨料采用900级碎石型页岩陶粒,粒径范围5~16mm,堆积密度为860kg/m3,表观密度为1512kg/m3。砂采用成分为SiO2的河砂,水为饮用自来水。
掺入高性能减水剂可极大降低体系用水量,使轻骨料混凝土在较低水胶比下也能具有理想的工作性能,减水剂的含水率小于等于5%。
CFRP布为南京海拓复合材料有限公司提供的300g碳纤维布。CFRP约束的混杂纤维轻骨料混凝土柱的截面选择截面选自圆形、矩形或正方形的一种。CFRP布沿所包覆混杂纤维轻骨料混凝土柱的圆周方向或轴线方向布设。CFRP布的包覆层数为一层或多层。CFRP布是具有高比强度、高比模量、抗疲劳、耐腐蚀等优点的一种高强轻质材料。
粘贴CFRP布的具体方法如下:
第一步,将混凝土基体上残留的杂物和表面剥落的混凝土清理干净,先用清水清洗,然后用酒精进行清洗,并将混凝土基体表面打磨平整;
第二步,使用水泥浆将混凝土基体表面的孔洞填实直至其硬化;
第三步,将浸渍胶按照2:1的比例配制并充分搅拌后,均匀地涂抹到混凝土基体表面,将浸渍后的CFRP布贴于混凝土基体表面并用水刮在CFRP上适当用力边刮边挤压,将多余的浸渍胶挤出;
第四步,将包裹CFRP布后的混凝土基体在阴凉、干燥处养护;
第五步,将养护后的混凝土基体的各面打磨平整。
以上对比例和实施例均含三只相同柱,对其进行编号,其中对比例1中的试件编号为1.1、1.2、1.3;实施例1中的试件编号为2.1、2.2、2.3;对比例2中的试件编号为3.1、3.2、3.3;实施例2中的试件编号为4.1、4.2、4.3、4.4。各个试件性能测试结果见表1。
本对比例与实施例中的试件横截面形状均为圆形。
表1性能测试结果
通过实施例1与对比例1的比较,试件承载能力提升了56.4%,抗压强度提升了49.8%。将聚丙烯纤维与钢纤维混杂后应用于轻骨料混凝土中,可明显改善轻骨料混凝土的脆性问题,提高轻骨料混凝土的强度,对阻止混凝土裂缝扩展具有良好的效果;通过实施例2与对比例2的比较,试件承载能力提升了48.6%,抗压强度提升了52.4%。CFRP布对混杂纤维轻骨料混凝土柱施加侧向约束,也可以有效地提高柱的承载力和延性。通过实施例2与实施例2的比较,试件承载能力提升了20.3%,抗压强度提升了23.8%。将CFRP布、混杂纤维及轻骨料混凝土相结合,充分发挥了CFRP侧向约束能力和混杂纤维良好的增韧效果,全面提升了试件的强度、延性等。

Claims (9)

1.一种CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,根据质量份数取100份水泥、5-20份粉煤灰、4-10份硅灰、0.1-1.0份减水剂和100-150份轻骨料干拌均匀,得到混合物A;
步骤二,在混合物A中加入20-35份水,搅拌均匀,得到混合物B;
步骤三,在混合物B中加入130-200份砂、10-60份钢纤维和1-8份聚丙烯纤维,搅拌均匀,得到混合物C;
步骤四,将混合物C装模成型,待混合物C干燥后,拆模得到试件;
步骤五,对试件进行养护,作为混凝土基体;
步骤六,在混凝土基体上粘贴CFRP布,完成CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土的制备方法,其特征在于,水泥采用42.5级混凝土水泥或者53.5级硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的一种CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土的制备方法,其特征在于,粉煤灰为选用Ⅰ级粉煤灰。
4.根据权利要求1所述的一种CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土的制备方法,其特征在于,硅灰的主要成分为SiO2,细度为8.0%,表观密度为2600kg/m3
5.根据权利要求1所述的一种CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土的制备方法,其特征在于,减水剂采用粉体的萘系减水剂、聚羧酸系减水剂或氨基磺酸盐减水剂,减水剂的含水率小于等于5%。
6.根据权利要求1所述的一种CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土的制备方法,其特征在于,轻骨料采用900级碎石型页岩陶粒,粒径范围5~16mm,堆积密度为860kg/m3,表观密度为1512kg/m3
7.根据权利要求1所述的一种CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土的制备方法,其特征在于,砂采用成分为SiO2的河砂。
8.根据权利要求1所述的一种CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土的制备方法,其特征在于,步骤五中,养护条件为温度20±3℃,相对湿度大于90%,在养护室中进行养护。
9.根据权利要求1所述的一种CFRP布约束的混杂纤维轻骨料混凝土的制备方法,其特征在于,步骤六中,粘贴CFRP布的具体方法如下:
第一步,将混凝土基体上残留的杂物和表面剥落的混凝土清理干净,先用清水清洗,然后用酒精进行清洗,并将混凝土基体表面打磨平整;
第二步,使用水泥浆将混凝土基体表面的孔洞填实直至其硬化;
第三步,将浸渍胶按照2:1的比例配制并充分搅拌后,均匀地涂抹到混凝土基体表面,将浸渍后的CFRP布贴于混凝土基体表面并用水刮在CFRP上适当用力边刮边挤压,将多余的浸渍胶挤出;
第四步,将包裹CFRP布后的混凝土基体在阴凉、干燥处养护;
第五步,将养护后的混凝土基体的各面打磨平整。
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