CN110005129A - Frp筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件及制作方法，本发明的纤维轻骨料混凝土中掺入纤维可有效改善FRP筋高强轻骨料混凝土梁的受弯性能，能够提高构件极限承载力，增大构件受弯刚度，从而减小梁的挠度，使其基本满足正常使用状态要求；还能够减小荷载作用下裂缝宽度；相比钢筋轻骨料混凝土试件，本发明在掺入纤维后对弯延性有所跟大提高。FRP筋、纵向架立钢筋和箍筋形成的筋笼，纵向受拉筋为FRP筋，裂缝开展时FRP筋的耐腐蚀性可显著提高构件的耐久性。
Description
技术领域
本发明属于建筑、桥梁等工程领域，具体涉及FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件及制作方法。
背景技术
目前，在桥梁结构与海洋工程等领域，荷载与侵蚀介质的共同作用使得钢筋混凝土构件锈蚀问题频现，在引起结构性能劣化的同时严重影响其使用寿命，不利于结构的可持续发展。
高强轻骨料具有轻质高强、耐久性优、保温隔热性好的特点，对于大跨桥梁等恒载占比较高的结构，采用轻骨料混凝土对降低结构内力作用明显，可有效减小截面尺寸和配筋用量，增大桥梁跨度，有利于改善桥梁结构抗震性能。然而，受骨料吸返水特性影响，轻骨料混凝抗拉强度及弹性模量较低，使得构件裂缝发展迅速，刚度退化幅度较大。因纤维具有桥连作用，采用纤维进行改性可显著增大高强轻骨料混凝土破坏时的能量吸收，是改善其弯曲韧性、抑制裂缝产生和开展的有效手段。
因纤维增强聚合物筋(FRP筋)具有轻质高强、抗腐蚀性能好和抗电磁干扰性能优等特点，采用其代替钢筋能够从根本上解决因锈蚀引起的混凝土结构耐久性问题，美国、加拿大、日本等已将FRP筋应用于多座桥梁结构与海洋工程。将FRP筋与纤维高强轻骨料混凝土结合使用能够达到减小结构自重、改善服役期耐久性和降低结构全寿命周期成本等目的。同时，FRP筋弹性模量较低，使得FRP筋混凝土受弯构件在服役阶段产生较大的变形与裂缝宽度，纤维的掺入对于抑制刚度退化、减小裂缝宽度效果显著。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件及制作方法，能够显著减少结构自重，解决钢筋腐蚀、耐久性较差的问题。
为了达到上述目的，FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件，包括若干平行设置的FRP筋和若干纵向架立钢筋，FPR筋和纵向架立钢筋上套设有若干箍筋，组成截面为矩形的长方体，所有FPR筋、纵向架立钢筋和箍筋共同组成筋笼，筋笼内填充有纤维轻骨料混凝土。
纤维轻骨料混凝土，按照质量份数计，包括：590～650份碎石型陶粒、670～730份细骨料、370～430份水泥、70～130份辅助胶凝材料、120～180份水和3.5～5份减水剂；纤维轻骨料混凝土中还添加有纤维，且每立方米纤维轻骨料混凝土中纤维的体积掺量为0.4％～0.8％。
辅助胶凝材料为粉煤灰或硅粉。
纵向架立钢筋和箍筋均为螺纹钢筋。
筋笼内填充有纤维轻骨料混凝土为实心结构或空心结构。
FRP筋置于底部，纵向架立钢筋置于顶部。
FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件的制作方法，包括以下步骤：
步骤一，根据施工图，绑扎通过FPR筋、纵向架立钢筋和箍筋组成的筋笼；
步骤二，制备纤维轻骨料混凝土，并将纤维轻骨料混凝土浇筑在筋笼内；
步骤三，在浇筑后的筋笼上覆盖土工布或草帘，定期养护后拆模，完成FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件的制作。
制备纤维轻骨料混凝土的具体方法如下：
第一步，根据质量份数计，称取120～180份水和3.5～5份减水剂、590～650份碎石型陶粒、370～430份水泥、70～130份辅助胶凝材料和670～730份细骨料；
第二步，将水和减水剂混合均匀，得到混合物A；
第三步，将碎石型陶粒额外用水均匀润湿，将润湿后的碎石型陶粒与水泥、辅助胶凝材料和细骨料混合，再加入纤维，使每立方米纤维轻骨料混凝土中纤维的体积掺量为0.4％～0.8％，搅拌均匀混合，得到混合物B；
第四步，在混合物B中分两次加入混合物A，搅拌均匀后完成纤维轻骨料混凝土的制作。
纤维轻骨料混凝土采用900级碎石型陶粒；细骨料为细度模数2.8-2.3的中砂；水泥为强度等级42.5-52.5R的硅酸盐水泥；辅助胶凝材料选用920U微硅粉或Ⅰ级粉煤灰；减水剂为聚羧酸减水剂。
FPR筋采用CFRP筋、GFRP筋、BFRP筋或AFRP筋。
纤维采用钢纤维、塑钢纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、木质素纤维的一种或多种混合。
与现有技术相比，本发明的纤维轻骨料混凝土中掺入纤维可有效改善FRP筋高强轻骨料混凝土梁的受弯性能，能够提高构件极限承载力，增大构件受弯刚度，从而减小梁的挠度，使其基本满足正常使用状态要求；还能够减小荷载作用下裂缝宽度；相比钢筋轻骨料混凝土试件，本发明在掺入纤维后对弯延性有所跟大提高。FRP筋、纵向架立钢筋和箍筋形成的筋笼，纵向受拉筋为FRP筋，裂缝开展时FRP筋的耐腐蚀性可显著提高构件的耐久性。
进一步的，顶部受压的纵向架立钢筋和箍筋均为普通螺纹钢筋，承受梁构件受弯时产生的压力和剪力，不会暴露在空气中发生腐蚀问题。合理利用FRP筋和普通螺纹钢筋的优势，减少造价。
本发明的方法将FRP筋和纤维轻骨料混凝土两种性能优越的材料结合形成的FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁，充分发挥FRP筋抗拉强度高、抗腐蚀性能优越等特点以及纤维高强轻骨料混凝土自重小、强度高、延性高、耐腐蚀性能好等特点，可显著减少结构自重，解决钢筋腐蚀、耐久性较差的问题，提高结构的抗震性能，明显降低正常使用状态下构件挠度和裂缝宽度，促使现代工程结构向高层、超高层、大跨方向发展。FRP筋电磁绝缘性能好，可在变电所基础，医院以及有特殊要求的实验室等特殊的建筑中满足相应的要求。
附图说明
图1为本发明FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件的正视图；
图2为本发明中矩形实心截面FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件横截面示意图；
图3为本发明中矩形空心截面FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件横截面示意图；
其中，1、纤维轻骨料混凝土；2、FPR筋；3、纵向架立钢筋；4、箍筋；5、纤维；6、碎石型陶粒。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1、图2和图3，FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件包括若干平行设置的FRP筋2和若干纵向架立钢筋3，FRP筋2置于底部，纵向架立钢筋3置于顶部，FPR筋2和纵向架立钢筋3上套设有若干箍筋4，组成截面为矩形的长方体，所有FPR筋2、纵向架立钢筋3和箍筋4共同组成筋笼，筋笼内填充有纤维轻骨料混凝土1；纵向架立钢筋3和箍筋4均为螺纹钢筋。筋笼内填充有纤维轻骨料混凝土1为实心结构或空心结构。
实施例1：
FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件的制作方法，包括以下步骤：
步骤一，根据施工图，绑扎通过CFRP筋、纵向架立钢筋3和箍筋4组成的筋笼；并按照质量份数计，称取590份碎石型陶粒、120份水和3.5份减水剂、370份水泥、70份硅粉和670份细骨料；
步骤二，将碎石型陶粒6额外用水均匀润湿，在水中加入减水剂搅拌均匀，得到混合物A；
步骤三，将润湿后的碎石型陶粒6与水泥、硅粉和细骨料混合后，加入钢纤维，使每立方米纤维轻骨料混凝土1中钢纤维的体积掺量为0.4％的，均匀混合，得到混合物B；
步骤四，在混合物B中分两次加入混合物A，搅拌均匀后完成纤维轻骨料混凝土1的制作。
步骤五，将纤维轻骨料混凝土1浇筑在筋笼内；
步骤六，在浇筑后的筋笼上覆盖土工布或草帘，定期养护后拆模，完成FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件的制作。
实施例2：
FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件的制作方法，包括以下步骤：
步骤一，根据施工图，绑扎通过BFRP筋、纵向架立钢筋3和箍筋4组成的筋笼；并按照质量份数计，称取650份碎石型陶粒6、180份水、5份减水剂、430份水泥、30份粉煤灰和730份细骨料；
步骤二，将碎石型陶粒6额外用水均匀润湿，在水中加入减水剂搅拌均匀，得到混合物A；
步骤三，将润湿后的碎石型陶粒6与水泥、粉煤灰和细骨料混合后，加入塑钢纤维和聚丙烯纤维的混合纤维，使每立方米纤维轻骨料混凝土1中混合纤维的体积掺量为0.8％，均匀混合，得到混合物B；
步骤四，在混合物B中分两次加入混合物A，搅拌均匀后完成纤维轻骨料混凝土1的制作。
步骤五，将纤维轻骨料混凝土1浇筑在筋笼内；
步骤六，在浇筑后的筋笼上覆盖土工布或草帘，定期养护后拆模，完成FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件的制作。
实施例3：
FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件的制作方法，包括以下步骤：
步骤一，根据施工图，绑扎通过AFRP筋、纵向架立钢筋3和箍筋4组成的筋笼；并按照质量份数计，称取620份碎石型陶粒6、150份水、4份减水剂、400份水泥、100份辅助胶凝材料和700份细骨料；
步骤二，将碎石型陶粒额外用水均匀润湿，在水中加入减水剂搅拌均匀，得到混合物A；
步骤三，将润湿后的碎石型陶粒6与水泥、辅助胶凝材料和细骨料混合，加入聚丙烯腈纤维和木质素纤维的混合纤维，使每立方米纤维轻骨料混凝土1中混合纤维的体积掺量为0.6％，均匀混合，得到混合物B；
步骤四，在混合物B中分两次加入混合物A，搅拌均匀后完成纤维轻骨料混凝土1的制作。
步骤五，将纤维轻骨料混凝土1浇筑在筋笼内；
步骤六，在浇筑后的筋笼上覆盖土工布或草帘，定期养护后拆模，完成FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件的制作。
实施例4：
FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件包括若干平行设置的FRP筋2和若干纵向架立钢筋3，FRP筋2置于底部，纵向架立钢筋3置于顶部，FPR筋2和纵向架立钢筋3的轴面上套设有若干箍筋4，所有FPR筋2、纵向架立钢筋3和箍筋4共同组成筋笼，筋笼内填充有纤维轻骨料混凝土1；纵向架立钢筋3和箍筋4均为螺纹钢筋。筋笼内填充有纤维轻骨料混凝土1为实心结构。
纤维轻骨料混凝土1包括每立方米体积掺量为0.6％的纤维、质量份数为610份碎石型陶粒6、700份细骨料、400份水泥、100份辅助胶凝材料、150份水和4.3份减水剂。
纤维高强轻骨料混凝土1为900级碎石型陶粒6；细骨料为细度模数2.56的中砂；水泥为强度等级PO42.5的硅酸盐水泥；辅助胶凝材料选用920U微硅粉、Ⅰ级粉煤灰，减水剂为聚羧酸减水剂；
FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件尺寸为3600mm×200mm×300mm；
所用FRP筋2为直径14mm,抗拉强度600MPa的GFRP筋；所用纤维5为钢纤维；
所用纵向架立钢筋3和箍筋4均为直径为10mm的HRB400级普通螺纹钢筋，箍筋4加密区间距为100mm，非加密区间距为200mm；
梁构件横截面形状为实心矩形；梁构件横截面沿纵向是等截面。
根据实施例4的FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁受弯承载力试验结果分析可知：FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁与FRP筋轻骨料混凝土梁相比，极限承载力：前者为73.54kN·m，后者为63.51kN·m，增长了15.8％；正常使用状态下的挠度：前者为7.10mm，后者为13.29mm，降低了46.6％；正常使用状态下的裂缝宽度：前者为1.00mm，后者为1.40mm，降低了28.6％，且延性显著改善。可见本发明不仅解决了钢筋混凝土结构自重大，钢筋易腐蚀、耐久性较差等问题，也显著改善了正常使用状态下FRP筋轻骨料混凝土梁挠度大，裂缝宽度大，延性差等问题，并且增加了其极限承载力。
Claims (10)
1.FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件，其特征在于，包括若干平行设置的FRP筋(2)和若干纵向架立钢筋(3)，FPR筋(2)和纵向架立钢筋(3)的上套设有若干箍筋(4)，组成截面为矩形的长方体，所有FPR筋(2)、纵向架立钢筋(3)和箍筋(4)共同组成筋笼，筋笼内填充有纤维轻骨料混凝土(1)。
2.根据权利要求1所述的FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件，其特征在于，纤维轻骨料混凝土(1)，按照质量份数计，包括：590～650份碎石型陶粒(6)、670～730份细骨料、370～430份水泥、70～130份辅助胶凝材料、120～180份水和3.5～5份减水剂；纤维轻骨料混凝土(1)中还添加有纤维(5)，且每立方米纤维轻骨料混凝土(1)中纤维(5)的体积掺量为0.4％～0.8％。
3.根据权利要求1所述的FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件，其特征在于，纵向架立钢筋(3)和箍筋(4)均为螺纹钢筋。
4.根据权利要求1所述的FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件，其特征在于，筋笼内填充有纤维轻骨料混凝土(1)为实心结构或空心结构。
5.根据权利要求1所述的FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件，其特征在于，FRP筋(2)置于底部，纵向架立钢筋(3)置于顶部。
6.权利要求1所述的FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，根据施工图，绑扎通过FPR筋(2)、纵向架立钢筋(3)和箍筋(4)组成的筋笼；
步骤二，制备纤维轻骨料混凝土(1)，并将纤维轻骨料混凝土(1)浇筑在筋笼内；
步骤三，在浇筑后的筋笼上覆盖土工布或草帘，定期养护后拆模，完成FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件的制作。
7.根据权利要求6所述的FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件的制作方法，其特征在于，制备纤维轻骨料混凝土(1)的具体方法如下：
第一步，根据质量份数计，称取120～180份水和3.5～5份减水剂、590～650份碎石型陶粒(6)、370～430份水泥、70～130份辅助胶凝材料和670～730份细骨料；
第二步，将水和减水剂混合均匀，得到混合物A；
第三步，将碎石型陶粒(6)额外用水均匀润湿，将润湿后的碎石型陶粒与水泥、辅助胶凝材料和细骨料混合，再加入纤维(5)，使每立方米纤维轻骨料混凝土(1)中纤维(5)的体积掺量为0.4％～0.8％，搅拌均匀混合，得到混合物B；
第四步，在混合物B中分两次加入混合物A，搅拌均匀后完成纤维轻骨料混凝土(1)的制作。
8.根据权利要求6所述的FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件的制作方法，其特征在于，纤维轻骨料混凝土(1)采用900级碎石型陶粒(6)；细骨料为细度模数2.8-2.3的中砂；水泥为强度等级42.5-52.5R的硅酸盐水泥；辅助胶凝材料选用920U微硅粉或Ⅰ级粉煤灰；减水剂为聚羧酸减水剂。
9.根据权利要求6所述的FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件的制作方法，其特征在于，FPR筋(2)采用CFRP筋、GFRP筋、BFRP筋或AFRP筋。
10.根据权利要求6所述的FRP筋纤维高强轻骨料混凝土梁构件的制作方法，其特征在于，纤维(5)采用钢纤维、塑钢纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、木质素纤维的一种或多种混合。
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