CN110216775A - 一种改性抗震预制装配钢骨混凝土生产工艺 - Google Patents

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Abstract

一种改性抗震预制装配钢骨混凝土生产工艺及混凝土，包括将钢材固定于模具内后，向钢材内以及钢材与模具之间浇筑混凝土，还包括以下步骤:1)纤维球成型：浇铸中心为钢球体，表面固定钢纤维的纤维球；2)纤维泥球成型：将步骤一获得的纤维球裹上泥；3)内层干燥：将步骤二获得的纤维泥球通过高频感应线圈；4)外层冲刷：用水冲刷步骤三获得的内层干燥的纤维泥球，使纤维漏出泥层；5)泥层烧结：露纤维泥球干燥后，在微波环境下烧结；6)钢骨造型：将钢骨固定于模具内，在钢骨外张拉筒形纤维网，将步骤五获得的烧结后的露纤维泥球固定在钢骨表面；7)浇注混凝土。该工艺能够获得抗震性能优异的部分钢骨混凝土结构。

Description

一种改性抗震预制装配钢骨混凝土生产工艺
技术领域
本发明涉及一种预制装配式钢骨混凝土，具体涉及一种具有抗震性能的预制装配式混凝土的改性工艺以及以该工艺生产的混凝土。
背景技术
部分钢骨混凝土在实际使用中，存在一个常见的问题，就是钢骨与混凝土之间在应力作用下应变不一致，混凝土与钢材结合面之间会相互脱离，进一步导致整体结构承载能力的下降。
地震时，高频高幅的振动，很快就会导致钢骨与混凝土分离，使构件受损甚至坍塌，而要加强构件的抗震能力，现有的技术是加大构件的尺寸，加大钢材和混凝土的用量，而这样就限制了构件的结构形态的灵活性，加大的成本。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种抗震预制装配式部分钢骨混凝土框架生产工艺及其结构。
为了实现上述目的，本发明一种抗震预制装配式部分钢骨混凝土框架生产工艺，包括包括将钢材固定于模具内后，向钢材内以及钢材与模具之间浇筑混凝土，其特征在于，
还包括以下步骤:
1)纤维球成型：浇铸中心为钢球体，表面固定向直径延长线方向延伸的钢纤维的纤维球；
2)纤维泥球成型：将步骤一获得的纤维球裹上泥，使纤维不漏出泥层形成纤维泥球；
3)内层干燥：将步骤二获得的纤维泥球通过高频感应线圈，使临近纤维球的泥层失水干燥；
4)外层冲刷：用水冲刷步骤三获得的内层干燥的纤维泥球30，使纤维漏出泥层，形成露纤维泥球；
5)泥层烧结：露纤维泥球干燥后，在微波环境下烧结；
6)钢骨造型：将钢骨固定于模具内，在钢骨外张拉筒形纤维网，将步骤五获得的烧结后的露纤维泥球固定在钢骨表面，使部分钢纤维伸出纤维网外，纤维网的孔径是露纤维泥球最大直径的3/4-4/5；
7)浇注混凝土：向模具内浇筑混凝土，从钢骨长度方向的一端向另一端加压充填混凝土，混凝土粗集料的最大粒径小于纤维孔径的3/4。
进一步的，所述步骤具体为：
1)纤维球成型：使用模具浇铸中心为钢球体，表面固定向直径延长线方向延伸的钢纤维的纤维球，钢纤维的直径在0.3-1mm范围内，长度为12-26mm范围内，中心球体的直径在5-12mm范围内，纤维空余端为尖端或球体，纤维在球体表面均匀分布，单个纤维球上钢纤维数量在16-26根之间；
2)纤维泥球成型：将步骤一获得的纤维球裹上泥，使纤维不漏出泥层形成纤维泥球；)
内层干燥：将步骤二获得的纤维泥球通过陶瓷管，陶瓷管外套设高频感应线圈，使临近纤维球的泥层失水干燥；
4)外层冲刷：将步骤三获得的内层干燥的纤维泥球，放于圆盘内，圆盘内保持静水位在纤维泥球的1/5-1/4处，圆盘沿轴线转动；圆盘内的水会将纤维泥球外层的泥冲洗掉，使纤维漏出一部分，漏出部分为其长度的1/3-2/3，形成露纤维泥球；
5)泥层烧结：露纤维泥球在100-110度范围内烘干至泥层含水率不超过10％，将露纤维泥球放入2.4GHZ微波下，保持温度1000-1200度进行烧结；
6)钢骨造型：将钢骨固定于模具内，在钢骨外张拉筒形纤维网，将步骤五获得的烧结后的露纤维泥球固定在钢骨表面，使部分钢纤维伸出纤维网外，纤维网的孔径是露纤维泥球最大直径的3/4-4/5；
7)浇注混凝土：向模具内浇筑混凝土，从钢骨长度方向的一端向另一端加压充填混凝土，混凝土粗集料的最大粒径小于纤维孔径的3/4，混凝土坍落度在200-240mm之间，泵送压力在2.5-4.4Mpa。
进一步的，所述钢骨为方钢管，方钢管内部对角边固定钢纤维网，纤维网孔径为30mm，纤维直径在1-2mm，将钢管内分隔成纵截面为四个三角形的隔离区，在方钢管外层浇注混凝土的同时，向方钢管内的隔离区内灌注混凝土，灌注50-70mm高的混凝土层后，抛洒一层最大直径为30mm的露纤维泥球，然后在灌注一层50-70mm高的混凝土层，抛洒一层最大直径为30mm的露纤维泥球，如此重复浇注混凝土和抛洒露纤维泥球的操作，直至完全充满方钢管内腔，抛填的同时，使用振动棒插入方钢管内进行振捣。
进一步的，所述钢骨为方钢管，在方钢管的表面缠绕复合纤维，纤维包含体积比15-20％的玻璃纤维、5-12％的芳纶，剩余皆为金属丝，纤维直径为5-10mm，纤维绕钢管表面以倾角10-20度旋转缠绕，并施加预应力，预应力在60-90Mpa。
进一步的，混凝土中粗集料用量扣除露纤维泥球110的体积。
进一步的，钢骨外的混凝土分为两层，紧邻钢骨的混凝土为内层混凝土，向外的为外层混凝土，内层混凝土的纤维用量是外层混凝土纤维用量的1.5-2倍。
进一步的，所使用的纤维为纤维混凝土，使用的纤维是聚丙烯纤维、植物纤维或玻璃纤维中的一种或多种,先浇筑内层，待内层养护3-7天后浇筑外层。
一种部分钢骨混凝土结构，包括钢骨，钢骨外包覆混凝土，其特征在于，所述钢骨外有一过渡层，过渡层内包含露纤维泥球，露纤维泥球中心为陶粒，陶粒内有钢球，钢球表面固定均匀分布的向直径延伸方向伸出陶粒外的钢纤维。
进一步的，所述露纤维泥球的钢纤维的直径在0.3-1mm范围内，长度为12-26mm范围内，中心球体的直径在5-12mm范围内，纤维空余端为尖端或球体，纤维在球体表面均匀分布，单个纤维球上钢纤维数量在16-26根之间。
本发明的有益效果在于，利用陶粒与钢纤维复合的露纤维泥球与混凝土配合在钢骨内外能够形成过渡层，使钢骨与混凝土的受力反应更趋于一致，提高结构整体连续性，能够以更少的混凝土和钢材用量，或等更加的力学性能，提高抗震效果。
附图说明
图1是纤维球模具结构示意图。
图2是纤维泥球结构示意图。
图3是转盘与泥球配合示意图。
图4是转盘左剖视图和干燥管配合结构示意图。
图5是泥球水洗后与转盘配合示意图。
图6是方钢管作为钢骨时混凝土构件剖视图。
图7是搓粒模具示意图。
具体实施方式
下面结合附图对发明做详细描述。
第一实施例：
一种抗震预制装配式部分钢骨混凝土框架生产工艺，包括将钢材固定于模具内后，向钢材内以及钢材与模具之间浇筑混凝土，其特征在于，
还包括以下步骤:
1)纤维球成型：使用模具20浇铸中心为钢球体，表面固定向直径延长线方向延伸的钢纤维的纤维球10，钢纤维的直径在0.3-1mm范围内，长度为12-26mm范围内，中心球体的直径在5-12mm范围内，纤维空余端为尖端或球体，纤维在球体表面均匀分布，单个纤维球上钢纤维数量在16-26根之间；
模具建议为四块长方体组成，如图1所示，因为纤维延伸方向不同，四块长方体组成的模具便于拆模。实际上模具之间的研配并不需太严谨，使纤维上残留些许毛刺更有利于粘附泥或是与混凝土粘结。
2)纤维泥球成型：将步骤一获得的纤维球裹上泥，使纤维不漏出泥层形成纤维泥球30；，裹泥有两种方式，一种是滚动包裹，让纤维球上沾水，在泥粉中滚动，形成球，这种泥球较为松散，另一种是将定量的泥块裹在纤维球外，搓成长条，然后使用搓粒模具60，如图，其相对的面上均匀间隔设置纵截面为圆弧的长槽，长槽开口相对，将纤维球10对应上下长槽，推拉搓粒模具60即可获得纤维泥球，纤维球10位于长槽内能够确保纤维球形成纤维泥球。
3)内层干燥：将步骤二获得的纤维泥球30通过陶瓷管50，陶瓷管50外套设高频感应线圈，当纤维泥球30通过高频感应线圈时，内部纤维球10由于是钢制，会收磁场影响快速受热，使临近纤维球的泥层失水干燥，相比于外层的泥结构密实；
感应线圈的数量以及陶瓷管的倾斜角度与纤维泥球30在受电磁感应升温的时间直接相关，而纤维泥球30收电磁感应升温时间由泥层含水率以及后期所要过得的露出纤维的长度来决定，这个可以根据工程实际需要进行调整。
4)外层冲刷：将步骤三获得的内层干燥的纤维泥球30，放于圆盘40内，圆盘内保持静水位在纤维泥球30的1/5-1/4处，圆盘40沿轴线转动；圆盘内的水会将纤维泥球30外层的泥冲洗掉，使纤维漏出一部分，漏出部分为其长度的1/3-2/3，形成露纤维泥球110；
当然冲刷表层的泥，不一定使用圆盘，使用管道也可以，关键是要让纤维泥球30在水里能够变换方位的与水接触，从而均匀的将部分泥层冲刷掉。
5)泥层烧结：露纤维泥球110在100-110度范围内烘干至泥层含水率不超过10％，将露纤维泥球110放入2.4GHZ微波下，保持温度1000-1200度进行烧结，之所以采用微波烧结，是因为，钢基本不会受微波影响，而泥层会被直接烧结，钢仅仅收到泥层的热传导，避免漏出泥层外的钢纤维过度变形；
6)钢骨造型：将钢骨100固定于模具内，在钢骨100外张拉筒形纤维网，将步骤五获得的烧结后的露纤维泥球110固定在钢骨表面，使部分钢纤维伸出纤维网外，纤维网的孔径是露纤维泥球110最大直径的3/4-4/5；
7)浇注混凝土：向模具内浇筑混凝土，从钢骨长度方向的一端向另一端加压充填混凝土，混凝土粗集料的最大粒径小于纤维孔径的3/4，混凝土坍落度在200-240mm之间，泵送压力在2.5-4.4Mpa。
钢骨的构件比较大，与混凝土之间的结合面基本上都是平面，在受到与平面平行的应力时，容易在结合面处分离。本质上来说，部分钢骨混凝土的抗震性能不能充分的发挥混凝土钢材的优点的关键在于钢材与混凝土之间连续性优良与否。外力作用下两种材料的各种受力反应区别大，连续性强则两种材料能够以相近的反应来抵抗外力，则能发挥复合材料的优势，而如果两种材料反应区别大，则会导致无法有效抵抗外力，且构件容易损坏。
详细来说，现有的钢骨混凝土，应力可以无差别的向混凝土和钢骨传导，即应力传导到钢骨和钢骨附近的混凝土时，方向和大小没有明显的区别。而混凝土和钢骨受力反应区别大，从而在混凝土和钢骨的界面处，就会有不同的形变。地震时，高频、高强度的振动下，就很容易使钢骨混凝土构件失去钢材与混凝土复合的优势，承载能力迅速降低，进而导致建筑构件不可逆受损，甚至倒塌。
在纤维球外先裹上泥，利用感应线圈将内部加热，然后利用水将表面部分泥层洗掉，使纤维球漏出部分钢纤维，最后经过微波烧结，形成陶粒与钢纤维共存的露纤维泥球。钢纤维在露纤维泥球表面向各个方向延伸，在混凝土内单一纤维的接触面很小，且方向各异，能够有效的承载过渡各向应力。露纤维泥球中的陶粒能够使其与混凝土粘结的更紧密。这种露纤维泥球通过纤维网紧靠在钢骨表面上，形成一个非金属和金属紧密复合的过渡带。使过渡区与钢骨的受力反应更接近，避免混凝土与钢骨脱离，从而有效保证钢骨与混凝土复合的优良力学形成，提高抵抗高频高幅的抗震能力。
第二实施例：
在第一实施例的基础上，钢骨使用的是方钢管，方钢内部对角边固定钢纤维网，纤维网孔径为30mm，纤维直径在1-2mm，将钢管内分隔成纵截面为四个三角形的隔离区，在方钢管外层浇注混凝土的同时，向方钢管内的隔离区内灌注混凝土，灌注50-70mm高的混凝土层后，抛洒一层最大直径为30mm的露纤维泥球110，然后在灌注一层50-70mm高的混凝土层，抛洒一层最大直径为30mm的露纤维泥球110，如此重复浇注混凝土和抛洒露纤维泥球的操作，直至完全充满方钢管内腔，抛填的同时，使用振动棒插入方钢管内进行振捣。
如此在方钢管的内外就形成的与混凝土之间连续的过度区，使构件连续性更强，抗震性能更佳。
第三实施例：
在第二实施例的基础上，在方钢管的表面缠绕复合纤维，纤维包含体积比15-20％的玻璃纤维、5-12％的芳纶，剩余皆为金属丝，纤维直径为5-10mm，纤维绕钢管表面以倾角10-20度旋转缠绕，并施加预应力，预应力在60-90Mpa。
第四实施例：
将方钢管外的混凝土分为两层，分别使用，紧邻方钢管的混凝土为内层混凝土，向外的为外层混凝土，内层混凝土的纤维用量是外层混凝土纤维用量的1.5-2倍。所使用的纤维为纤维混凝土，使用的纤维是聚丙烯纤维、植物纤维或玻璃纤维中的一种或多种。施工时，可先浇筑内层，待内层养护3-7天后浇筑外层。
第五实施例：
混凝土中粗集料用量扣除露纤维泥球110的体积，以保证砂浆能够有包裹。实际上就是利用露纤维泥球代替了部分混凝土的粗集料，确保混凝土设计的力学性能和和易性能够有效的呈现，降低施工难度，确保构件力学效果。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明精神和原则内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种改性抗震预制装配钢骨混凝土生产工艺，包括将钢材固定于模具内后，向钢材内以及钢材与模具之间浇筑混凝土，其特征在于，
还包括以下步骤:
1)纤维球成型：浇铸中心为钢球体，表面固定向直径延长线方向延伸的钢纤维的纤维球；
2)纤维泥球成型：将步骤一获得的纤维球裹上泥，使纤维不漏出泥层形成纤维泥球；
3)内层干燥：将步骤二获得的纤维泥球通过高频感应线圈，使临近纤维球的泥层失水干燥；
4)外层冲刷：用水冲刷步骤三获得的内层干燥的纤维泥球30，使纤维漏出泥层，形成露纤维泥球；
5)泥层烧结：露纤维泥球干燥后，在微波环境下烧结；
6)钢骨造型：将钢骨固定于模具内，在钢骨外张拉筒形纤维网，将步骤五获得的烧结后的露纤维泥球固定在钢骨表面，使部分钢纤维伸出纤维网外，纤维网的孔径是露纤维泥球最大直径的3/4-4/5；
7)浇注混凝土：向模具内浇筑混凝土，从钢骨长度方向的一端向另一端加压充填混凝土，混凝土粗集料的最大粒径小于纤维孔径的3/4。
2.根据权利要求1所述的改性抗震预制装配钢骨混凝土生产工艺，其特征在于，
所述步骤具体为：
1)纤维球成型：使用模具浇铸中心为钢球体，表面固定向直径延长线方向延伸的钢纤维的纤维球，钢纤维的直径在0.3-1mm范围内，长度为12-26mm范围内，中心球体的直径在5-12mm范围内，纤维空余端为尖端或球体，纤维在球体表面均匀分布，单个纤维球上钢纤维数量在16-26根之间；
2)纤维泥球成型：将步骤一获得的纤维球裹上泥，使纤维不漏出泥层形成纤维泥球；)内层干燥：将步骤二获得的纤维泥球通过陶瓷管，陶瓷管外套设高频感应线圈，使临近纤维球的泥层失水干燥；
4)外层冲刷：将步骤三获得的内层干燥的纤维泥球，放于圆盘内，圆盘内保持静水位在纤维泥球的1/5-1/4处，圆盘沿轴线转动；圆盘内的水会将纤维泥球外层的泥冲洗掉，使纤维漏出一部分，漏出部分为其长度的1/3-2/3，形成露纤维泥球；
5)泥层烧结：露纤维泥球在100-110度范围内烘干至泥层含水率不超过10％，将露纤维泥球放入2.4GHZ微波下，保持温度1000-1200度进行烧结；
6)钢骨造型：将钢骨固定于模具内，在钢骨外张拉筒形纤维网，将步骤五获得的烧结后的露纤维泥球固定在钢骨表面，使部分钢纤维伸出纤维网外，纤维网的孔径是露纤维泥球最大直径的3/4-4/5；
7)浇注混凝土：向模具内浇筑混凝土，从钢骨长度方向的一端向另一端加压充填混凝土，混凝土粗集料的最大粒径小于纤维孔径的3/4，混凝土坍落度在200-240mm之间，泵送压力在2.5-4.4Mpa。
3.根据权利要求2所述的改性抗震预制装配钢骨混凝土生产工艺，其特征在于，
所述钢骨为方钢管，方钢管内部对角边固定钢纤维网，纤维网孔径为30mm，纤维直径在1-2mm，将钢管内分隔成纵截面为四个三角形的隔离区，在方钢管外层浇注混凝土的同时，向方钢管内的隔离区内灌注混凝土，灌注50-70mm高的混凝土层后，抛洒一层最大直径为30mm的露纤维泥球，然后在灌注一层50-70mm高的混凝土层，抛洒一层最大直径为30mm的露纤维泥球，如此重复浇注混凝土和抛洒露纤维泥球的操作，直至完全充满方钢管内腔，抛填的同时，使用振动棒插入方钢管内进行振捣。
4.根据权利要求2所述的改性抗震预制装配钢骨混凝土生产工艺，其特征在于，
所述钢骨为方钢管，在方钢管的表面缠绕复合纤维，纤维包含体积比15-20％的玻璃纤维、5-12％的芳纶，剩余皆为金属丝，纤维直径为5-10mm，纤维绕钢管表面以倾角10-20度旋转缠绕，并施加预应力，预应力在60-90Mpa。
5.根据权利要求1-4任一项所述的改性抗震预制装配钢骨混凝土生产工艺，其特征在于，
混凝土中粗集料用量扣除露纤维泥球的体积。
6.根据权利要求5所述的改性抗震预制装配钢骨混凝土生产工艺，其特征在于，
钢骨外的混凝土分为两层，紧邻钢骨的混凝土为内层混凝土，向外的为外层混凝土，内层混凝土的纤维用量是外层混凝土纤维用量的1.5-2倍。
7.根据权利要求6所述的改性抗震预制装配钢骨混凝土生产工艺，其特征在于，所使用的纤维为纤维混凝土，使用的纤维是聚丙烯纤维、植物纤维或玻璃纤维中的一种或多种,先浇筑内层，待内层养护3-7天后浇筑外层。
8.一种混凝土，包括钢骨，钢骨外包覆混凝土，其特征在于，所述钢骨外有一过渡层，过渡层内包含如权利要求1-7所述的露纤维泥球，露纤维泥球中心为陶粒，陶粒内有钢球，钢球表面固定均匀分布的向直径延伸方向伸出陶粒外的钢纤维。
9.根据权利要求8所述的混凝土，其特征在于，所述露纤维泥球的钢纤维的直径在0.3-1mm范围内，长度为12-26mm范围内，中心球体的直径在5-12mm范围内，纤维空余端为尖端或球体，纤维在球体表面均匀分布，单个纤维球上钢纤维数量在16-26根之间。
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