CN110331819A - 一种高延性钢筋混凝土构件及其制作方法 - Google Patents

一种高延性钢筋混凝土构件及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高延性钢筋混凝土构件及其制作方法，包括：根据所需截面形状，绑扎钢筋形成钢筋笼骨架；在钢筋笼内部设置型钢钢骨并放入浇筑模板内部；浇筑混凝土包裹钢筋笼和内部型钢钢骨；待混凝土达到一定强度后脱模，在混凝土表面喷射或涂抹ECC；在ECC表面环裹FRP格栅，在FRP格栅表面继续喷射或涂抹ECC可完成一层FRP格栅的布置；重复FRP格栅布置和喷射ECC步骤可完成多层FRP格栅的布置。本发明所制备的钢筋混凝土构件具有高延性、承载能力高、抗震性能佳、耐腐蚀性强、施工方便等优点，大大延长结构的使用寿命，降低结构后期的加固维护费用，可用于高层建筑、桥梁工程以及其他腐蚀环境下的工程结构。

Description

一种高延性钢筋混凝土构件及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种高延性钢筋混凝土构件及其制作方法，属于土木建筑结构技术领域。
背景技术
自波特兰水泥的问世以来，钢筋混凝土结构因其取材方便、整体性好等优势成为建筑工程中最常见的建筑形式之一。但是在实际工程中钢筋混凝土存在自重大、抗裂性能差、现场需要支护模板作业量大、工期慢以及成本高等问题。而且，我国混凝土结构量大面广，且钢筋混凝土结构经常带裂缝工作，对处于长期暴露在腐蚀环境中的钢筋混凝土构件，由于耐久性问题，在地震作用下，钢筋混凝土构件的抗震性能降低，延性变差。
钢骨混凝土由于钢骨外包混凝土，能够有效抑制钢骨的局部屈曲，充分发挥钢骨和混凝土的组合作用。与钢筋混凝土相比，钢骨混凝土一定程度上能够减小耐久性造成的影响。但是，在地震作用下，外部混凝土容易发生脆性破坏，使得结构的抗震性能很差。
工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)是一种具有超高韧性和良好裂缝控制能力的纤维增强水泥基复合材料，具有假应变硬化特性和多裂缝开裂机制，其极限拉伸应变能达到3％以上,纤维体积掺量通常不大于2％，在拉伸和剪切荷载作用下体现出高延性。
此外，纤维增强塑料(Fiber Reinforced Plastic，简称FRP)因其具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳、施工便捷的优点被广泛地应用于工程结构加固中。经大量工程实践和试验验证，FRP在基本不改变加固构件截面尺寸的情况下，能够显著提高构件的承载能力，极大改善构件的变形能力，且抗震性能明显增强。
综上，为克服上述钢筋混凝土和钢骨混凝土构件存在的不足，本发明提出了一种高延性钢筋混凝土构件及其制作方法。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高延性钢筋混凝土构件及其制作方法，解决钢筋混凝土构件因钢筋锈蚀等耐久性问题导致延性降低的问题，大大延长结构的使用寿命，降低结构后期的加固维护费用，可用于高层建筑、桥梁工程以及其他腐蚀环境下的工程结构。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高延性钢筋混凝土构件，包括由绑扎钢筋形成的钢筋笼骨架、布置于钢筋笼骨架内的型钢钢骨、包裹钢筋笼骨架和内部型钢钢骨的混凝土；
其中，所述混凝土表面喷射或涂抹有ECC，且在ECC表面环裹有FRP格栅；每层FRP格栅表面喷射或涂抹有ECC，重复FRP格栅环裹和ECC喷射或涂抹步骤即可完成多层FRP格栅的布置。
进一步的，所述型钢钢骨的截面形状为工字型、双腹板工字型或十字型。
进一步的，所述混凝土构件的截面形状为矩形。
进一步的，所述FRP格栅所用纤维原丝的类型包括芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、PBO纤维和混编纤维。
进一步的，所述ECC配合材料包括：P.O42.5普通硅酸盐水泥、一级粉煤灰、40～80目石英砂、高效减水剂以及PVA纤维，且PVA纤维的掺量不超过2％。
进一步的，所述ECC的配合比为：每立方米中PVA：水泥：石英砂：粉煤灰：水：减水剂＝0.047：1：1：1.182：0.547：0.003。
一种高延性钢筋混凝土构件的制作方法，包括以下步骤：
1)绑扎钢筋形成钢筋笼骨架；
2)在钢筋笼骨架内部设置型钢钢骨并放入模板内部；
3)浇筑混凝土包裹钢筋笼骨架和内部型钢钢骨；
4)待混凝土达到设定强度后脱模，在混凝土表面喷射或涂抹ECC；
5)在ECC表面环裹FRP格栅；
6)在FRP格栅表面喷射或涂抹ECC；
7)根据设计要求，重复步骤5)、6)，完成多层FRP格栅的布置；
8)养护，对浇筑的构件进行保湿养护。
进一步的，所述步骤5)中，在环裹FRP格栅之前，对FRP格栅做进一步粘砂处理，具体包括：采用环氧树脂涂液对FRP格栅浸渍，并用毛刷涂抹均匀；然后快速将浸胶后的FRP格栅张开拉平放在提前铺好的石英砂垫层上并压入垫层内，拿出后再对另一面进行相同的操作，最后放在室外阳光下待其固化。
进一步的，所述环氧树脂胶涂液由环氧树脂胶和环氧固化剂按1:1的重量比进行调配而成，且粘砂过程中所用的石英砂粒径在0.6-1.2mm。
有益效果：本发明提供的一种高延性钢筋混凝土构件及其制作方法，与现有技术相比，主要具备以下优点：
1)高延性。组合构件中ECC、FRP和钢骨均具有优异的变形能力，同时各种材料之间又相互作用，与普通钢筋混凝土相比，组合构件的延性更高，使构件避免或减轻脆性破坏，尤其是在腐蚀环境下，本发明提出的组合构件的优势更加显著。
2)耐腐蚀性强。ECC具有优越的限裂能力，裂缝宽度可控制在100微米以下，能够防止构件在正常使用过程中大裂缝的产生，明显减缓了内部钢筋的锈蚀，增强了组合构件的耐腐蚀性能。
3)承载力高。在ECC、FRP和钢筋约束作用下，核心混凝土处于三向受压状态，且内部设置了钢骨，与普通钢筋混凝土构件相比，显著提高了构件的承载能力。
4)防止钢筋和钢骨屈曲能力强。ECC和FRP能够对内部钢筋和钢骨提供环向约束，使材料间粘结性能更好，有效预防或防止内部钢筋和钢骨发生局部屈曲。
5)减小截面尺寸和自重。与普通钢筋混凝土相比，在同时满足工程要求的前提下，能够减小构件截面尺寸和自重。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为图1的A-A剖面图；
图3为本发明实施例2的结构示意图；
图4为图3的A-A剖面图；
图5为本发明实施例3的结构示意图；
图6为图5的A-A剖面图；
图中包括：1、型钢钢骨，2、混凝土，3、钢筋笼骨架，4、FRP格栅，5、ECC。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1
如图1-2所示为一种高延性钢筋混凝土构件，包括由绑扎钢筋形成的钢筋笼骨架3、布置于钢筋笼骨架3内的型钢钢骨1、包裹钢筋笼骨架3和内部型钢钢骨1的混凝土2；
其中，所述混凝土2表面喷射或涂抹有ECC5，且在ECC5表面环裹有FRP格栅4；每层FRP格栅4表面喷射或涂抹有ECC5，重复FRP格栅4环裹和ECC5喷射或涂抹步骤即可完成多层FRP格栅4的布置。
本实施例中，所述型钢钢骨1的截面形状为工字型；所述混凝土2构件的截面形状为矩形。
所述FRP格栅4所用纤维原丝的类型包括芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、PBO纤维和混编纤维。
所述ECC5配合材料包括：P.O42.5普通硅酸盐水泥、一级粉煤灰、40～80目石英砂、高效减水剂以及PVA纤维，且PVA纤维的掺量不超过2％。所述ECC5的配合比为：每立方米中PVA：水泥：石英砂：粉煤灰：水：减水剂＝0.047：1：1：1.182：0.547：0.003。
一种高延性钢筋混凝土构件的制作方法，包括以下步骤：
1)根据所需截面形状，绑扎钢筋形成钢筋笼骨架；
2)在钢筋笼骨架内部设置型钢钢骨并放入模板内部；
3)浇筑混凝土包裹钢筋笼骨架和内部型钢钢骨；
4)待混凝土达到设定强度后脱模，在混凝土表面喷射或涂抹ECC，且喷射或涂抹厚度要满足设计要求；
步骤4)中，混凝土达到设定强度后将混凝土外侧模板拆除，并在混凝土表面进行粗糙处理。喷射ECC时，可不做粗糙处理，但需要用清水清洗混凝土表面浮灰等杂质；当涂抹ECC时，可在混凝土表面进行有规则或无规则地轻微刻划，使混凝土表面粗糙以增加ECC与混凝土之间的粘结性能。
5)在ECC表面环裹FRP格栅；
步骤5)中，在FRP格栅环裹之前，对FRP格栅做进一步粘砂处理以增加ECC与FRP格栅之间的粘结性能，具体包括：采用环氧树脂涂液对FRP格栅浸渍，并用毛刷涂抹均匀，为避免环氧树脂胶快速固化，浸胶过程尽量在室内完成；然后快速将浸胶后的FRP格栅张开拉平放在提前铺好的石英砂垫层上并压入垫层内，拿出后再对另一面进行相同的操作，最后放在室外阳光下待其固化，固化过程中避免碰触FRP格栅以免粘的砂子掉落。
所述环氧树脂胶涂液由环氧树脂胶和环氧固化剂按1:1的重量比进行调配，并使用调搅拌搅拌均匀，为了防止调配后的环氧树脂涂液过快固化，调配过程可在室内进行。另外，粘砂过程中所用的石英砂粒径在0.6-1.2mm。
FRP格栅环裹过程中，应保持FRP格栅纵向纤维束与构件纵向平行，FRP格栅的搭接长度宜为100mm-150mm，避免FRP格栅脱粘导致FRP格栅失效过早退出工作；使用尼龙扎带将FRP格栅在搭接处绑扎牢固，然后将长出来的多余部分用剪刀剪掉避免影响ECC的喷射或涂抹。
6)在FRP格栅表面继续喷射或涂抹ECC，且喷射或涂抹厚度要满足设计要求；
7)根据设计要求，重复步骤5)、6)，可完成多层FRP格栅的布置。
8)养护，对浇筑的构件进行保湿养护。
实施例2：图3-4为高延性钢筋混凝土构件的一种形式，该构件实施方式与实施例1基本相同，区别在于：本实施例中型钢钢骨1形状为双腹板工字型。
实施例3：图5-6为高延性钢筋混凝土构件的一种形式，该构件实施方式与实施例1基本相同，区别在于：本实施例中型钢钢骨1形状为十字型。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高延性钢筋混凝土构件，其特征在于，包括由绑扎钢筋形成的钢筋笼骨架(3)、布置于钢筋笼骨架(3)内的型钢钢骨(1)、浇筑包裹钢筋笼骨架(3)和内部型钢钢骨(1)的混凝土(2)；
其中，所述混凝土(2)表面喷射或涂抹有ECC(5)，且在ECC(5)表面环裹有FRP格栅(4)；每层FRP格栅(4)表面喷射或涂抹有ECC(5)，重复FRP格栅(4)环裹和ECC(5)喷射或涂抹步骤即可完成多层FRP格栅(4)的布置。
2.根据权利要求1所述的一种高延性钢筋混凝土构件，其特征在于，所述型钢钢骨(1)的截面形状为工字型、双腹板工字型或十字型。
3.根据权利要求1所述的一种高延性钢筋混凝土构件，其特征在于，所述混凝土构件的截面形状为矩形。
4.根据权利要求1所述的一种高延性钢筋混凝土构件，其特征在于，所述FRP格栅(4)所用纤维原丝的类型包括芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、PBO纤维和混编纤维。
5.根据权利要求1所述的一种高延性钢筋混凝土构件，其特征在于，所述ECC(5)配合材料包括：P.O 42.5普通硅酸盐水泥、一级粉煤灰、40～80目石英砂、高效减水剂以及PVA纤维，且PVA纤维的掺量不超过2％。
6.根据权利要求5所述的一种高延性钢筋混凝土构件，其特征在于，所述ECC(5)的配合比为：每立方米中PVA：水泥：石英砂：粉煤灰：水：减水剂＝0.047：1：1：1.182：0.547：0.003。
7.一种高延性钢筋混凝土构件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)绑扎钢筋形成钢筋笼骨架(3)；
2)在钢筋笼骨架(3)内部设置型钢钢骨(1)并放入模板内部；
3)浇筑混凝土(2)包裹钢筋笼骨架(3)和内部型钢钢骨(1)；
4)待混凝土(2)达到设定强度后脱模，在混凝土(2)表面喷射或涂抹ECC(5)；
5)在ECC(5)表面环裹FRP格栅(4)；
6)在FRP格栅(4)表面喷射或涂抹ECC(5)；
7)根据设计要求，重复步骤5)、6)，完成多层FRP格栅(4)的布置；
8)养护，对浇筑的构件进行保湿养护。
8.根据权利要求7所述的一种高延性钢筋混凝土构件的制作方法，其特征在于，所述步骤5)中，在环裹FRP格栅(4)之前，对FRP格栅(4)做进一步粘砂处理，具体包括：采用环氧树脂涂液对FRP格栅(4)浸渍，并用毛刷涂抹均匀；然后快速将浸胶后的FRP格栅(4)张开拉平放在提前铺好的石英砂垫层上并压入垫层内，拿出后再对另一面进行相同的操作，最后放在室外阳光下待其固化。
9.根据权利要求8所述的一种高延性钢筋混凝土构件的制作方法，其特征在于，所述环氧树脂胶涂液由环氧树脂胶和环氧固化剂按1:1的重量比进行调配而成，且粘砂过程中所用的石英砂粒径在0.6-1.2mm。
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