CN110984472A - 一种高温预应力frp管约束型钢再生混凝土柱及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱及其制备方法,包括FRP管、型钢、再生混凝土、隔热砂浆层,FRP管为预应力FRP管;所述型钢的质心与FRP管的圆心重合,所述FRP管的内壁喷涂隔热砂浆层,预应力FRP管与型钢之间浇筑再生混凝土。通过本发明,有效克服再生混凝土柱刚度过低、抗压性能差、易变性等缺点,有效抑制裂缝发展,提高再生混凝土柱的承载力,避免其发生脆性破坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱及其制备方法,属于土木工程应用领域。
背景技术
保守估计2017年我国共计产生建筑垃圾15.93亿吨,2018年约为17.04亿吨。但目前建筑垃圾总体资源化率不足10%,远低于欧美国家的90%和日韩的95%。根据建筑垃圾资源化经济效益以及建筑垃圾资源化率测算,2018年我国建筑垃圾资源化价值约为403亿元。
因此通过对废弃混凝土的合理再生利用,既能减少废弃混凝土对环境的污染,又能节省天然砂石等自然资源,对建筑工程领域可持续发展具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题,提供一种成本低、效益高的利用再生混凝土的组合构件,具体为一种高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱及其制备方法,此方法能够显著克服了再生混凝土单独使用时易变性、承载力不足、抗弯性能差等缺点,提高再生混凝土柱的性能。
本发明的目的是这样实现的,一种高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱,其特征在于,包括FRP管、型钢、再生混凝土、隔热砂浆层,FRP管为预应力FRP管;所述型钢的质心与FRP管的圆心重合,所述FRP管的内壁喷涂隔热砂浆层,预应力FRP管与型钢之间浇筑再生混凝土。
所述FRP管的横截面为圆形;FRP管为BFRP、CFRP、GFRP或AFRP, FRP管是有多股连续纤维通过基地材料进行胶合后经模具挤压成型的,基地材料为树脂,树脂为耐高温树脂;
所述FRP管通过高温煅烧获得预应力效果;FRP管内壁设有横肋,用于增强FRP管与隔热砂浆层之间的粘结性能。
所述型钢为工字型钢、槽钢、角钢、方钢、格构结构、箱型钢或U型钢。
所述隔热砂浆层为憎水性膨胀珍珠岩砂浆。
所述的再生混凝土中掺入有纤维,以提高再生混凝土的强度;所述再生混凝土中的纤维为钢纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、PVA纤维或芳纶纤维;再生混凝土两端端面相平。
一种高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1)、准备再生混凝土,再生混凝土中包括粗骨料、细骨料、水泥、Ⅱ级粉煤灰、早强剂、减水剂、短束玄武岩纤维,粗骨料全部采用废弃混凝土骨料,粒径为5~25mm;再生混凝土中的细骨料同样采用打碎的混凝土破碎颗粒,粒径为0 .75mm~5mm,吸水率为4%;水泥采用42.5R快硬硅酸盐水泥,混凝土搅拌和养护用水为饮用自来水;Ⅱ级粉煤灰,细度为5090cm2/g;早强剂使用硫酸盐类;减水剂采用荼系高效减水剂;短束玄武岩纤维添加量为4kg/m3,短束纤维为钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、PVA纤维或芳纶纤维替代;再生混凝土的配合比按C25-C30混凝土配比;
步骤2)、FRP管处理;
在进行对FRP管高温煅烧前,预先在FRP管内壁使用水泥砂浆喷涂灌浆机喷涂一层隔热砂浆层,隔热砂浆层的层厚为3~5mm;所述隔热砂浆层为憎水性膨胀珍珠岩砂浆,其中添加引气剂、可再分散乳胶粉、憎水剂,进一步减小砂浆的导热系数;极大增强砂浆的粘结强度、可塑性、抗裂性能、柔韧性、防水性能;
待隔热砂浆凝结后,高温煅烧FRP管,使用高温箱进行高温煅烧,煅烧过程逐级煅烧;将FRP管前50分钟内逐步将温度提升至190 OC ~200OC,保持温度不变持续煅烧10分钟;
步骤3)、再生混凝土的浇筑与养护;
将高温煅烧过后的FRP管取出,放在辅助模具上,将型钢放在FRP管的中心位置,采用高抛法在FRP管内浇筑再生混凝土,振捣,待高温FRP管自然冷却后,放入养护池中,标准养护7-28天。
所述FRP管的横截面为圆形;FRP管为BFRP、CFRP、GFRP或AFRP, FRP管是有多股连续纤维通过基地材料进行胶合后经模具挤压成型的,基地材料为树脂,树脂为耐高温树脂;
所述FRP管通过高温煅烧获得预应力效果;FRP管内壁设有横肋,用于增强FRP管与隔热砂浆层之间的粘结性能。
所述型钢为工字型钢、槽钢、角钢、方钢、格构结构、箱型钢或U型钢。
所述再生混凝土两端端面相平。
本发明结构合理、方法先进科学。通过本发明,提供的高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱及其制备方法,包括预应力FRP管的制备方法:通过高温箱高温煅烧对FRP管进行升温使其膨胀,FRP管的升温范围为150~250摄氏度,浇筑再生混凝土之后,自然冷却收缩,环向收缩对混凝土柱产生预应力效果。
一种高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱,包括预应力FRP管、再生混凝土和型钢,所述型钢设置在预应力FRP管内,型钢的质心与FRP管圆心重合,预应力FRP管内壁喷涂隔热砂浆层,预应力FRP管与型钢之间浇筑再生混凝土。
进一步的,所述预应力FRP管为BFRP、CFRP、GFRP、AFRP等。所述预应力FRP管中选用的树脂为耐高温树脂。所述预应力FRP管的横截面为圆形。所述FRP管的内壁喷涂有隔热砂浆层。所述隔热砂浆层为憎水性膨胀珍珠岩砂浆。所述新型憎水性膨胀珍珠岩砂浆中适量添加引气剂、可再分散乳胶粉、憎水剂等,进一步减小砂浆的导热系数;极大增强砂浆的粘结强度、可塑性、抗裂性能、柔韧性;防水性能等。所述预应力FRP管内壁设有横肋,用于增强FRP管与隔热砂浆层之间的粘结性能。所述型钢为工字型钢、槽钢、角钢、方钢、格构结构、箱型钢、U型钢等。所述再生混凝土中掺入短束纤维材料。所述短束纤维材料为钢纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、PVA纤维、芳纶纤维等。所述再生混凝土两端端面相平。
综上,本发明提供的一种高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱,包括预应力FRP管、再生混凝土、型钢、隔热砂浆层。所述型钢的截面形心与预应力FRP管的圆心重合,FRP管内壁喷涂隔热砂浆层,型钢与FRP管之间浇筑再生混凝土。所述的FRP管通过高温煅烧,使其发生膨胀,然后在其中浇筑再生混凝土。本发明有效克服再生混凝土柱刚度过低、抗压性能差、易变性等缺点,有效抑制裂缝发展,提高再生混凝土柱的承载力,避免其发生脆性破坏。
有益效果:
(1)本发明再生混凝土柱组合构件外部包裹FRP管,减少再生混凝土与空气的接触的面积,提高组合构件的耐腐蚀性能。
(2)本发明使用预应力FRP环向约束再生混凝土,有效提高该组合构件的抗压性能和抵抗变形的能力。
(3)本发明使用型钢,能够增强组合构件的承载能力和刚度,克服了再生混凝土单独使用抗压能力差、易变形的缺点。
(4)本发明在再生混凝土内掺入纤维材料,有效提高的再生混凝土的抗裂性能和延性。
附图说明
图1是本发明构件截面示意图;
图2是本发明构件整体示意图;
图3是本发明构件FRP管内壁喷涂砂浆示意图;
图4是本发明构件放置组合示意图;
图5是本发明构件再生混凝土浇筑示意图;
图中:1FRP管、2型钢、3再生混凝土、4隔热砂浆层。
具体实施方式
以下结合附图以及附图说明对本发明作进一步的说明。
一种高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱,包括FRP管1、型钢2、再生混凝土3、隔热砂浆层4,FRP管1为预应力FRP管;型钢2的质心与FRP管1的圆心重合, FRP管1的内壁喷涂隔热砂浆层4,预应力FRP管1与型钢2之间浇筑再生混凝土3。FRP管1的横截面为圆形;FRP管1为BFRP、CFRP、GFRP或AFRP, FRP管1是有多股连续纤维通过基地材料进行胶合后经模具挤压成型的,基地材料为树脂,树脂为耐高温树脂;FRP管1通过高温煅烧获得预应力效果;FRP管1内壁设有横肋,用于增强FRP管1与隔热砂浆层4之间的粘结性能。型钢2为工字型钢、槽钢、角钢、方钢、格构结构、箱型钢或U型钢。隔热砂浆层4为憎水性膨胀珍珠岩砂浆。在再生混凝土3中掺入有纤维,以提高再生混凝土的强度;所述再生混凝土3中的纤维为钢纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、PVA纤维或芳纶纤维;再生混凝土3两端端面相平。
在制备时,包括以下步骤:
步骤1)、准备再生混凝土3,再生混凝土3中包括粗骨料、细骨料、水泥、Ⅱ级粉煤灰、早强剂、减水剂、短束玄武岩纤维,粗骨料全部采用废弃混凝土骨料,粒径为5~25mm;再生混凝土3中的细骨料同样采用打碎的混凝土破碎颗粒,粒径为0.75mm~5mm,吸水率为4%;水泥采用42.5R快硬硅酸盐水泥,混凝土搅拌和养护用水为饮用自来水;Ⅱ级粉煤灰,细度为5090cm2/g;早强剂使用硫酸盐类;减水剂采用荼系高效减水剂;短束玄武岩纤维添加量为4kg/m3,短束纤维为钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、PVA纤维或芳纶纤维;再生混凝土3的配合比按C25-C30混凝土配比;
步骤2)、FRP管1处理;
在进行对FRP管1高温煅烧前,预先在FRP管1内壁使用水泥砂浆喷涂灌浆机喷涂一层隔热砂浆层4,隔热砂浆层4的层厚为3~5mm;所述隔热砂浆层4为憎水性膨胀珍珠岩砂浆,其中添加引气剂、可再分散乳胶粉、憎水剂,进一步减小砂浆的导热系数;极大增强砂浆的粘结强度、可塑性、抗裂性能、柔韧性、防水性能;
待隔热砂浆凝结后,高温煅烧FRP管1,使用高温箱进行高温煅烧,煅烧过程逐级煅烧;将FRP管1前50分钟内逐步将温度提升至190 OC ~200OC,保持温度不变持续煅烧10分钟;
步骤3)、再生混凝土的浇筑与养护;
将高温煅烧过后的FRP管1取出,放在辅助模具上,将型钢2放在FRP管1的中心位置,采用高抛法在FRP管1内浇筑再生混凝土3,振捣,待高温FRP管1自然冷却后,放入养护池中,标准养护7-28天。
进一步的,FRP管1的横截面为圆形;FRP管1为BFRP、CFRP、GFRP或AFRP,FRP管1是有多股连续纤维通过基地材料进行胶合后经模具挤压成型的,基地材料为树脂,树脂为耐高温树脂;FRP管1通过高温煅烧获得预应力效果;FRP管1内壁设置横肋,用于增强FRP管1与隔热砂浆层4之间的粘结性能。型钢2为工字型钢、槽钢、角钢、方钢、格构结构、箱型钢或U型钢。再生混凝土3两端端面相平。
Claims (9)
1.一种高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱,其特征在于,包括FRP管(1)、型钢(2)、再生混凝土(3)、隔热砂浆层(4),FRP管(1)为预应力FRP管;所述型钢(2)的质心与FRP管(1)的圆心重合,所述FRP管(1)的内壁喷涂隔热砂浆层(4),预应力FRP管(1)与型钢(2)之间浇筑再生混凝土(3)。
2. 根据权利要求1所述的一种高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱,其特征在于,所述FRP管(1)的横截面为圆形;FRP管(1)为BFRP、CFRP、GFRP或AFRP, FRP管(1)是有多股连续纤维通过基地材料进行胶合后经模具挤压成型的,基地材料为树脂,树脂为耐高温树脂;
所述FRP管(1)通过高温煅烧获得预应力效果;FRP管(1)内壁设有横肋,用于增强FRP管(1)与隔热砂浆层(4)之间的粘结性能。
3.根据权利要求1所述的一种高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱,其特征在于,所述型钢(2)为工字型钢、槽钢、角钢、方钢、格构结构、箱型钢或U型钢。
4.根据权利要求1所述的一种高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱,其特征在于,所述隔热砂浆层(4)为憎水性膨胀珍珠岩砂浆。
5.根据权利要求1所述的一种高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱,其特征在于,所述的再生混凝土(3)中掺入有纤维,以提高再生混凝土的强度;所述再生混凝土(3)中的纤维为钢纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、PVA纤维或芳纶纤维;再生混凝土(3)两端端面相平。
6.一种高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1)、准备再生混凝土(3),再生混凝土(3)中包括粗骨料、细骨料、水泥、Ⅱ级粉煤灰、早强剂、减水剂、短束玄武岩纤维,粗骨料全部采用废弃混凝土骨料,粒径为5~25mm;再生混凝土(3)中的细骨料同样采用打碎的混凝土破碎颗粒,粒径为0 .75mm~5mm,吸水率为4%;水泥采用42.5R快硬硅酸盐水泥,混凝土搅拌和养护用水为饮用自来水;Ⅱ级粉煤灰,细度为5090cm2/g;早强剂使用硫酸盐类;减水剂采用荼系高效减水剂;短束玄武岩纤维添加量为4kg/m3,短束纤维为钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、PVA纤维或芳纶纤维替代;再生混凝土(3)的配合比按C25-C30混凝土配比;
步骤2)、FRP管(1)处理;
在进行对FRP管(1)高温煅烧前,预先在FRP管(1)内壁使用水泥砂浆喷涂灌浆机喷涂一层隔热砂浆层(4),隔热砂浆层(4)的层厚为3~5mm;所述隔热砂浆层(4)为憎水性膨胀珍珠岩砂浆,其中添加引气剂、可再分散乳胶粉、憎水剂,进一步减小砂浆的导热系数;极大增强砂浆的粘结强度、可塑性、抗裂性能、柔韧性、防水性能;
待隔热砂浆凝结后,高温煅烧FRP管(1),使用高温箱进行高温煅烧,煅烧过程逐级煅烧;将FRP管(1)前50分钟内逐步将温度提升至190 OC ~200OC,保持温度不变持续煅烧10分钟;
步骤3)、再生混凝土的浇筑与养护;
将高温煅烧过后的FRP管(1)取出,放在辅助模具上,将型钢(2)放在FRP管(1)的中心位置,采用高抛法在FRP管(1)内浇筑再生混凝土(3),振捣,待高温FRP管(1)自然冷却后,放入养护池中,标准养护7-28天。
7.根据权利要求6所述的一种高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱的制备方法,其特征在于,所述FRP管(1)的横截面为圆形;FRP管(1)为BFRP、CFRP、GFRP或AFRP, FRP管(1)是有多股连续纤维通过基地材料进行胶合后经模具挤压成型的,基地材料为树脂,树脂为耐高温树脂;
所述FRP管(1)通过高温煅烧获得预应力效果;FRP管(1)内壁设有横肋,用于增强FRP管(1)与隔热砂浆层(4)之间的粘结性能。
8.根据权利要求6所述的一种高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱的制备方法,其特征在于,所述型钢(2)为工字型钢、槽钢、角钢、方钢、格构结构、箱型钢或U型钢。
9.根据权利要求6所述的一种高温预应力FRP管约束型钢再生混凝土柱的制备方法,其特征在于,再生混凝土(3)两端端面相平。
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