CN111333390A - 混凝土预制空心柱及其生产方法 - Google Patents

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CN111333390A CN202010251896.6A CN202010251896A CN111333390A CN 111333390 A CN111333390 A CN 111333390A CN 202010251896 A CN202010251896 A CN 202010251896A CN 111333390 A CN111333390 A CN 111333390A
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陈�光
张猛
马云飞
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Abstract

本公开提供了一种混凝土预制空心柱，包括：柱壳；由柱壳围成的腔体；柱壳包括相对的内表面和外表面；网片，网片埋设在柱壳内；限位件，限位件埋设在柱壳内。本公开还提供了一种混凝土预制空心柱生产方法。本公开的空心柱生产效率得到明显提高，后浇混凝土与空心柱具有良好的界面粘结性。

Description

混凝土预制空心柱及其生产方法
技术领域
本公开涉及装配式建筑领域，尤其涉及混凝土预制空心柱及其生产方法。
背景技术
钢筋混凝土结构一般采用传统的整体现浇施工方法，该施工方法能切实保证结构具有优越的整体性和抗震性等功能，并已被工程人员所接受。但采由于大量的混凝土需要在现场浇筑，不仅存在现场作业量大，工期较长，工人劳动强度高，对环境影响大(如噪音、扬尘、水污染、建筑垃圾)等问题，而且难以保证工程质量，所以发展绿色建筑、提倡绿色施工、实现建筑工业化是建筑节能的重要措施。
外壳预制核心现浇装配整体式混凝土结构，与我国现有的装配式结构相比，其不仅具有现有装配式结构绿色施工的特点，而且由于其大量的核心部分混凝土都是现浇，因此该结构与现浇混凝土结构具有相同的整体性和抗震性能，是对预制混凝土与现浇混凝土的完美结合。针对该结构体系的预制空心柱，1996年，安藤建设的松本昭夫等进行了试验研究，提出了这类空心柱具有与整体现浇钢筋混凝土柱相同的正截面强度和斜截面强度，但是预制混凝土与核心混凝土的界面是两者共同工作的薄弱环节。1999年，大林建设的增田安彦等也对该类空心柱进行研究，考察其力学性能和后插入主筋的粘结性能，提出了加强主筋粘结的措施。国内张大长、支正东等人对该类结构的梁抗弯、抗剪及柱的抗震性能进行了试验研究。但这类空心柱一般生产工艺复杂，生产效率低，预制空心柱内表面与后浇混凝土界面薄弱，无法保证结构的整体性和抗震性能，采用缓凝剂或高压水枪冲洗的处理成本较高，费工费时，且不环保。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种混凝土预制空心柱，包括：
柱壳；
由所述柱壳围成的腔体；
所述柱壳包括相对的内表面和外表面；
网片，所述网片埋设在所述柱壳内；
限位件，所述限位件埋设在所述柱壳内。
根据本公开的至少一个实施方式，所述网片距离所述外表面的距离大于等于15mm。
根据本公开的至少一个实施方式，所述内表面上设置有凹槽。
根据本公开的至少一个实施方式，所述凹槽沿着所述柱壳的长度方向延伸。
根据本公开的另一方面，提供了一种混凝土预制空心柱生产方法，用于生产上述的混凝土预制空心柱，包括：
将模具设置成预定形状；
将网片设置到模具中，在所述网片与所述模具之间设置若干限位件；
将气囊设置在所述网片之间；
将气囊充气膨胀到预定状态，以在所述气囊与所述模具之间形成空腔；
将混凝土填充在所述模具与所述气囊之间的所述空腔中，待所述混凝土硬化后，将所述气囊放气，抽出所述气囊。
根据本公开的至少一个实施方式，在所述将网片设置到模具中，在所述网片与所述模具之间设置若干限位件的步骤中，使得钢筋网片的混凝土保护层厚度至少15mm。
根据本公开的至少一个实施方式，在所述将气囊充气膨胀到预定状态，以在所述气囊与所述模具之间形成空腔的步骤中，所述气囊表面的凸起高度至少4mm；
在充气时，所述气囊使用压力0.02-0.05MPa。
根据本公开的至少一个实施方式，所述凸起沿气囊的长度方向设置，所述凸起的横截面形状包括矩形、梯形、半圆形、三角形、曲线形、片状中的一种或多种。
根据本公开的至少一个实施方式，在填充所述混凝土之前，制备所述混凝土，所述混凝土的流动度初始值大于300mm，并且30min后的流动度大于260mm。
根据本公开的至少一个实施方式，所述混凝土配比为：
水泥30-40重量份，硅灰5-10重量份，矿渣1-5重量份，砂子40-50重量份，减水剂0.5-0.8重量份，纤维0.2-1.0重量份，消泡剂0.05-0.20重量份，水6-10重量份。
根据本公开的至少一个实施方式，在所述气囊中设置芯轴，用于将所述气囊支撑于所述模具中。
根据本公开的至少一个实施方式，所述将模具设置成预定形状包括设置侧模板和底模板，以将所述模具设置成U型截面。
根据本公开的至少一个实施方式，将所述混凝土填充在所述模具与所述气囊之间的所述空腔中之前，在所述模具的内表面涂刷脱模剂。
根据本公开的至少一个实施方式，所述横截面形状为方形或圆形，柱壳的外表面直径或边长至少为300mm，空心的横截面形状可以是圆形、方形或多边形的一种。
根据本公开的至少一个实施方式，所述凹槽为多个，并且所述凹槽的宽度大于40mm，多个凹槽之间的间距至多40mm。
根据本公开的至少一个实施方式，所述水泥为42.5或52.5普通硅酸盐水泥；
所述硅灰比表面积为15000-25000m2/kg；
所述矿渣为S95级或S105级；
所述砂子为中砂，细度模数为2.5-2.8；
所述减水剂为粉体类聚羧酸减水剂；
所述纤维为玻璃纤维、钢纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维的一种或多种；以及
所述消泡剂为矿物油类、有机硅类或聚醚类的一种。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是根据本公开实施方式的U形模具生产的示意图。
图2是根据本公开实施方式的图1浇筑混凝土后的示意图。
图3是根据本公开的实施方式的混凝土预制空心柱的示意图。
图4是根据本公开的实施方式的钢筋网片示意图。
图5是根据本公开实施方式的U形模具生产带凹槽空心柱的示意图。
图6是根据本公开实施方式的图5浇筑超高性能混凝土后的示意图。
图7是根据本公开实施方式的带凹槽超高性能混凝土预制空心柱的示意图。
附图标记：1-侧模具；2-底模具；3-限位件；4-钢筋网片；5-芯轴；6-柱壳；7-气囊；8-销栓。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
本发明提供一种超高性能混凝土预制空心柱及其制备方法，用以解决空心柱生产工艺复杂，生产效率低，预制空心柱内表面与后浇混凝土界面薄弱，无法保证结构的整体性和抗震性能，采用缓凝剂或高压水枪冲洗的处理成本较高，费工费时，且不环保。
根据本公开的第一实施方式，提供了一种混凝土预制空心柱，包括：由柱壳围成的腔体；柱壳包括相对的内表面和外表面；网片，网片埋设在柱壳内；限位件，限位件埋设在柱壳内。其中位于左侧、右侧、下侧的限位件与柱壳的外表面平齐，位于上侧的限位件与柱壳的内表面平齐，如图1所示U形模具开口端为上侧。柱壳的内表面可以为光滑面，也可设置深度大于等于4mm的凹槽，并且凹槽沿柱壳长度方向通长设置；柱壳中埋设有网片以增强柱壳的抗压、抗折、抗剪强度，其中钢筋网片距柱壳外表面至少15mm，可以有效防止钢筋网片露出外侧柱壳，并起到增强柱壳强度的效果，同时钢筋网片距柱壳外表面的距离不能超过整个柱壳壁厚的一半，否则增强效果会减弱。可选地，网片由若干直径为3-5mm的钢筋绑扎或焊接而成,距柱壳外表面至少15mm，并且至多为柱壳壁厚的50％，柱壳壁厚为35-100mm,柱壳外边长为300-1200mm。当柱壳外边长为300-500mm,壁厚可选择35-50mm,可设置单层网片；当柱壳外边长为501-1200mm时，壁厚可设置51-100mm，可设置双层网片或三层网片,防止柱壳刚度过大出现开裂。
可选地，网片由横向钢筋和纵向钢筋绑扎或焊接而成，横向钢筋和纵向钢筋直径3-5mm，双向间距50mm，绑扎率或焊接率不小于80％。
可选地，超高性能混凝土预制空心柱的内表面具有的凹槽为多个，并且凹槽的深度不低于4mm，宽度大于40mm，每个凹槽之间的间距不大于40mm，以确保后浇混凝土与超高性能混凝土层的充分粘结，粘结强度达到规范要求。还可选地，凹槽形状包括但不限于矩形、梯形、半圆形、三角形、曲线形、片状中的一种或多种。
可选地，超高性能混凝土预制空心柱的横截面形状可以为空心圆柱形，例如柱壳的外表面成圆形截面，柱壳的空腔为空心可以为圆形或矩形，柱壳的外表面直径至少为300mm。
可选地，超高性能混凝土预制空心柱的横截面形状可以为空心方柱形，例如柱壳的外表面成方形截面，柱壳的空腔为空心可以为圆形或矩形，柱壳的外表面边长至少为300mm。
本公开还提供了一种混凝土预制空心柱生产方法，用于生产上述混凝土预制空心柱，包括：将模具设置成预定形状；将网片设置到模具中，在网片与模具之间设置若干限位件；将气囊设置在钢筋网片之间；将气囊充气膨胀到预定状态，以在气囊与模具之间形成空腔；将混凝土填充在模具与气囊之间的空腔中，待混凝土硬化后，将气囊放气，抽出气囊。
可选地，在填充所述混凝土之前，制备混凝土，混凝土的流动度初始值大于300mm，并且30min后的流动度大于260mm。混凝土需要具有较高的流动性，以满足无需振捣即可充满模具，从而形成预制空心柱的壳体。
可选地，在网片与模具之间设置若干限位件，使得钢筋网片与距模具至少10mm；可选地，根据模具的形状，例如U形时，钢筋网片需要4片，每片钢筋网片放置在相应模具的4个侧面上，且距离模具的距离至少10mm，也即钢筋网片外侧的柱壳混凝土厚度至少为10mm。相邻两片钢筋网片通过扎丝绑扎或焊接连接在一起。同时在钢筋网片与模具之间放置限位件，通过限位件支撑固定住钢筋网片使得钢筋网片模具之间的距离至少10mm。可选地，布置每个限位支撑件时沿柱宽方向间距不大于300mm，沿柱长方向间距不大于600mm。还可选地，限位件材质为钢材或硬质塑料，截面为四边形、三角形的一种。
可选地，混凝土的配比为：水泥30-40重量份，硅灰5-10重量份，矿渣1-5重量份，砂子40-50重量份，减水剂0.5-0.8重量份，纤维0.2-1.0重量份，消泡剂0.05-0.20重量份，水6-10重量份。
可选地，在气囊中设置芯轴，用于将气囊支撑于模具中。将柱状芯轴贯穿中心为空腔气囊的空腔中并放入钢筋网片中固定，封闭模具的两端；可选地，通过固定柱状芯轴的两端在支撑装置上，气囊在钢筋网片中的相对位置也是固定的。还可选地，芯轴支撑装置截面形状比模壳截面尺寸略大，可以通过角铁、螺栓等固定在侧模或地面上，保持与地面垂直。可选地，封闭模具的两端可以采用胶带或专用粘结剂封闭防止浇筑混凝土时从两端中溢出。可选地，柱状芯轴直径100-150mm。
可选地，将模具设置成预定形状包括设置侧模板和底模板，以将模具设置成U型截面。可选地，模具根据预制空心柱的尺寸和形状进行选择，当柱壳的横截面形状为空心圆柱形，则模具截面为圆形，当柱壳的横截面形状为空心方柱形时，模具横截面为U形。
可选地，在模具内表面上还涂刷脱模剂，脱模剂为水性、油性或水油混合型的一种。可选地，U形模具可以采用角铁固定或竖向承插式组合连接成型，可选地，U形模具可以采用一体化成型。当柱壳的横截面形状为空心圆柱形时，模具横截面为圆形。
可选地，气囊充气膨胀到预定厚度；可选地，气囊外表面上还设置有凸起，凸起用于在柱壳内表面上形成凹槽。可选地，气囊外表面凸起可以设计成矩形、梯形、半圆形、三角形、曲线形、片状等。可选地，气囊表面的凸起高度至少4mm。气囊截面形状为圆形时，膨胀后直径至少240mm；或气囊截面形状为方形时，膨胀后边长至少240mm。可选地，气囊膨胀时的截面为正方形、圆形、多边形的一种。
根据本公开的一个可选实施例，超高性能混凝土配合比如下：水泥30-40重量份，硅灰5-10重量份，矿渣1-5重量份，砂子40-50重量份，减水剂0.5-0.8重量份，纤维0.2-1.0重量份，消泡剂0.05-0.20重量份，水6-10重量份。水泥为42.5或52.5普通硅酸盐水泥，硅灰比表面积为15000-25000m2/kg，矿渣为S95级或S105级，砂子为中砂，细度模数为2.5-2.8，减水剂为粉体类聚羧酸减水剂，纤维为玻璃纤维、钢纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维的一种或多种，消泡剂为矿物油类、有机硅类或聚醚类的一种。
可选地，超高性能混凝土形成柱壳的抗压强度在80-120MPa，抗折强度在12-18MPa，抗拉强度在5-8MPa，弹性模量在40-50GPa。
根据本公开的一个可选实施例，超高性能混凝土的配比可以为水泥30重量份，硅灰5重量份，矿渣1重量份，砂子40重量份，减水剂0.5重量份，纤维0.2重量份，消泡剂0.05重量份，水6重量份。测得超高性能混凝土流动度初始值550mm，30min后流动度350mm。超高性能混凝土形成空心方形柱壳的抗压强度在120MPa，抗折强度在16MPa，抗拉强度在7MPa，弹性模量在48GPa。
根据本公开的一个可选实施例，超高性能混凝土的配比可以为水泥40重量份，硅灰10重量份，矿渣5重量份，砂子50重量份，减水剂0.8重量份，纤维1.0重量份，消泡剂0.20重量份，水10重量份。测得超高性能混凝土流动度初始值520mm，30min后流动度310mm。超高性能混凝土形成空心方形柱壳的抗压强度在85MPa，抗折强度在13MPa，抗拉强度在6MPa，弹性模量在44GPa。
根据本公开的一个可选实施例，超高性能混凝土的配比可以为水泥35重量份，硅灰7.5重量份，矿渣2.5重量份，砂子45重量份，减水剂0.65重量份，纤维0.6重量份，消泡剂0.125重量份，水8重量份。测得超高性能混凝土流动度初始值大于470mm，30min后流动度290mm。超高性能混凝土形成空心方形柱壳的抗压强度在115MPa，抗折强度在15MPa，抗拉强度在8MPa，弹性模量在46GPa。
根据本公开的一个对比例，超高性能混凝土的配比可以为水泥25重量份，硅灰4重量份，矿渣5重量份，砂子60重量份，减水剂0.9重量份，纤维1.2重量份，消泡剂0.25重量份，水5重量份。测得超高性能混凝土流动度初始值大于200mm，30min后流动度150mm。超高性能混凝土形成空心方形柱壳的抗压强度在70MPa，抗折强度在10MPa，抗拉强度在4MPa，弹性模量在30GPa。
上述超高性能混凝土的配比的实施例流动度完全适合浇筑在模具混凝土形成空心预制柱壳的要求，同时预制柱壳的各性能强度符合建筑要求。
本公开提供超高性能混凝土预制空心柱与传统预制柱相比，重量大大减轻，生产效率大大提高，运输成本可以大幅度降低，节省大量的施工模板，施工进度大大提高，减少现场劳动力，施工精度和质量有保证，现场施工噪音小，废物和废水排放少，有利于环境保护，降低施工成本，后浇混凝土与预制空心柱具有良好的界面粘结性，保证结构的整体性、承载力特性和抗震性能。橡胶气囊比钢模和木模轻，操作时不需要大型起重设备，拆模方便，周转次数多，使用寿命长，造价低。
下面将结合具体实施例对上述超高性能混凝土预制空心柱及其生产方法详细地说明。
本公开提供的超高性能混凝土预制空心柱，如图5至7所示，包括由混凝土形成的柱壳6，埋设在柱壳6中的钢筋网片4，柱壳6的内表面设置深度大于等于4mm的凹槽，并且凹槽沿柱壳6长度方向通长设置；钢筋网片4距柱壳6外表面至少15mm，并且至多为柱壳6壁厚的50％；柱壳6由超高性能混凝土浇筑而成，超高性能混凝土需要具有较高的流动性，以满足无需振捣即可充满模具，从而形成预制空心柱的壳体。可选地，柱壳中还埋设有钢筋网片4以增强柱壳的抗压、抗折、抗剪强度，其中钢筋网片4距柱壳外表面至少15mm，可以有效防止钢筋网片4露出外侧柱壳6，并起到增强柱壳6强度的效果，同时钢筋网片4距柱壳6外表面的距离不能超过整个柱壳6壁厚的一半，否则增强效果会减弱。其中柱壳6壁厚的厚度不低于25mm。
如图4所示的增强用钢筋网片，钢筋网片6由横向钢筋和纵向钢筋绑扎或焊接而成，横向钢筋和纵向钢筋直径3mm，双向间距50mm，绑扎率或焊接率不小于80％。
超高性能混凝土预制空心柱的横截面形状可以为空心圆柱形，例如柱壳的外表面成圆形截面，柱壳的空腔为空心可以为圆形或矩形，柱壳的外表面直径至少为300mm；超高性能混凝土预制空心柱的横截面形状可以为空心方柱形，如图3所示，例如柱壳的外表面成方形截面，柱壳的空腔为空心可以为圆形或矩形，柱壳的外表面边长至少为300mm。
如图7所示，超高性能混凝土预制空心柱的内表面具有的凹槽为多个，并且凹槽的深度不低于4mm，宽度大于40mm，每个凹槽之间的间距不大于40mm，以确保后浇混凝土与超高性能混凝土层的充分粘结，粘结强度达到规范要求。还可选地，凹槽形状包括但不限于矩形、梯形、半圆形、三角形、曲线形、片状中的一种或多种。
如图3所示，超高性能混凝土预制空心柱的内表面不具有凹槽。
根据本公开的一个实施例，超高性能混凝土形成柱壳的抗压强度在80-120MPa，抗折强度在12-18MPa，抗拉强度在5-8MPa，弹性模量在40-50GPa。
本公开还提供了一种超高性能混凝土预制空心柱生产方法，具体地包括：如图1至5所示，
1)制作U形模具，U型模具由侧模板1和底模板2组成，固定后内表面并涂刷脱模剂。侧模板1厚5-50mm，高300-1000mm，长3000-4500mm，底模板2厚5-50mm，宽350-1100mm，长3000-4500mm，U形模具材质为钢制、铝质、木工板、氧化镁板、纤维水泥板的一种。U形模具可以采用角铁固定或竖向承插式组合，例如销栓8连接在一起成型，也可以一体化成型。脱模剂为水性、油性或水油混合型的一种。
2)制作预制空心柱四个侧面上的四片钢筋网片，其中每片钢筋网片由限位件3固定并支撑，限位件3为若干个，限位件3沿柱长方向间距不大于600mm，相邻两片增强钢筋网片之间通过绑扎或焊接连接在一起。限位件3不但支撑钢筋网片4的作用，还保证增强网片4埋设在柱壳6中且距柱壳6外表面不低于15mm。
3)将柱状芯轴5贯穿中心为空腔气囊7的空腔中并放入钢筋网片4中围成的空间中固定，通过胶带或粘结剂封闭U形模具的两端；通过固定柱状芯轴5的两端在支撑装置上，从而可以保证气囊7与模具之间的距离是柱壳6所需的壁厚，气囊7在钢筋网片4中的相对位置也是固定的。如出现气囊7漏气应用砂轮或木锉打毛，然后涂胶进行修补。
4)制备混凝土，将拌合好的浆料泵入或浇入模具中，依靠混凝土的高流动性充满模具，无需振捣，浇筑完毕后对表面进行洒水或覆膜养护，也可以采用帆布遮盖养护。
5)待混凝土硬化后，对气囊7进行放气，将芯轴5和气囊7抽出，将橡囊7表面冲洗干净，防止气囊7老化。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种混凝土预制空心柱，其特征在于，包括：
柱壳；
由所述柱壳围成的腔体；
所述柱壳包括相对的内表面和外表面；
网片，所述网片埋设在所述柱壳内；
限位件，所述限位件埋设在所述柱壳内。
2.如权利要求1所述的混凝土预制空心柱，其特征在于，所述网片距离所述外表面的距离大于等于15mm。
3.如权利要求1所述的混凝土预制空心柱，其特征在于，所述内表面上设置有凹槽。
4.如权利要求3所述的混凝土预制空心柱，其特征在于，所述凹槽沿着所述柱壳的长度方向延伸。
5.一种混凝土预制空心柱生产方法，其特征在于，用于生产如权利要求1至4任一项所述的混凝土预制空心柱，包括：
将模具设置成预定形状；
将网片设置到模具中，在所述网片与所述模具之间设置若干限位件；
将气囊设置在所述网片之间；
将气囊充气膨胀到预定状态，以在所述气囊与所述模具之间形成空腔；
将混凝土填充在所述模具与所述气囊之间的所述空腔中，待所述混凝土硬化后，将所述气囊放气，抽出所述气囊。
6.如权利要求5所述的混凝土预制空心柱生产方法，其特征在于，
在填充所述混凝土之前，制备所述混凝土，所述混凝土的流动度初始值大于300mm，并且30min后的流动度大于260mm。
7.如权利要求6所述的混凝土预制空心柱生产方法，其特征在于，
所述混凝土配比为：
水泥30-40重量份，硅灰5-10重量份，矿渣1-5重量份，砂子40-50重量份，减水剂0.5-0.8重量份，纤维0.2-1.0重量份，消泡剂0.05-0.20重量份，水6-10重量份。
8.如权利要求5所述的混凝土预制空心柱生产方法，其特征在于，在所述气囊中设置芯轴，用于将所述气囊支撑于所述模具中。
9.如权利要求5所述的混凝土预制空心柱生产方法，其特征在于，
所述将模具设置成预定形状包括设置侧模板和底模板，以将所述模具设置成U型截面。
10.如权利要求5所述的混凝土预制空心柱生产方法，其特征在于，将所述混凝土填充在所述模具与所述气囊之间的所述空腔中之前，在所述模具的内表面涂刷脱模剂。
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