CN112663596A - 一种预应力frp束钢筒混凝土管桩基础结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构及施工方法，包括内部预应力混凝土管桩、筛孔式钢管、混凝土材料、钢筒、锌铝合金涂层、预应力FRP束层和富树脂层；本发明通过筛孔式钢管的设置使得混凝土可以通过管壁表面的圆孔相互融通，形成类似栓钉似的内部构造，有效提高了与混凝土之间的连接性能，增强了结构的抗剪承载力；通过对原料选择和比例搭配制备的富树脂层不仅可以美化产品，而且可保护产品不受周围介质侵害，提高其耐候、耐水、耐腐蚀性能，具有延长产品使用寿命；通过防腐蚀抗侵蚀剂的添加可以提高混凝土均质性，使腐蚀物质难以进入到混凝土内部，同时可以减少混凝土的徐变，提高混凝土抗渗能力和耐久能力。
Description
技术领域
本发明涉及预应力混凝土管桩技术领域，尤其涉及一种预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构及施工方法。
背景技术
在我国，预应力混凝土管桩已广泛应用于各类民用建筑、工业建筑、铁路、桥梁等工程中，尤以民用建筑用量最大，因其单桩承载力高、设计应用范围广、单桩承载力造价低、施工速度快等优点得到市场广泛认可；
但其因抵抗水平力差、耐腐蚀性较差等缺点而受到诸多限制，特别是在临海地区，因其土壤中含有大量的氯离子，氯离子通过渗透、扩散等方式进入混凝土内部到达钢筋表面，当钢筋表面的氯离子浓度达到临界值时，钢筋表面的钝化膜会被破坏，从而造成钢筋的腐蚀使结构发生早期损坏，丧失了结构的耐久性能，对建筑安全性能的影响较大，因此，本发明提出一种预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构及施工方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构及施工方法，该预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构及施工方法通过筛孔式钢管的设置使得在浇筑混凝土的过程中，混凝土可以通过管壁表面的圆孔相互融通，形成类似栓钉似的内部构造，有效提高了与混凝土之间的连接性能，增强了结构的抗剪承载力；通过本发明所述的原料选择和比例搭配制备的富树脂层不仅可以美化产品，而且可保护产品不受周围介质侵害，提高其耐候、耐水、耐腐蚀性能，具有延长产品使用寿命的功能；通过防腐蚀抗侵蚀剂的添加可以提高混凝土均质性，使腐蚀物质难以进入到混凝土内部，同时可以减少混凝土的徐变，提高混凝土抗渗能力和耐久能力。
为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构，包括内部预应力混凝土管桩、筛孔式钢管、混凝土材料、钢筒、锌铝合金涂层、预应力FRP束层和富树脂层，所述内部预应力混凝土管桩由桩身、钢筋笼和端头板组成，所述筛孔式钢管上均匀分布有圆孔，所述混凝土材料由混凝土和防腐蚀抗侵蚀剂混合而成，所述防腐蚀抗侵蚀剂成分为45％-65％偏硅酸钙、0.5％-6％塑化剂、8％-10％轻烧氧化镁和硅铝质材料，所述锌铝合金涂层配比为85％的锌和15％的铝，所述预应力FRP束层由树脂基体和束状复合材料组成，所述富树脂层由表面毡和富树脂剂组成。
进一步改进在于：所述端头板为环面钢板且环面中部等径圆周上设有主锚筋孔，所述钢筒直径大于筛孔式钢管直径，所述预应力FRP束层围绕钢筒双方向缠绕形成钢芯FRP包裹束。
进一步改进在于：所述偏硅酸钙成分为硅灰石，所述塑化剂为聚羧酸类、氨基磺酸类、萘系磺酸类、三聚氰胺类减水剂中的一种或两种以上的混合物，所述硅铝质材料成分为Al2O3和SiO2。
进一步改进在于：所述富树脂剂由乙烯基树脂85-90％、触变剂2-2.5％、丙二醇0.1-0.3％、紫外线吸收剂1-1.2％、消泡剂0.1-0.3％、250目石英砂3-5％、色浆2-4％、促进剂0.5-1％和固化剂1-1.5％混合而成，其中乙烯基树脂采用粘度1000-1500cps的树脂。
进一步改进在于：所述树脂基体成分为环氧树脂、聚酯和乙烯基酯，所述束状复合材料成分为碳纤维、芳纶纤维及玻璃纤维的混合物。
一种预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构施工方法，包括以下步骤：
步骤一、采用先张法预应力工艺和离心成型法预制内部预应力混凝土管桩，首先进行钢筋笼绑扎，然后使用桁架吊车将其吊入预制模中，再将筛孔式钢管吊装到钢筋笼外侧，最后将钢筒吊装到筛孔式钢管外侧使三者同心设置；
步骤二、钢筋笼与筛孔式钢管和钢筒安装完成后在钢筋笼内部再固定一层同心的模筒，然后利用桁架吊车将模具整体吊入混凝土灌注区，进行混凝土灌注；
步骤三、对管桩进行张拉、离心成型、蒸压养护和脱模操作，制成钢筒混凝土管桩基础；
步骤四、钢筒混凝土管桩基础外侧的钢筒采取净化处理，即对其表面的毛刺、飞边进行打磨，直至结构钢管表面应显示均匀的金属光泽；
步骤五、电弧喷涂锌铝合金涂层，以电弧为热源，电弧电压控制在25～35V，调节工作电流为150～200A，压缩空气压力控制在0.6MPa左右，供气量3m3/min,将锌铝合金加热至熔融状态，用压缩气体将锌铝合金吹成雾状，形成颗粒流均匀喷涂在基体表面；
步骤六、将喷涂完毕的混凝土管桩暴露在喷涂车间24小时，喷涂层与空气充分氧化反应，使喷涂层的空隙自然封闭；
步骤七、利用树脂基体和束状复合材料制备预应力FRP束层，再在钢筒的外表面上缠绕多层环向和纵向组合的预应力FRP束层，形成预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础；
步骤八、在预应力FRP束层外表先缠绕一层表面毡，在缠绕同时喷射富树脂剂，至表面毡的富树脂剂含量达90-95％，然后在表面毡外表再涂一层1.8-2.5mm厚的富树脂剂，至此抗腐蚀的预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构制作而成。
进一步改进在于：所述表面毡宽度为200mm，所述表面毡采用20-30mm搭接处理的方法缠绕在预应力FRP束层外侧，所述表面毡缠绕同时缠绕富树脂剂从而形成富树脂层。
进一步改进在于：所述锌铝合金涂层在喷涂时采用分层喷镀法，每层合金膜的厚度均匀为50μm，前一层与后一层垂直或45度交叉喷涂，相邻喷镀区域要搭接1/3宽度，其分层喷镀的时间间隔不得超过2h。
本发明的有益效果为：本发明通过筛孔式钢管的设置使得在浇筑混凝土的过程中，混凝土可以通过管壁表面的圆孔相互融通，形成类似栓钉似的内部构造，有效提高了与混凝土之间的连接性能，增强了结构的抗剪承载力；通过本发明所述的原料选择和比例搭配制备的富树脂层不仅可以美化产品，而且可保护产品不受周围介质侵害，提高其耐候、耐水、耐腐蚀性能，具有延长产品使用寿命的功能；通过防腐蚀抗侵蚀剂的添加可以提高混凝土均质性，使腐蚀物质难以进入到混凝土内部，同时可以减少混凝土的徐变，提高混凝土抗渗能力和耐久能力。
附图说明
图1为本发明剖面图。
图2为本发明桩身立体结构图。
图3为本发明端头板平面图。
图4为本发明筛孔式钢管的切面图。
其中：1、内部预应力混凝土管桩；2、筛孔式钢管；3、混凝土材料；4、钢筒；5、锌铝合金涂层；6、树脂基体；7、束状复合材料；8、表面毡；9、富树脂剂；10、钢筋笼；11、圆孔；12、端头板；13、主锚筋孔。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
根据图1、2、3、4所示，本实施例提供了一种预应力FRP束钢筒4混凝土管桩基础，包括内部预应力混凝土管桩1、筛孔式钢管2、混凝土材料3、钢筒4、锌铝合金涂层5、预应力FRP束层和富树脂层，所述内部预应力混凝土管桩1由桩身、钢筋笼10和端头板12组成，所述筛孔式钢管2上均匀分布有圆孔11，所述筛孔式钢管2是一种间隔地在管壁表面局部区段内开圆孔11的钢管结构，所述混凝土材料3由混凝土和防腐蚀抗侵蚀剂混合而成，所述防腐蚀抗侵蚀剂成分为45％-65％偏硅酸钙、0.5％-6％塑化剂、8％-10％轻烧氧化镁和硅铝质材料，将制备的混凝土防腐蚀抗侵蚀剂掺入水泥或胶凝材料中，其掺入量为水泥或胶凝材料总量的0.1-10.0wt％。
所述锌铝合金涂层5配比为85％的锌和15％的铝，此种配比不但可以使Zn-Al复合材料涂层具有纯Zn涂层对钢管进行有效的阳极保护对腐蚀不敏感的特点，而且还因涂层中含有足够的Al，能够形成完整的Al2O3保护膜耐腐蚀
所述预应力FRP束层由树脂基体6和束状复合材料7组成，采用挤压成型的工艺流程先将纤维固定在一起,然后穿过树脂基体6浸胶槽，接着由成型模拉出，出来后的束状产品最后再经过固化室,让树脂在室内发生硬化，所述富树脂层由表面毡8和富树脂剂9组成。
所述端头板12为环面钢板且环面中部等径圆周上设有主锚筋孔13，所述钢筒4直径大于筛孔式钢管2直径，所述预应力FRP束层围绕钢筒4双方向缠绕形成钢芯FRP包裹束，预应力FRP束层表面为条纹状或砂粒状，提高与钢筒4的粘结力。
所述偏硅酸钙成分为硅灰石，所述塑化剂为聚羧酸类、氨基磺酸类、萘系磺酸类、三聚氰胺类减水剂中的一种或两种以上的混合物，所述硅铝质材料成分为Al2O3和SiO2。
所述富树脂剂9由乙烯基树脂85-90％、触变剂2-2.5％、丙二醇0.1-0.3％、紫外线吸收剂1-1.2％、消泡剂0.1-0.3％、250目石英砂3-5％、色浆2-4％、促进剂0.5-1％和固化剂1-1.5％混合而成，其中乙烯基树脂采用粘度1000-1500cps的树脂，作用是耐腐蚀性能、耐水、耐候性好，可常温固化，工艺性能优良。
所述树脂基体6成分为环氧树脂、聚酯和乙烯基酯，主要作用是给纤维提供横向支撑，保护纤维免受周围环境的物理和化学腐蚀；所述束状复合材料7成分为碳纤维、芳纶纤维及玻璃纤维的混合物，具有抗腐蚀抗疲劳等优点。
一种预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构施工方法，包括以下步骤：
步骤一、采用先张法预应力工艺和离心成型法预制内部预应力混凝土管桩1，首先进行钢筋笼10绑扎，然后使用桁架吊车将其吊入预制模中，再将筛孔式钢管2吊装到钢筋笼10外侧，最后将钢筒4吊装到筛孔式钢管2外侧使三者同心设置；
步骤二、钢筋笼10与筛孔式钢管2和钢筒4安装完成后在钢筋笼10内部再固定一层同心的模筒，然后利用桁架吊车将模具整体吊入混凝土灌注区，进行混凝土灌注；
步骤三、对管桩进行张拉、离心成型、蒸压养护和脱模操作，制成钢筒4混凝土管桩基础；
步骤四、钢筒4混凝土管桩基础外侧的钢筒4采取净化处理，即对其表面的毛刺、飞边进行打磨，直至结构钢管表面应显示均匀的金属光泽；
步骤五、电弧喷涂锌铝合金涂层5，以电弧为热源，电弧电压控制在25～35V，调节工作电流为150～200A，压缩空气压力控制在0.6MPa左右，供气量3m3/min,将锌铝合金加热至熔融状态，用压缩气体将锌铝合金吹成雾状，形成颗粒流均匀喷涂在基体表面；
步骤六、将喷涂完毕的混凝土管桩暴露在喷涂车间24小时，喷涂层与空气充分氧化反应，使喷涂层的空隙自然封闭；
步骤七、利用树脂基体6和束状复合材料7制备预应力FRP束层，再在钢筒4的外表面上缠绕多层环向和纵向组合的预应力FRP束层，形成预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础；
步骤八、在预应力FRP束层外表先缠绕一层表面毡8，在缠绕同时喷射富树脂剂9，至表面毡8的富树脂剂9含量达90-95％，然后在表面毡8外表再涂一层1.8-2.5mm厚的富树脂剂9，至此抗腐蚀的预应力FRP束钢筒4混凝土管桩基础制作而成。
所述表面毡8宽度为200mm，所述表面毡8采用20-30mm搭接处理的方法缠绕在预应力FRP束层外侧，所述表面毡8缠绕同时缠绕富树脂剂9从而形成富树脂层。
所述锌铝合金涂层5在喷涂时采用分层喷镀法，每层合金膜的厚度均匀为50μm，前一层与后一层垂直或45度交叉喷涂，相邻喷镀区域要搭接1/3宽度，其分层喷镀的时间间隔不得超过2h。
该预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构及施工方法通过筛孔式钢管的设置使得在浇筑混凝土的过程中，混凝土可以通过管壁表面的圆孔相互融通，形成类似栓钉似的内部构造，有效提高了与混凝土之间的连接性能，增强了结构的抗剪承载力；通过本发明所述的原料选择和比例搭配制备的富树脂层不仅可以美化产品，而且可保护产品不受周围介质侵害，提高其耐候、耐水、耐腐蚀性能，具有延长产品使用寿命的功能；通过防腐蚀抗侵蚀剂的添加可以提高混凝土均质性，使腐蚀物质难以进入到混凝土内部，同时可以减少混凝土的徐变，提高混凝土抗渗能力和耐久能力。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构，其特征在于：包括内部预应力混凝土管桩(1)、筛孔式钢管(2)、混凝土材料(3)、钢筒(4)、锌铝合金涂层(5)、预应力FRP束层和富树脂层，所述内部预应力混凝土管桩(1)由桩身、钢筋笼(10)和端头板(12)组成，所述筛孔式钢管(2)上均匀分布有圆孔(11)，所述混凝土材料(3)由混凝土和防腐蚀抗侵蚀剂混合而成，所述防腐蚀抗侵蚀剂成分为45％-65％偏硅酸钙、0.5％-6％塑化剂、8％-10％轻烧氧化镁和硅铝质材料，所述锌铝合金涂层(5)配比为85％的锌和15％的铝，所述预应力FRP束层由树脂基体(6)和束状复合材料(7)组成，所述富树脂层由表面毡(8)和富树脂剂(9)组成。
2.根据权利要求1所述的一种预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构，其特征在于：所述端头板(12)为环面钢板且环面中部等径圆周上设有主锚筋孔(13)，所述钢筒(4)直径大于筛孔式钢管(2)直径，所述预应力FRP束层围绕钢筒(4)双方向缠绕形成钢芯FRP包裹束。
3.根据权利要求1所述的一种预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构，其特征在于：所述偏硅酸钙成分为硅灰石，所述塑化剂为聚羧酸类、氨基磺酸类、萘系磺酸类、三聚氰胺类减水剂中的一种或两种以上的混合物，所述硅铝质材料成分为Al2O3和SiO2。
4.根据权利要求1所述的一种预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构，其特征在于：所述富树脂剂(9)由乙烯基树脂85-90％、触变剂2-2.5％、丙二醇0.1-0.3％、紫外线吸收剂1-1.2％、消泡剂0.1-0.3％、250目石英砂3-5％、色浆2-4％、促进剂0.5-1％和固化剂1-1.5％混合而成，其中乙烯基树脂采用粘度1000-1500cps的树脂。
5.根据权利要求1所述的一种预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构，其特征在于：所述树脂基体(6)成分为环氧树脂、聚酯和乙烯基酯，所述束状复合材料(7)成分为碳纤维、芳纶纤维及玻璃纤维的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构施工方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、采用先张法预应力工艺和离心成型法预制内部预应力混凝土管桩(1)，首先进行钢筋笼(10)绑扎，然后使用桁架吊车将其吊入预制模中，再将筛孔式钢管(2)吊装到钢筋笼(10)外侧，最后将钢筒(4)吊装到筛孔式钢管(2)外侧使三者同心设置；
步骤二、钢筋笼(10)与筛孔式钢管(2)和钢筒(4)安装完成后在钢筋笼(10)内部再固定一层同心的模筒，然后利用桁架吊车将模具整体吊入混凝土灌注区，进行混凝土灌注；
步骤三、混凝土灌注完成后对管桩进行张拉、离心成型、蒸压养护和脱模操作，制成钢筒(4)混凝土管桩基础；
步骤四、钢筒(4)混凝土管桩基础外侧的钢筒(4)采取净化处理，即对其表面的毛刺、飞边进行打磨，直至结构钢管表面应显示均匀的金属光泽；
步骤五、电弧喷涂锌铝合金涂层(5)，以电弧为热源，电弧电压控制在25～35V，调节工作电流为150～200A，压缩空气压力控制在0.6MPa左右，供气量3m3/min,将锌铝合金加热至熔融状态，用压缩气体将锌铝合金吹成雾状，形成颗粒流均匀喷涂在基体表面；
步骤六、将喷涂完毕的混凝土管桩暴露在喷涂车间24小时，喷涂层与空气充分氧化反应，使喷涂层的空隙自然封闭；
步骤七、利用树脂基体(6)和束状复合材料(7)制备预应力FRP束层，再在钢筒(4)的外表面上缠绕多层环向和纵向组合的预应力FRP束层，形成预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础；
步骤八、在预应力FRP束层外表先缠绕一层表面毡(8)，在缠绕同时喷射富树脂剂(9)，至表面毡(8)的富树脂剂(9)含量达90-95％，然后在表面毡(8)外表再涂一层1.8-2.5mm厚的富树脂剂(9)，至此抗腐蚀的预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构制作而成。
7.根据权利要求6所述的一种预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构施工方法，其特征在于：所述表面毡(8)宽度为200mm，所述表面毡(8)采用20-30mm搭接处理的方法缠绕在预应力FRP束层外侧，所述表面毡(8)缠绕同时缠绕富树脂剂(9)从而形成富树脂层。
8.根据权利要求6所述的一种预应力FRP束钢筒混凝土管桩基础结构施工方法，其特征在于：所述锌铝合金涂层(5)在喷涂时采用分层喷镀法，每层合金膜的厚度均匀为50μm，前一层与后一层垂直或45度交叉喷涂，相邻喷镀区域要搭接1/3宽度，其分层喷镀的时间间隔不得超过2h。
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