CN112982062B - 纤维复材筋海水海砂路面结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及交通道路施工的技术领域，公开了纤维复材筋海水海砂路面结构，包括碎石垫层、碾压混凝土基层、海水海砂混凝土层和沥青混凝土上面层，所述碎石垫层、碾压混凝土基层、海水海砂混凝土层和沥青混凝土上面层自下而上层叠铺设。本发明提供的纤维复材筋海水海砂路面结构，利用纤维复材筋模具框架结构，提高了路面结构的强度与耐久性，利用海砂配制混凝土，经济性优越，采用新型多孔材料MOF对海水海砂进行脱氯处理，海水海砂混凝土层的强度由40.6MPa提升至62.7MPa，路面结构的强度与耐久性得到较大提升，采用高强纤维复材筋替代钢筋与海水海砂混凝土结合，既可解决海砂不能应用于钢筋混凝土结构的局限，推动建筑工业可持续发展。
Description
技术领域
本发明专利涉及交通道路施工的技术领域，具体而言，涉及纤维复材筋海水海砂路面结构。
背景技术
道路、桥梁等交通运输建设是影响国民生活水平的重要战略项目，相应的建材也成为重要的环节，目前我国许多地区存在河砂、淡水短缺现象，尤其是海岛等基础设施的建设，于是海水海砂混凝土就应运而生。但海水海砂中的含有大量的氯离子，导致海水海砂具有很强的腐蚀性，在混凝土中加入海水海砂会加快传统钢筋混凝土结构中钢筋的锈蚀，导致钢筋海水海砂混凝土结构的耐久性问题特别突出；此外，大量海水海砂的加入会极大的降低混凝土强度，混凝土会因此出现剥离，大大制约了海水海砂在钢筋混凝土中的应用，亟需高耐久性的筋材及优化的海水海砂预处理工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供纤维复材筋的海水海砂路面结构，由于纤维增强复材筋具有耐腐蚀、轻质高强等特性，旨在解决现有技术中，海水海砂混凝土路面结构中钢筋锈化问题，同时采用脱氯预处理工艺改善海水海砂混凝土的强度，提高混凝土强度。
本发明是这样实现的，纤维复材筋海水海砂路面结构，包括碎石垫层、碾压混凝土基层、海水海砂混凝土层和沥青混凝土上面层，所述碎石垫层、碾压混凝土基层、海水海砂混凝土层和沥青混凝土上面层自下而上层叠铺设，所述海水海砂混凝土层内铺设有纤维复材筋模块，所述纤维复材筋模块通过纤维复材筋柱和纤维复材筋筒竖直嵌套于底部的PVC基板组装成活动模块，所述海水海砂混凝土层通过海水海砂混凝土浇灌注入纤维复材筋模块的空隙内固化成型，所述海水海砂经过MOF材料脱氯处理，氯离子含量低于2000ppm。
进一步地，所述纤维复材筋模块包括纤维复材筋柱、纤维复材筋筒、纤维复材筋连接翅板和PVC基板，所述纤维复材筋筒套设于纤维复材筋柱外，所述纤维复材筋筒和纤维复材筋柱整体竖直设置于PVC基板上端。
进一步地，多个所述纤维复材筋筒之间等间距矩阵排列，多个所述纤维复材筋筒之间通过纤维复材筋连接翅板连接成网格状。
进一步地，所述纤维复材筋筒、纤维复材筋柱及纤维复材筋连接翅板均通过在未固化的树脂胶液层内进行纤维布筋，经外力浸胶，最后对树脂胶液固化得到。
进一步地，所述纤维复材筋筒的壁厚为1-3cm，高度为20-30cm，所述纤维复材筋柱的周壁设置有螺纹肋，所述纤维复材筋柱的直径为1-2cm，高度为20-30cm。
进一步地，所述海水海砂脱氯处理具体工艺为：
S1：含盐量3.5％的海水(质量分数30-35％)，海砂(质量分数55-60％)，MOF粉体(200-400目，质量分数5-10％)，置于搅拌装置中，搅拌30-60min；
S2：混合浆料过粗筛，滤出海砂备用；
S3：滤出浆液过细筛，滤出MOF粉体，海水收集备用；
S4：收集MOF湿粉，干燥除盐后再利用。
进一步地，所述海水海砂混凝土层为硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料及海水拌制的海水海砂混凝土浇筑而成，所述海水海砂混凝土层厚度为20-30cm。
进一步地，所述海水海砂混凝土的具体配料比为：水泥(质量分数10-20％)，碎石(粗骨料，质量分数40-50％)，天然海砂(细骨料，质量分数20-30％)，海水(质量分数5-10％)。
进一步地，所述碎石垫层通过矿石、水泥块或建筑废石料中的一种或多种堆叠压实而成，所述碎石垫层的厚度为20-50cm。
进一步地，所述碾压混凝土层通过粗骨料拌制成干硬性混凝土，并用振动碾分层压实而成，所述碾压混凝土层的厚度为20-30cm。
与现有技术相比，本发明提供的纤维复材筋海水海砂路面结构具有如下有益效果：
1、本发明提供的纤维复材筋海水海砂路面结构，通过结构设计，改进单一纤维复材筋作为结构支架的路面结构，在纤维复材筋柱的外部套设一层纤维复材筋筒，通过多个相同结构单元连接形成网格结构，将混凝土以浇筑方式灌入网格结构的空隙中，通过纤维复材筋筒之间的侧向约束可大幅提高复材筋与混凝土之间的黏结性能，相较于单一纤维复材筋结构框架，采用纤维复材筋模块的混凝土与其之间的黏结强度提高了50-80％。
2、采用海水海砂配制混凝土，充分发挥我国海洋资源十分丰富的优势，与河砂相比，海砂具有资源储量大、开采难度小、就地取材运输成本低等优势，利用海砂配制混凝土，经济性优越；进一步地，采用新型多孔材料MOF对海水海砂进行脱氯处理，可将海水海砂中的氯离子含量从3.5％降低至0.2％，相应的，海水海砂混凝土层的强度由40.6MPa提升至62.7MPa，路面结构的强度与耐久性得到较大提升。
3、采用高强纤维复材筋替代钢筋与海水海砂混凝土结合，既可解决海砂不能应用于钢筋混凝土结构的局限，也可从根本上解决河砂资源短缺的问题，推动建筑工业可持续发展。
附图说明
图1为本发明提出的纤维复材筋海水海砂路面结构的结构剖视图；
图2为本发明提出的纤维复材筋模块的俯视图；
图3为本发明提出的纤维复材筋模块的侧视图；
图4为本发明提出的纤维复材筋柱的结构示意图。
图中：1-碎石垫层、2-碾压混凝土基层、3-海水海砂混凝土层、4-沥青混凝土上面层、5-纤维复材筋模块、6-纤维复材筋筒、7-纤维复材筋柱、8-纤维复材筋连接翅板、9-PVC基板、10-螺纹肋。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1
纤维复材筋海水海砂路面结构，包括碎石垫层、碾压混凝土基层、海水海砂混凝土层和沥青混凝土上面层，碎石垫层、碾压混凝土基层、海水海砂混凝土层和沥青混凝土上面层自下而上层叠铺设，海水海砂混凝土层通过天然海水海砂混凝土浇灌固化成型。
在本实施例中，海水海砂混凝土层为硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料及天然海水拌制的海水海砂混凝土浇筑而成，海水海砂混凝土层厚度为30cm。
在本实施例中，海水海砂混凝土的具体配料比为：水泥(质量分数20％)，碎石(粗骨料，质量分数40％)，天然海砂(细骨料，质量分数30％)，天然海水(质量分数10％)。
在本实施例中，碎石垫层通过矿石、水泥块或建筑废石料中的一种或多种堆叠压实而成，碎石垫层的厚度为40cm，其主要作用在于提高基础底面以下地基浅层的承载力，缓解路面沉降现象。
在本实施例中，碾压混凝土层通过粗骨料拌制成干硬性混凝土，并用振动碾分层压实而成，碾压混凝土层的厚度为30cm。
本实施例在具体实施时，首先将矿石、水泥块和建筑废石料三种石料混合堆叠压实，形成碎石垫层，随后铺设碾压混凝土层，海水海砂混凝土通过浇筑的方式铺设于碾压混凝土层上方，等待其完全固化，最后在其上面铺设一层沥青混凝土上面层即可。
实施例2
纤维复材筋海水海砂路面结构，包括碎石垫层、碾压混凝土基层、海水海砂混凝土层和沥青混凝土上面层，碎石垫层、碾压混凝土基层、海水海砂混凝土层和沥青混凝土上面层自下而上层叠铺设，海水海砂混凝土层内铺设有纤维复材筋柱，纤维复材筋柱竖直嵌套于底部的PVC基板组装成活动模块，纤维复材筋模块为海水海砂混凝土提供约束力，提高路面结构强度，海水海砂混凝土层通过海水海砂混凝土浇灌注入纤维复材筋模块的空隙内固化成型。
在本实施例中，海水海砂混凝土层为硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料及天然海水拌制的海水海砂混凝土浇筑而成，海水海砂混凝土层厚度为30cm。
在本实施例中，海水海砂混凝土的具体配料比为：水泥(质量分数20％)，碎石(粗骨料，质量分数40％)，天然海砂(细骨料，质量分数30％)，天然海水(质量分数10％)。
在本实施例中，碎石垫层通过矿石、水泥块或建筑废石料中的一种或多种堆叠压实而成，碎石垫层的厚度为40cm，其主要作用在于提高基础底面以下地基浅层的承载力，缓解路面沉降现象。
在本实施例中，碾压混凝土层通过粗骨料拌制成干硬性混凝土，并用振动碾分层压实而成，碾压混凝土层的厚度为40cm。
本实施例在具体实施时，首先将矿石、水泥块和建筑废石料三种石料混合堆叠压实，形成碎石垫层，随后铺设碾压混凝土层，在铺设过程中将纤维复材筋模块底端的PVC基板掩埋入该层中并压实，海水海砂混凝土通过浇筑的方式灌入纤维复材筋模块的间隙中，等待其完全固化，最后在其上面铺设一层沥青混凝土上面层即可。
实施例3
纤维复材筋海水海砂路面结构，包括碎石垫层、碾压混凝土基层、海水海砂混凝土层和沥青混凝土上面层，碎石垫层、碾压混凝土基层、海水海砂混凝土层和沥青混凝土上面层自下而上层叠铺设，海水海砂混凝土层内铺设有纤维复材筋模块，纤维复材筋模块通过纤维复材筋柱和纤维复材筋筒竖直嵌套于底部的PVC基板组装成活动模块，纤维复材筋模块为海水海砂混凝土提供侧向约束力，提高路面结构强度，海水海砂混凝土层通过海水海砂混凝土浇灌注入纤维复材筋模块的空隙内固化成型。
在本实施例中，纤维复材筋模块包括纤维复材筋柱、纤维复材筋筒、纤维复材筋连接翅板和PVC基板，纤维复材筋筒套设于纤维复材筋柱外，纤维复材筋筒和纤维复材筋柱整体竖直设置于PVC基板上端。
在本实施例中，多个纤维复材筋筒之间等间距矩阵排列，多个纤维复材筋筒之间通过纤维复材筋连接翅板连接成网格状，纤维复材筋筒、纤维复材筋柱及纤维复材筋连接翅板均通过在未固化的树脂胶液层内进行纤维布筋，经外力浸胶，最后对树脂胶液固化得到。
在本实施例中，纤维复材筋筒的壁厚为1cm，高度为30cm，纤维复材筋柱的周壁设置有螺纹肋，纤维复材筋柱的直径为2cm，高度为30cm。
在本实施例中，海水海砂混凝土层为硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料及天然海水拌制的海水海砂混凝土浇筑而成，海水海砂混凝土层厚度为30cm。
在本实施例中，海水海砂混凝土的具体配料比为：水泥(质量分数20％)，碎石(粗骨料，质量分数40％)，天然海砂(细骨料，质量分数30％)，天然海水(质量分数10％)。
在本实施例中，海水海砂混凝土层为硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料及天然海水拌制的海水海砂混凝土浇筑而成，海水海砂混凝土层厚度为30cm。
在本实施例中，海水海砂混凝土的具体配料比为：水泥(质量分数20％)，碎石(粗骨料，质量分数40％)，天然海砂(细骨料，质量分数30％)，天然海水(质量分数10％)。
在本实施例中，碎石垫层通过矿石、水泥块或建筑废石料中的一种或多种堆叠压实而成，碎石垫层的厚度为40cm，其主要作用在于提高基础底面以下地基浅层的承载力，缓解路面沉降现象。
在本实施例中，碾压混凝土层通过粗骨料拌制成干硬性混凝土，并用振动碾分层压实而成，碾压混凝土层的厚度为40cm。
本实施例在具体实施时，首先将矿石、水泥块和建筑废石料三种石料混合堆叠压实，形成碎石垫层，随后铺设碾压混凝土层，在铺设过程中将纤维复材筋模块底端的PVC基板掩埋入该层中并压实，海水海砂混凝土通过浇筑的方式灌入纤维复材筋模块的间隙中，等待其完全固化，最后在其上面铺设一层沥青混凝土上面层即可。
实施例4
纤维复材筋海水海砂路面结构，包括碎石垫层、碾压混凝土基层、海水海砂混凝土层和沥青混凝土上面层，碎石垫层、碾压混凝土基层、海水海砂混凝土层和沥青混凝土上面层自下而上层叠铺设，海水海砂混凝土层内铺设有纤维复材筋模块，纤维复材筋模块通过纤维复材筋柱和纤维复材筋筒竖直嵌套于底部的PVC基板组装成活动模块，纤维复材筋模块为海水海砂混凝土提供侧向约束力，提高路面结构强度，海水海砂混凝土层通过海水海砂混凝土浇灌注入纤维复材筋模块的空隙内固化成型，海水海砂经过金属有机框架(MOF)材料脱氯处理，氯离子含量低于0.2％。
在本实施例中，纤维复材筋模块包括纤维复材筋柱、纤维复材筋筒、纤维复材筋连接翅板和PVC基板，纤维复材筋筒套设于纤维复材筋柱外，纤维复材筋筒和纤维复材筋柱整体竖直设置于PVC基板上端。
在本实施例中，多个纤维复材筋筒之间等间距矩阵排列，多个纤维复材筋筒之间通过纤维复材筋连接翅板连接成网格状，纤维复材筋筒、纤维复材筋柱及纤维复材筋连接翅板均通过在未固化的树脂胶液层内进行纤维布筋，经外力浸胶，最后对树脂胶液固化得到。
在本实施例中，纤维复材筋筒的壁厚为1cm，高度为30cm，纤维复材筋柱的周壁设置有螺纹肋，纤维复材筋柱的直径为2cm，高度为30cm。
在本实施例中，海水海砂混凝土层为硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料及天然海水拌制的海水海砂混凝土浇筑而成，海水海砂混凝土层厚度为30cm。
在本实施例中，海水海砂脱氯处理具体工艺为：
S1：含盐量3.5％的海水(质量分数30％)，海砂(质量分数60％)，MOF粉体(200目，质量分数10％)，置于搅拌装置中，搅拌30min；
S2：混合浆料过粗筛，滤出海砂备用；
S3：滤出浆液过细筛，滤出MOF粉体，海水收集备用；
S4：收集MOF湿粉，干燥除盐后再利用。
在本实施例中，海水海砂混凝土的具体配料比为：水泥(质量分数16％)，粗骨料(质量分数44％)，细骨料(质量分数30％)，海水(质量分数10％)，具体的，粗骨料为最大粒径为25mm的碎石；细骨料为海砂，细度模数为2.84，海砂中贝壳含量为2％-4％。
在本实施例中，碎石垫层通过矿石、水泥块或建筑废石料中的一种或多种堆叠压实而成，碎石垫层的厚度为40cm，其主要作用在于提高基础底面以下地基浅层的承载力，缓解路面沉降现象。
在本实施例中，碾压混凝土层通过粗骨料拌制成干硬性混凝土，并用振动碾分层压实而成，碾压混凝土层的厚度为40cm。
本实施例在具体实施时，首先将矿石、水泥块和建筑废石料三种石料混合堆叠压实，形成碎石垫层，随后铺设碾压混凝土层，在铺设过程中将纤维复材筋模块底端的PVC基板掩埋入该层中并压实，海水海砂混凝土通过浇筑的方式灌入纤维复材筋模块的间隙中，等待其完全固化，最后在其上面铺设一层沥青混凝土上面层即可。
试验例
通过试验检测出海水海砂混凝土路面结构的在不同条件下的相关性能指标，得出表1。
表1
表中Y表示存在，N表示不存在。
通过试验验证结果表明，纤维复材筋的加入对混凝土路面结构的黏结强度提升具有明显效果，并且，采用结构优化的纤维复材筋柱与纤维复材筋筒组合的纤维复材筋模块比单一纤维复材筋柱的效果更佳，黏结强度可从9.2MPa提升至16.8MPa，而混凝土强度的提升对黏结强度有一定影响，是由于海水海砂脱氯处理后提升了混凝土的整体性能；试验结果还显示，经过MOF脱氯处理的海水海砂在配制成混凝土时，强度可从40.6MPa提升至62.7MPa；此外，相应的路面立方体抗压强度由44.2MPa提升至65.3MPa，路面承载力由4280kN提升至6832kN。
结合试验结果，参照图1-4，实施例4为本发明的较佳实施例。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.纤维复材筋海水海砂路面结构，其特征在于，包括碎石垫层、碾压混凝土基层、海水海砂混凝土层和沥青混凝土上面层，所述碎石垫层、碾压混凝土基层、海水海砂混凝土层和沥青混凝土上面层自下而上层叠铺设，所述海水海砂混凝土层内铺设有纤维复材筋模块，所述纤维复材筋模块通过纤维复材筋柱和纤维复材筋筒竖直嵌套于底部的PVC基板组装成活动模块，所述海水海砂混凝土层通过海水海砂混凝土浇灌注入纤维复材筋模块的空隙内固化成型，所述纤维复材筋模块包括纤维复材筋柱、纤维复材筋筒、纤维复材筋连接翅板和PVC基板，所述纤维复材筋筒套设于纤维复材筋柱外，所述纤维复材筋筒和纤维复材筋柱整体竖直设置于PVC基板上端，多个所述纤维复材筋筒之间等间距矩阵排列，多个所述纤维复材筋筒之间通过纤维复材筋连接翅板连接成网格状，所述纤维复材筋筒、纤维复材筋柱及纤维复材筋连接翅板均通过在未固化的树脂胶液层内进行纤维布筋，经外力浸胶，最后对树脂胶液固化得到，所述海水海砂经过金属有机框架(MOF)材料脱氯处理，氯离子含量0.1％-0.2％，所述海水海砂脱氯处理具体工艺为：
S1：含盐量3.5％的海水(质量分数30-35％)，海砂(质量分数55-60％)，MOF粉体(200-400目，质量分数5-10％)，置于搅拌装置中，搅拌30-60min；
S2：混合浆料过粗筛，滤出海砂备用；
S3：滤出浆液过细筛，滤出MOF粉体，海水收集备用；
S4：收集MOF湿粉，干燥除盐后再利用。
2.如权利要求1所述的纤维复材筋海水海砂路面结构，其特征在于，所述纤维复材筋筒的壁厚为1-3cm，高度为20-30cm，所述纤维复材筋柱的周壁设置有螺纹肋，所述纤维复材筋柱的直径为1-2cm，高度为20-30cm。
3.如权利要求2所述的纤维复材筋海水海砂路面结构，其特征在于，所述海水海砂混凝土层为硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料及海水拌制的海水海砂混凝土浇筑而成，所述海水海砂混凝土层厚度为20-30cm。
4.如权利要求3所述的纤维复材筋海水海砂路面结构，其特征在于，所述海水海砂混凝土的具体配料比为：水泥(质量分数10-20％)，碎石(粗骨料，质量分数40-50％)，天然海砂(细骨料，质量分数20-30％)，海水(质量分数5-10％)。
5.如权利要求4所述的纤维复材筋海水海砂路面结构，其特征在于，所述碎石垫层通过矿石、水泥块或建筑废石料中的一种或多种堆叠压实而成，所述碎石垫层的厚度为20-50cm。
6.如权利要求5所述的纤维复材筋海水海砂路面结构，其特征在于，所述碾压混凝土基层通过粗骨料拌制成干硬性混凝土，并用振动碾分层压实而成，所述碾压混凝土基 层的厚度为20-30cm。
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