CN113047512A - 装配式frp-海砂混凝土隔音降噪墙板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种装配式FRP‑海砂混凝土隔音降噪墙板，该结构包括FRP网格、FRP筋、高延性纤维增强海砂水泥基复合材料、海砂混凝土、吸音棉，以及连接件。墙板主体由两侧内植有FRP网格和竖向、水平FRP筋的高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层、内部隔音降噪层组成。两侧的竖向、水平FRP筋在部分交叉节点处通过连接件连接。该装配式隔音降噪墙板具有结构形式易于标准化、运输施工安装方便，同时具有隔音降噪、耐腐蚀、高抗侧刚度、高抗弯刚度等特点，在沿海海洋等恶劣环境中具有良好的适应性，适于推广使用。

Description

装配式FRP-海砂混凝土隔音降噪墙板
技术领域
本发明涉及结构工程新材料与组合结构应用技术领域，具体涉及一种装配式FRP-海砂混凝土隔音降噪墙板。
背景技术
钢筋混凝土结构是目前建筑行业运用最普遍、最广泛的结构形式之一。然而在沿海、岛礁地区，海洋环境中富含有大量氯离子，会导致钢筋锈蚀，影响钢筋混凝土结构耐久性，进而结构发生损坏，造成经济损失甚至危及人们的安全。沿海、岛礁等海洋环境下的工程建设远离内陆，淡水、河沙等资源匮乏，采用传统钢筋混凝土结构存在材料运输量大、建造成本高、施工周期长等问题。同时，沿海、岛礁等海洋环境下的工程建设一般缺少大量人力且不便于大型机械设备施工，工程结构体系不能过于复杂，需要快速施工成型。尽管我国约有3.2万公里的海岸线，近海50米以浅海域圈定海砂潜力区的资源储量达3434.3亿m3，然而直接利用海水、海砂制备混凝土进行建造，会对钢筋造成腐蚀，存在严重安全隐患。
近年来，纤维增强复合材料(FRP)以其轻质高强、耐腐蚀性、抗疲劳、易剪裁可设计性强等特点已成为新型建筑材料，在钢筋混凝土结构的补强修复加固中已被广泛应用，而直接于应用于与新型建筑结构建造的实例还比较少。FRP材料的上述诸多优点为解决沿海海洋环境下传统钢筋混凝土结构钢筋锈蚀、耐久性不足等问题提供了思路。然而，纯FRP结构又存在材料用量大、刚度低、强度利用率低等缺陷。
另外，噪声污染是威胁人类社会的三大公害之一，传统的钢筋混凝土结构墙体的隔音降噪效果较差，这将会影响人们的办公、学习、家庭、会议等等的体验，建筑结构构件不仅需要满足安全性、适用性和耐久性要求，也需要满足隔音降噪这一功能要求。
因此传统的钢筋混凝土结构无法满足沿海、岛礁等海洋环境下的建设需求，本发明以FRP、海水海砂作为混凝土材料，充分利用FRP材料抗拉、耐腐蚀，混凝土材料抗压等性能，开发出新的结构体系，避免沿海地区传统钢筋混凝土结构耐久性不足等缺陷。预制装配式结构设计，有利于实现规模化、标准化、工业化制造，快速化、安全化、经济化施工。组合墙板梯度结构设计，较普通钢筋混凝土墙板整体性更强，具有更高的抗侧刚度、抗弯抗冲击性能，同时兼备隔音降噪功能。利用海砂作为骨料，可就地取材，节省人力物力，对于沿海、岛礁等海洋环境下的工程建设，适应性良好，适于推广使用，具有十分重要的经济、政治，甚至沿海军事战略意义。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种装配式FRP-海砂混凝土隔音降噪墙板，旨在实现充分利用FRP材料和海洋资源的优势，制造装配式墙板构件，提高施工效率，解决力学性能差、耐久性差、资源匮乏、施工周期长等问题，同时在传统墙板构件中加入隔音降噪材料达到隔音降噪效果，进而满足沿海、岛礁等海洋环境下的建设需求，以及建筑结构构件隔音降噪的功能需求。
为实现上述目的，本发明提供的装配式FRP-海砂混凝土隔音降噪墙板，其特征在于：所述墙板主体由两侧的高延性纤维增强海水海砂水泥基复合材料层和中间的隔音降噪层组成对称“三明治”结构；
所述两侧的高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层内布置有若干竖向FRP筋和若干水平FRP筋，所述若干竖向FRP筋和若干水平FRP筋在同一平面内交叉布置成FRP筋层；所述两侧的竖向FRP筋和水平FRP筋在部分交叉节点处通过连接件连接，使竖向FRP筋和水平FRP筋形成一个整体结构骨架；
靠近所述墙板主体侧壁的竖向FRP筋和水平FRP筋外侧还设有FRP网格，所述FRP网格同样嵌于高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层内。
进一步地，两侧高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层厚度相同；所述两侧高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层和内部隔音降噪层厚度根据实际需求设计；所述FRP-海砂混凝土隔音降噪墙板总体厚度不小于120mm；所述FRP-海砂混凝土隔音降噪墙板整体长度和宽度根据实际应用需求设计；
所述两侧高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层中，制备高延性纤维增强海砂水泥基复合材料的纤维采用聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、碳纤维中任意一种或多种，砂采用海砂，水采用海水或淡水；所述纤维体积掺量为0.5％-2％；所述内部隔音降噪层包括吸音棉和高孔隙率海砂混凝土；所述高孔隙海砂混凝土制备用的砂采用海砂，水采用海水或淡水。
进一步地，所述竖向FRP筋和水平FRP筋为碳纤维筋、玄武岩纤维筋、玻璃纤维筋、芳纶纤维筋中任意一种或多种；所述竖向FRP筋和水平FRP筋直径不小于6mm；所述竖向FRP筋间距不小于100mm；水平FRP筋间距不小于100mm；所述竖向FRP筋和水平FRP筋伸出装配式墙板长度不小于100mm；竖向FRP筋和水平FRP筋在高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层至少各布置一层；所述水平FRP筋一般位于所述竖向FRP筋外侧，特殊情况如墙板用于地下室挡土使用，所述水平FRP筋可位于所述竖向FRP筋内侧；
所述FRP网格为碳纤维网格、玄武岩纤维网格、玻璃纤维网格、芳纶纤维网格中任意一种或多种；所述FRP网格的网格尺寸不小于25mm×25mm；所述FRP网格在所述高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层内至少布置一层。
进一步地，所述连接件为FRP连接件或不锈钢连接件；所述连接件包括节点件和连接杆；所述节点件与连接杆一体制成或用螺纹连接而成；所述节点件为实心或空心；所述节点件为球状或椭球状或立方体状或长方体状；所述连接件在竖向FRP筋和水平FRP筋交叉节点为均布或间隔一个或若干节点梅花状布置；所述连接件布置间距不小于500mm；所述连接件垂直于竖向FRP筋和水平FRP筋；所述节点件含有不小于竖向FRP筋和水平FRP筋直径的贯通孔道，以便FRP筋穿过；所述节点件各方向尺寸均大于竖向FRP筋和水平FRP筋直径之和；所述连接杆直径不小于6mm。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明提出利用海砂制备混凝土和高延性纤维增强海砂水泥基复合材料，形成性能梯度，墙体主体对称“三明治”结构中，外层高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层具有普通水泥基复合材料的抗压强度，并具有较高的延性、抗裂性能以及开裂裂缝宽度小等优点，提高墙体抗离子侵蚀、抗渗等性能。内层隔音降噪层同样为对称“三明治”结构，其包括内层吸音棉和两侧高孔隙率海砂混凝土，当噪音传递至墙体一侧时，外层高延性纤维增强海砂水泥基复合材料初步阻隔一定噪音；当噪音传导至隔音降噪层时，高孔隙率海砂混凝土层由于具有较大孔隙率，使噪音在空隙内的空气中相对慢速振动传播，避免声波在固体中高传导，从而被部分吸收；当噪音传导至隔音降噪层的吸音棉时，由于吸音棉的良好吸音效果，噪音被大部分吸收。墙体主体为对称“三明治”结构，不论哪一侧发生噪音均具有相同的隔音降噪效果。
本发明组合墙板结构内布置有轻质高强、耐腐蚀的竖向和水平FRP筋，代替钢筋与高延性纤维增强海水水泥基复合材料、海砂混凝土相结合，避免传统钢筋混凝土结构钢筋易锈蚀的缺陷，提高了墙体结构的整体性、承载力和耐久性，且竖向、水平FRP筋伸出装配式墙体，便于墙板运输吊装、与梁、柱等构件拼接，使结构整体更稳定。
本发明组合墙板结构中，两侧竖向、水平FRP筋利用连接件有效连接，形成一个FRP筋骨架，并布置有FRP网格，能有效的将墙体一侧所受荷载传递到另一侧的FRP筋、FRP网格和高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层，并分散，使装配式墙体具有良好的抗侧刚度、抗弯抗冲击性能。FRP网格内嵌于高延性纤维增强海水水泥基复合材料层，也能使墙体更稳固，不易剥落。
本发明提出的装配式FRP-海砂混凝土隔音降噪墙板充分利用了FRP材料和海洋资源的诸多优势，避免传统钢筋混凝土结构缺陷，同时在墙板构件中加入隔音降噪材料达到隔音降噪效果，进而满足沿海、岛礁等海洋环境下的建设需求，以及建筑结构构件隔音降噪的功能需求。预制装配式结构设计，有利于实现规模化、标准化、工业化制造，快速化、安全化、经济化施工，组合墙板结构设计合理、整体性强、力学性能合理。本发明对于沿海、岛礁等海洋环境下的工程建设，适应性良好，适于推广使用，具有十分重要的经济、政治甚至军事意义。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明的组合墙板部分剖切示意图。
图3为本发明的组合墙板截面结构示意图。
图4为本发明中的竖向、水平FRP筋及连接件组成FRP骨架立体结构示意图。
图5为本发明中的FRP网格立体结构示意图。
图6为本发明中的含球状节点件的连接件立体结构示意图。
图7为本发明中的含立方体状节点件的连接件立体结构示意图。
图中：高延性纤维增强海水海砂水泥基复合材料层1，隔音降噪层2，吸音棉21和高孔隙率海砂混凝土22，竖向FRP筋3，水平FRP筋4，FRP网格5，连接件6，节点件61，连接杆62。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的方案作进一步地详细说明：
如图所示，装配式FRP-海砂混凝土隔音降噪墙板，包括装配式墙板主体，墙板主体由两侧高延性纤维增强海水海砂水泥基复合材料层1和隔音降噪层2组成对称“三明治”结构；两侧高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层内布置有竖向FRP筋3和水平FRP筋4；两侧的竖向FRP筋3和水平FRP筋4在部分交叉节点处通过连接件6连接，使整个FRP筋形成一个整体结构骨架；每一侧的FRP筋外侧还附有FRP网格5，FRP网格5同样嵌于高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层内。
两侧高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层厚度相同；两侧高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层和内部隔音降噪层2厚度根据实际需求设计；FRP-海砂混凝土隔音降噪墙板总体厚度不小于120mm；FRP-海砂混凝土隔音降噪墙板整体长度和宽度根据实际应用需求设计；两侧高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层中，制备高延性纤维增强海砂水泥基复合材料的纤维采用聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、碳纤维中任意一种或多种，砂采用海砂，水采用海水或淡水；纤维体积掺量为0.5％-2％；内部隔音降噪层2包括吸音棉21和高孔隙率海砂混凝土22；高孔隙海砂混凝土制备用的砂采用海砂，水采用海水或淡水。
竖向FRP筋3和水平FRP筋4为碳纤维筋、玄武岩纤维筋、玻璃纤维筋、芳纶纤维筋中任意一种或多种；竖向FRP筋3和水平FRP筋4直径不小于6mm；竖向FRP筋3间距不小于100mm；水平FRP筋4间距不小于100mm；竖向FRP筋3和水平FRP筋4伸出装配式墙板长度不小于100mm；竖向FRP筋3和水平FRP筋4在高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层至少各布置一层；水平FRP筋4一般位于竖向FRP筋3外侧，特殊情况如墙板用于地下室挡土使用，水平FRP筋4可位于竖向FRP筋3内侧；FRP网格5为碳纤维网格、玄武岩纤维网格、玻璃纤维网格、芳纶纤维网格中任意一种或多种；FRP网格5的网格尺寸不小于25mm×25mm；FRP网格5在高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层内至少布置一层。
连接件6为FRP连接件6或不锈钢连接件6；连接件6包括节点件61和连接杆62；节点件61与连接杆62一体制成或用螺纹连接而成；节点件61为实心或空心；节点件61为球状或椭球状或立方体状或长方体状；连接件6在竖向FRP筋3和水平FRP筋4交叉节点为均布或间隔一个或若干节点梅花状布置；连接件6布置间距不小于500mm；连接件6垂直于竖向FRP筋3和水平FRP筋4；节点件61含有不小于竖向FRP筋3和水平FRP筋4直径的贯通孔道，以便FRP筋穿过；节点件61各方向尺寸均大于竖向FRP筋3和水平FRP筋4直径之和；连接杆62直径不小于6mm。
本发明装配式FRP-海砂混凝土隔音降噪墙板的施工方法，包括以下步骤：
(1)FRP筋、FRP网格、不锈钢或FRP连接件为专门工厂预制形成；
(2)根据实际尺寸要求，布置两侧竖向FRP筋、水平FRP筋，并用连接件将两侧FRP筋连接，形成FRP骨架；
(3)在FRP筋骨架一侧铺设FRP网格，浇筑该侧高延性海砂水泥基复合材料层至设计厚度；
(4)浇筑内部隔音降噪层的一侧高孔隙率海砂混凝土层至设计厚度；
(5)铺设内部隔音降噪层的吸音棉至设计厚度；
(6)浇筑内部隔音降噪层的另一侧高孔隙率海砂混凝土层至隔音降噪层达到最终设计厚度；
(7)在FRP筋骨架另一侧铺设FRP网格，浇筑该侧高延性海砂水泥基复合材料层至墙板达到最终设计厚度；
(8)养护墙板达一定强度后，再运输到施工现场，进行吊装，利用伸出墙体的FRP筋将墙板与梁、柱、楼板等进行快速定位拼接。最后采用高延性纤维增强海砂混凝土将组合墙板与梁、柱、楼板等在拼接节点处浇筑成一体，使得结构具有良好的整体性。

Claims (5)

1.一种装配式FRP-海砂混凝土隔音建造墙板，包括装配式墙板主体，其特征在于：所述墙板主体由两侧的高延性纤维增强海水海砂水泥基复合材料层(1)和中间的隔音降噪层(2)组成对称“三明治”结构；
所述两侧的高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层(1)内布置有若干竖向FRP筋(3)和若干水平FRP筋(4)，所述若干竖向FRP筋(3)和若干水平FRP筋(4)在同一平面内交叉布置成FRP筋层；所述两侧的竖向FRP筋和水平FRP筋在部分交叉节点处通过连接件(6)连接，使竖向FRP筋(3)和水平FRP筋(4)形成一个整体结构骨架；
靠近所述墙板主体侧壁的竖向FRP筋(3)和水平FRP筋(4)外侧还设有FRP网格(5)，所述FRP网格(5)同样嵌于高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层(1)内。
2.根据权利要求1所述的FRP-海砂混凝土隔音降噪墙板，其特征在于：所述两侧的高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层(1)的厚度相同；所述FRP-海砂混凝土隔音降噪墙板总体厚度不小于120mm；
所述高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层(1)中包括纤维、砂和水；所述纤维采用聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维或碳纤维中任意一种或多种，所述纤维体积掺量为0.5％-2％；所述砂采用海砂；所述水采用海水或淡水；
所述内部隔音降噪层(2)包括吸音棉(21)和高孔隙率海砂混凝土(22)；制备所述高孔隙海砂混凝土(22)采用的砂为海砂，采用的水为海水或淡水。
3.根据权利要求1或2所述的FRP-海砂混凝土隔音降噪墙板，其特征在于：
所述竖向FRP筋(3)和水平FRP筋(4)均为碳纤维筋、玄武岩纤维筋、玻璃纤维筋或芳纶纤维筋中任意一种或多种；
所述竖向FRP筋(3)和水平FRP筋(4)直径均不小于6mm；
所述若干竖向FRP筋(3)的间距不小于100mm；所述若干水平FRP筋(4)间距不小于100mm；所述竖向FRP筋(3)和水平FRP筋(4)伸出装配式墙板长度不小于100mm；
所述FRP筋层在两侧的高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层(1)中至少各布置一层；所述水平FRP筋(4)位于竖向FRP筋(3)外侧，或者所述水平FRP筋(4)位于竖向FRP筋(3)内侧；
所述FRP网格(5)为碳纤维网格、玄武岩纤维网格、玻璃纤维网格或芳纶纤维网格中任意一种或多种；所述FRP网格(5)的网格尺寸不小于25mm×25mm；所述FRP网格(5)在高延性纤维增强海砂水泥基复合材料层(1)内至少布置一层。
4.根据权利要求1或2所述的FRP-海砂混凝土隔音降噪墙板，其特征在于：所述连接件(6)为FRP连接件或不锈钢连接件；
所述连接件(6)包括节点件(61)和连接杆(62)；所述节点件(61)与连接杆(62)一体制成或用螺纹连接而成；
所述节点件(61)为实心或空心；所述节点件(61)为球状、椭球状、立方体状或长方体状中任一种；
所述连接件(6)在竖向FRP筋(3)和水平FRP筋(4)交叉节点为均布或间隔一个或若干节点梅花状布置；所述连接件(6)布置间距不小于500mm；所述连接件(6)垂直于竖向FRP筋(3)和水平FRP筋(4)装置；所述节点件(61)上设有不小于竖向FRP筋(3)和水平FRP筋(4)直径的贯通孔道，以便竖向FRP筋(3)和水平FRP筋(4)穿过；所述节点件(61)各方向尺寸均大于竖向FRP筋(3)和水平FRP筋(4)直径之和；
所述连接杆(62)直径不小于6mm。
5.根据权利要求3所述的FRP-海砂混凝土隔音降噪墙板，其特征在于：所述连接件(6)为FRP连接件或不锈钢连接件；
所述连接件(6)包括节点件(61)和连接杆(62)；所述节点件(61)与连接杆(62)一体制成或用螺纹连接而成；
所述节点件(61)为实心或空心；所述节点件(61)为球状、椭球状、立方体状或长方体状中任一种；
所述连接件(6)在竖向FRP筋(3)和水平FRP筋(4)交叉节点为均布或间隔一个或若干节点梅花状布置；所述连接件(6)布置间距不小于500mm；所述连接件(6)垂直于竖向FRP筋(3)和水平FRP筋(4)装置；所述节点件(61)上设有不小于竖向FRP筋(3)和水平FRP筋(4)直径的贯通孔道，以便竖向FRP筋(3)和水平FRP筋(4)穿过；所述节点件(61)各方向尺寸均大于竖向FRP筋(3)和水平FRP筋(4)直径之和；
所述连接杆(62)直径不小于6mm。
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