CN113152131A - 一种钢绞线-frp复合筋的制备方法以及制备钢绞线-frp复合筋的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钢绞线‑FRP复合筋的制备方法以及制备钢绞线‑FRP复合筋的系统，涉及复合材料制备技术领域。本发明提供的钢绞线‑FRP复合筋的制备方法，包括以下步骤：将钢丝进行绞合，得到钢绞线；将所述钢绞线置于树脂溶液中，进行浸渍，得到树脂包覆的钢绞线；在所述树脂包覆的钢绞线表面包裹FRP纤维束，依次进行加热固化和冷却紧缩，得到钢绞线‑FRP复合筋。本发明制备的钢绞线‑FRP复合筋能够防止钢绞线发生碳化、氧化、酸性腐蚀，具有较高的耐高温性能和力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种钢绞线-FRP复合筋的制备方法以及制备钢绞线-FRP复合筋的系统。
背景技术
钢绞线是指由多根钢丝绞合构成的钢铁制品，由于钢绞线的强度高、弹性模量大、抗扭转、抗滑移性能好、运输安装方便，被广泛应用于桥梁、建筑、水利、能源及岩土工程中。但是钢铁制品在服役期间，容易发生氧化、碳化、酸性腐蚀等破坏，而钢绞线往往用于预应力等结构，不允许裂纹的发生。
纤维增强复合材料(FRP)由于其轻质高强、耐腐蚀性好的优点，在建筑行业中的应用日益广泛，FRP筋材代替钢筋作为受力筋的方法也已经得到了广泛应用，但是相比传统的钢筋，FRP筋材没有明显的屈服现象，脆性大，破坏没有预兆，难以满足实际需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢绞线-FRP复合筋的制备方法以及制备钢绞线-FRP复合筋的系统，本发明制备的钢绞线-FRP复合筋能够防止钢绞线发生碳化、氧化、酸性腐蚀，具有较高的耐高温性能和力学性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种钢绞线-FRP复合筋的制备方法，包括以下步骤：
将钢丝进行绞合，得到钢绞线；
将所述钢绞线置于树脂溶液中，进行浸渍，得到树脂包覆的钢绞线；
在所述树脂包覆的钢绞线表面包裹FRP纤维束，依次进行加热固化和冷却紧缩，得到钢绞线-FRP复合筋。
优选地，所述钢绞线的制备方法包括：将钢丝依次进行预处理和稳定化处理，再冷拉单丝，与定型盘连接，通过绞线机绞合。
优选地，所述预处理在过氧化氢水溶液中进行，所述过氧化氢水溶液的质量分数为10～20％。
优选地，所述稳定化处理采用阶段式升温方法；所述阶段式升温方法包括：先由室温以6～8℃/min的升温速率升至4.30～470℃，再以12～14℃/min 的升温速率升至930～870℃。
优选地，所述树脂包覆的钢绞线中树脂的包覆厚度为1.5～2.5mm。
优选地，所述FRP纤维束包括碳纤维束、玄武岩纤维束和玻璃纤维束中的一种或几种。
优选地，所述FRP纤维束以连续单向的形式包裹在所述树脂包覆的钢绞线表面。
优选地，所述加热固化包括依次进行的预固化和固化；所述预固化的温度为100～120℃，所述预固化的时间为10～15min；所述固化的温度为 150～200℃，所述固化的时间为1～1.5min。
优选地，所述冷却紧缩的降温速度为12～18℃/min。
本发明还提供了一种制备钢绞线-FRP复合筋的系统，包括依次设置的绞线机、U型套管和纤维编织机。
本发明提供了一种钢绞线-FRP复合筋的制备方法，包括以下步骤：将钢丝进行绞合，得到钢绞线；将所述钢绞线置于树脂溶液中，进行浸渍，得到树脂包覆的钢绞线；在所述树脂包覆的钢绞线表面包裹FRP纤维束，依次进行加热固化和冷却紧缩，得到钢绞线-FRP复合筋。本发明采用FRP纤维束包裹钢绞线，能有效防止在生产、储存、运输、使用过程中钢绞线发生碳化、氧化、酸性腐蚀，而且能够提高钢绞线的强度，相比于镀锌或者镀铜钢绞线保护范围更加广泛；本发明采用FRP纤维束包裹树脂的结构，在树脂融化后，FRP纤维束可以防止树脂泄露，传统的环氧树脂钢绞线的稳定使用温度只有5～35℃，本发明提供的钢绞线-FRP复合筋的稳定使用温度可达到 400℃以上，能够满足工程实际中遇到的高温环境。
附图说明
图1为本发明实施例中制备钢绞线-FRP复合筋的系统的示意图，其中1 为单丝钢丝盘条，2为定型盘，3为绞线机，4为U型套管，5为纤维编织机， 6为第一烘炉，7为第二烘炉；
图2为本发明实施例中制备钢绞线-FRP复合筋的工艺流程图；
图3为设置有2个通孔的定型盘的示意图；
图4为设置有3个通孔的定型盘的示意图；
图5为设置有7个通孔的定型盘的示意图；
图6为设置有19个通孔的定型盘的示意图；
图3～6中，d表示单根钢丝的直径，D表示钢绞线的公称直径。
具体实施方式
本发明提供了一种钢绞线-FRP复合筋的制备方法，包括以下步骤：
将钢丝进行绞合，得到钢绞线；
将所述钢绞线置于树脂溶液中，进行浸渍，得到树脂包覆的钢绞线；
在所述树脂包覆的钢绞线表面包裹FRP纤维束，依次进行加热固化和冷却紧缩，得到钢绞线-FRP复合筋。
在本发明中，若没有特殊要求，所采用的原料均为本领域技术人员所熟知的市售商品。
本发明将钢丝进行绞合，得到钢绞线。在本发明中，所述钢丝优选为刻痕钢丝。在本发明中，所述钢丝的直径优选为2.5～6mm；强度优选为1570MPa 及以上。
在本发明中，所述钢绞线的制备方法优选包括：将钢丝依次进行预处理和稳定化处理，再冷拉单丝，与定型盘连接，通过绞线机绞合。在本发明中，所述预处理优选在过氧化氢水溶液中进行，所述过氧化氢水溶液的质量分数优选为10～20％，更优选为15％。本发明优选将钢丝浸泡在所述过氧化氢水溶液中。在本发明中，所述浸泡的温度优选为常温，所述浸泡的时间优选为 30～60min，更优选为45min。本发明在所述浸泡过程中，优选进行搅拌，所述搅拌的速度优选为15～25r/min。在本发明的具体实施例中，当体系中停止产生气泡时，结束浸泡。本发明优选在所述浸泡后，将钢丝在室温条件下自然干燥至表面没有水分，得到预处理后的钢丝。
本发明对钢丝进行预处理，过氧化氢水溶液能够有效去除钢丝表面的油污，使得钢丝内核杂质减少，增大有效摩擦力。本发明通过自然干燥能够保证钢丝表面没有水分，利于与树脂的结合，同时自然干燥不会影响钢丝的力学性能。
本发明优选将所述预处理后的钢丝进行稳定化处理，得到稳定化钢丝。在本发明中，所述稳定化处理优选在马弗炉中进行。在本发明中，所述稳定化处理优选采用阶段式升温方法；所述阶段式升温方法优选包括：先由室温以6～8℃/min的升温速率升至430～470℃，再以12～14℃/min的升温速率升至930～870℃。在本发明的具体实施例中，先由室温以6～8℃/min的升温速率升至450℃，再以12℃/min的升温速率升至850℃。本发明优选在升至 930～870℃后，在930～870℃进行保温；所述保温的时间优选为50～70s，更优选为60s。本发明在由室温升至430～470℃过程中，采用缓慢的升温速率，能够避免因局部升温不均匀产生裂纹等缺陷；在由430～470℃升至 930～870℃过程中，钢铁中的Cr23C6充分溶解到奥氏体中，此时钛和铌充分形成非常稳定的碳化钛和碳化铌。
本发明优选在稳定化处理后，将所得钢丝自然冷却至室温，得到稳定化钢丝。本发明制备的稳定化钢丝即使经过敏化温度(450～850℃)时，也无 Cr23C6在晶界析出。本发明经稳定化处理后的奥氏体不锈钢能够大大降低晶间腐蚀的可能性。
本发明优选将稳定化钢丝进行冷拉单丝，得到冷拉后的钢丝。在本发明中，所述冷拉单丝的拔线速度优选为50～70mm/min，更优选60mm/min；所述冷拉单丝的冷拉率优选控制为1％。
本发明通过冷拉单丝的处理使得钢丝更便于安装在定型盘的通孔之中，冷拉能够确保钢丝不会因为受热而产生缺陷，冷拉后的钢丝可以更好地在生产线上运作。
本发明优选将冷拉后的钢丝与定型盘连接，通过绞线机绞合。在本发明中，所述定型盘的内部均匀设置有多个通孔，所述通孔的直径优选为4～6mm，更优选为5mm，用于均匀排布钢丝。在本发明的具体实施例中，排布在定型盘上的钢丝通过约束口连接到绞线机中，采用绞线机将钢丝旋转至螺旋状。
在本发明中，所述钢绞线中钢丝的数量优选为2～19，更优选为3～7；所述钢绞线中的钢丝呈螺旋状排列。
得到钢绞线后，本发明将所述钢绞线置于树脂溶液中，进行浸渍，得到树脂包覆的钢绞线。在本发明中，所述树脂溶液优选为聚氨酯树脂溶液或乙烯基树脂溶液，更优选为乙烯基树脂溶液。在本发明中，所述树脂溶液的固含量优选为59～63％，粘度(25℃)优选为350～450mPa·s，凝胶时间优选为 11～17min。本发明采用上述树脂能够有效提高复合筋的抗剥离性和抗冲性能。
在本发明中，所述浸渍优选在U型套管中进行，所述树脂溶液在U型套管中的双侧高度优选为25～35cm，更优选为30cm；所述U型套管的直径优选为22～26mm，更优选为24mm。本发明采用U型套管盛装树脂溶液，钢绞线通过U型套管后，可以保证钢绞线全部被树脂溶液浸渍，并且树脂溶液可以回流至U型套管中，适合流水作业。
在本发明中，所述浸渍优选在室温条件下进行，所述浸渍的时间优选为 10～12min，更优选为11min。
在本发明的具体实施例中，所述浸渍为在线浸渍，所述钢绞线通过U型套管的速度优选为1.5～2mm/s。
在本发明中，所述树脂包覆的钢绞线中树脂的包覆厚度优选为 1.5～2.5mm，更优选为2mm。本发明采用上述包覆厚度既可以起到保护作用，又不至于太厚影响附着效果。在本发明的具体实施例中，可以根据实际生产需要进行适当调整，具体调整方法可以是改变生产线整体行进速度或者调整 U型套管中的树脂溶液深度。
得到树脂包覆的钢绞线后，本发明在所述树脂包覆的钢绞线表面包裹 FRP纤维束，依次进行加热固化和冷却紧缩，得到钢绞线-FRP复合筋。在本发明中，所述FRP纤维束优选包括碳纤维束、玄武岩纤维束和玻璃纤维束中的一种或几种。在本发明中，所述FRP纤维束优选以连续单向的形式包裹在所述树脂包覆的钢绞线表面，能够提高复合筋的耐久性。在本发明中，单向FRP纤维束走向与钢绞线方向的夹角优选为0°～45°。在本发明的具体实施例中，采用环氧树脂封口的方式来进行保证纤维束连续单向包裹在钢绞线表面。
在本发明中，所述FRP纤维束包裹优选在纤维编织机中进行。
在本发明中，所述FRP纤维束的包裹厚度优选为3～8mm，更优选为5mm。
在本发明中，所述FRP纤维束的直径优选为3～5mm，更优选为4mm。本发明可以通过将各组纤维束的直径设置成不同的尺寸，从而增大复合筋表面的粗糙程度，从而增大复合筋使用时的机械咬合力。在本发明的具体实施例中，具体设置方法为：将其中一组纤维束的直径设置为5mm，其他纤维束的直径设置为3mm，编制结束后，就有一条纤维束形成类似螺纹的结构。
在本发明中，所述加热固化优选在模压模具中进行，本发明优选将FRP 纤维束包裹的钢绞线置于模压模具中，然后向模压模具中使用喷嘴补充树脂至模具充盈，再将模压模具置于烘炉中进行加热固化。
在本发明中，所述加热固化优选包括依次进行的预固化和固化；所述预固化的温度优选为100～120℃，所述预固化的时间优选为10～15min；所述预固化的压力优选为5～10MPa；所述固化的温度优选为150～200℃，所述固化的时间优选为1～1.5min。
在本发明的具体实施例中，所述预固化在第一烘炉中进行，所述固化在第二烘炉中进行。
在本发明中，所述冷却紧缩优选在低温箱中进行，所述低温箱的温度优选为-5℃。本发明优选将固化后的复合筋立即放入低温箱中。在本发明中，所述冷却紧缩的降温速度优选为12～18℃/min，更优选为14～16℃/min。本发明优选通过冷却紧缩将复合筋的温度降至-5℃℃以下。本发明将复合筋快速均匀冷却，能够使得树脂紧缩，稳定结构，既可以防止钢绞线由残余高温引发氧化，又可以防止钢绞线在室温中，钢绞线重叠处和钢绞线内部温度不均匀产生缺陷。
与现有技术相比，本发明使用钢丝制备钢绞线-FRP复合筋，能够根据需要制备不同形状、大小的复合筋，同时由于在钢绞线表面铺设了FRP纤维束，使得钢绞线的抗腐蚀性能以及温度稳定性得到了提升。
本发明提供了一种制备钢绞线-FRP复合筋的系统，如图1所示，包括依次设置的绞线机、U型套管和纤维编织机。本发明对所述绞线机、U型套管和纤维编织机的具体结构没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的设备即可。在本发明中，所述绞线机的出口、U型套管的两端口以及纤维编织机的进口优选在同一水平线上。
作为本发明的一个实施例，以靠近U型套管的一端为绞线机的后端，本发明提供的系统还包括设置于所述绞线机前端的定型盘。在本发明中，所述定型盘的内部优选均匀设置有多个通孔，更优选为2～19个，进一步优选为 3～7个。本发明利用定型盘均匀排布钢丝，得到不同结构的钢绞线。
在本发明的具体实施例中，可以根据实际生产需要，通过改变钢丝在定型盘中的位置调整钢绞线的形状和大小，可以生产标准的1×2、1×3、1×7 和1×19四种钢绞线；也可以根据特殊需要生产其他形状和尺寸的钢绞线。
作为本发明的一个实施例，本发明提供的系统还包括设置于定型盘前端的牵引轮盘，所述牵引轮盘上固定有若干个单丝钢丝盘条。在本发明中，所述单丝钢丝盘条用于放置钢丝。在本发明中，所述牵引轮盘可以通过滑槽调整单丝钢丝盘条，进而改变钢丝布置的数量以及形式，从而改变复合筋的钢丝排布或者复合筋的直径。
作为本发明的一个实施例，本发明提供的系统还包括烘炉；所述烘炉设置于所述纤维编织机的后端。在本发明中，所述烘炉优选包括依次设置的第一烘炉和第二烘炉；所述第一烘炉靠近纤维编织机。在本发明中，所述第一烘炉的加热区段长度优选为1.0～1.4m，更优选为1.2m；第二烘炉的加热区段长度优选为0.1～0.14m，更优选为0.12m。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
采用如图2所示的工艺流程图制备钢绞线-FRP复合筋：
选取直径为5mm的刻痕钢丝，将未处理的钢丝浸泡在质量分数为15％的过氧化氢水溶液中，温度控制在25℃，浸泡时缓慢搅拌，浸泡时间为45min，观测到溶液中不再有气泡冒出停止浸泡，浸泡后，将钢丝在室温条件下自然干燥至表面没有水分，得到预处理后的钢丝；
将所述预处理后的钢丝置于马弗炉中，由室温以8℃/min的升温速率升至450℃，再以12℃/min的升温速率升至850℃，保温1min；处理后，冷却至室温，得到稳定化钢丝；
将所述稳定化钢丝进行冷拉单丝，得到冷拉后的钢丝；冷拉单丝的拉拔速度为50mm/min，冷拉率为1％；
将两根所述冷拉后的钢丝如图3所示排布在定型盘上，通过约束口连接到绞线机中，使用绞线机将钢丝旋转至螺旋状，得到钢绞线；
将所述钢绞线通过装有固含量为60％的乙烯基树脂溶液的U型套筒，进行浸渍，得到树脂包覆的钢绞线；所述钢绞线通过U型套筒的速度为 2mm/s；
将所述树脂包覆的钢绞线通过纤维编织机，纤维束选用直径为4mm的玻璃纤维束(GFRP纤维束)，纤维束以45°单向连续缠绕包裹在钢绞线上，纤维束包裹的厚度为4mm；
将FRP纤维束包裹的钢绞线置于模压模具中，然后向模压模具中使用喷嘴补充树脂至模具充盈，再将模压模具依次置于第一烘炉和第二烘炉中进行加热固化，第一个烘炉升温加压10MPa，升温至120℃，预热保持10min；第二个烘炉升温至200℃，保持1min，固化完成；
随即将固化完成后的复合筋立即放入低温箱中，温度设定在-5℃，以 18℃/min的降温速率降温至-5℃，得到1×2钢绞线-FRP复合筋。
对本实施例制备的1×2钢绞线-FRP复合筋进行性能检测，检测结果如表1所示。
表1实施例1各性能检测结果
由表1可以看出，本发明制备的钢绞线-FRP复合筋的各项指标均满足国家标准GB8919-2006《钢丝绳标准》的规定。
实施例2
选取直径为5mm的刻痕钢丝，将未处理的钢丝浸泡在质量分数为15％的过氧化氢水溶液中，温度控制在25℃，浸泡时缓慢搅拌，浸泡时间为45min，观测到溶液中不再有气泡冒出停止浸泡，浸泡后，将钢丝在室温条件下自然干燥至表面没有水分，得到预处理后的钢丝；
将所述预处理后的钢丝置于马弗炉中，由室温以6℃/min的升温速率升至430℃，再以12℃/min的升温速率升至830℃，保温1min；处理后，冷却至室温，得到稳定化钢丝；
将所述稳定化钢丝进行冷拉单丝，得到冷拉后的钢丝；冷拉单丝的拉拔速度为60mm/min，冷拉率为1％；
将三根所述冷拉后的钢丝如图4所示排布在定型盘上，通过约束口连接到绞线机中，使用绞线机将钢丝旋转至螺旋状，得到钢绞线；
将所述钢绞线通过装有固含量为60％的乙烯基树脂溶液的U型套筒，进行浸渍，得到树脂包覆的钢绞线；所述钢绞线通过U型套筒的速度为 1.5mm/min；
将所述树脂包覆的钢绞线通过纤维编织机，纤维束选用直径为3mm和 4mm的玻璃纤维束(GFRP纤维束)，纤维束以45°单向连续缠绕包裹在钢绞线上，纤维束包裹的厚度为4mm；
将FRP纤维束包裹的钢绞线置于模压模具中，然后向模压模具中使用喷嘴补充树脂至模具充盈，再将模压模具依次置于第一烘炉和第二烘炉中进行加热固化，第一个烘炉升温加压10MPa，升温至120℃，预热保持10min；第二个烘炉升温至200℃，保持1min，固化完成；
随即将固化完成后的复合筋立即放入低温箱中，温度设定在-5℃，以 16℃/min的降温速率降温至-5℃，得到1×3钢绞线-FRP复合筋。
对本实施例制备的1×3钢绞线-FRP复合筋进行性能检测，检测结果如表2所示。
表2实施例2各性能检测结果
由表2可以看出，本发明制备的钢绞线-FRP复合筋的各项指标均满足国家标准GB8919-2006《钢丝绳标准》的规定。
实施例3
选取直径为5mm的刻痕钢丝，将未处理的钢丝浸泡在质量分数为15％的过氧化氢水溶液中，温度控制在25℃，浸泡时缓慢搅拌，浸泡时间为45min，观测到溶液中不再有气泡冒出停止浸泡，浸泡后，将钢丝在室温条件下自然干燥至表面没有水分，得到预处理后的钢丝；
将所述预处理后的钢丝置于马弗炉中，由室温以7℃/min的升温速率升至450℃，再以12℃/min的升温速率升至850℃，保温1min；处理后，冷却至室温，得到稳定化钢丝；
将所述稳定化钢丝进行冷拉单丝，得到冷拉后的钢丝；冷拉单丝的拉拔速度为70mm/min，冷拉率为1％；
将七根所述冷拉后的钢丝如图5所示排布在定型盘上，通过约束口连接到绞线机中，使用绞线机将钢丝旋转至螺旋状，得到钢绞线；
将所述钢绞线通过装有固含量为60％的乙烯基树脂溶液的U型套筒，进行浸渍，得到树脂包覆的钢绞线；所述钢绞线通过U型套筒的速度为 2mm/s；
将所述树脂包覆的钢绞线通过纤维编织机，纤维束选用直径为4mm的玻璃纤维束(GFRP纤维束)，纤维束以45°单向连续缠绕包裹在钢绞线上，纤维束包裹的厚度为4mm；
将FRP纤维束包裹的钢绞线置于模压模具中，然后向模压模具中使用喷嘴补充树脂至模具充盈，再将模压模具依次置于第一烘炉和第二烘炉中进行加热固化，第一个烘炉升温加压10MPa，升温至120℃，预热保持10min；第二个烘炉升温至200℃，保持1min，固化完成；
随即将固化完成后的复合筋立即放入低温箱中，温度设定在-5℃，以 14℃/min的降温速率降温至-5℃，得到1×7钢绞线-FRP复合筋。
对本对比例制备的1×7钢绞线-FRP复合筋进行性能检测，检测结果如表3所示。
表3实施例3各性能检测结果
由表3可以看出，本发明制备的钢绞线-FRP复合筋的各项指标均满足国家标准GB8919-2006《钢丝绳标准》的规定。
实施例4
选取直径为5mm的刻痕钢丝，将未处理的钢丝浸泡在质量分数为15％的过氧化氢水溶液中，温度控制在25℃，浸泡时缓慢搅拌，浸泡时间为45min，观测到溶液中不再有气泡冒出停止浸泡，浸泡后，将钢丝在室温条件下自然干燥至表面没有水分，得到预处理后的钢丝；
将所述预处理后的钢丝置于马弗炉中，由室温以6℃/min的升温速率升至430℃，再以12℃/min的升温速率升至830℃，保温1min；处理后，冷却至室温，得到稳定化钢丝；
将所述稳定化钢丝进行冷拉单丝，得到冷拉后的钢丝；冷拉单丝的拉拔速度为60mm/min，冷拉率为1％；
将19根所述冷拉后的钢丝如图6所示排布在定型盘上，通过约束口连接到绞线机中，使用绞线机将钢丝旋转至螺旋状，得到钢绞线；
将所述钢绞线通过装有固含量为60％的乙烯基树脂溶液的U型套筒，进行浸渍，得到树脂包覆的钢绞线；所述钢绞线通过U型套筒的速度为 2mm/s；
将所述树脂包覆的钢绞线通过纤维编织机，纤维束选用直径为4mm的玻璃纤维束(GFRP纤维束)，纤维束以45°单向连续缠绕包裹在钢绞线上，纤维束包裹的厚度为4mm；
将FRP纤维束包裹的钢绞线置于模压模具中，然后向模压模具中使用喷嘴补充树脂至模具充盈，再将模压模具依次置于第一烘炉和第二烘炉中进行加热固化，第一个烘炉升温加压10MPa，升温至120℃，预热保持10min；第二个烘炉升温至200℃，保持1min，固化完成；
随即将固化完成后的复合筋立即放入低温箱中，温度设定在-5℃，以 16℃/min的降温速率降温至-5℃，得到1×19钢绞线-FRP复合筋。
对本实施例制备的1×19钢绞线-FRP复合筋进行性能检测，检测结果如表4所示。
表4实施例4各性能检测结果
由表4可以看出，本发明制备的钢绞线-FRP复合筋的各项指标均满足国家标准GB8919-2006《钢丝绳标准》的规定。
对比例1
选取直径为5mm的刻痕钢丝，将未处理的钢丝浸泡在质量分数为15％的过氧化氢水溶液中，温度控制在25℃，浸泡时缓慢搅拌，浸泡时间为45min，观测到溶液中不再有气泡冒出停止浸泡，浸泡后，将钢丝在室温条件下自然干燥至表面没有水分，得到预处理后的钢丝；
将所述预处理后的钢丝置于马弗炉中，由室温以6℃/min的升温速率升至430℃，再以12℃/min的升温速率升至830℃，保温1min；处理后，冷却至室温，得到稳定化钢丝；
将所述稳定化钢丝进行冷拉单丝，得到冷拉后的钢丝；冷拉单丝的拉拔速度为60mm/min，冷拉率为1％；
将三根所述冷拉后的钢丝如图4所示排布在定型盘上，通过约束口连接到绞线机中，使用绞线机将钢丝旋转至螺旋状，得到钢绞线；
将所述钢绞线通过装有固含量为60％的乙烯基树脂溶液的U型套筒，进行浸渍，得到树脂包覆的钢绞线；所述钢绞线通过U型套筒的速度为 1.5mm/min；
将所述树脂包覆的钢绞线通过纤维编织机，纤维束选用直径为3mm和 4mm的玻璃纤维束(GFRP纤维束)，纤维束以45°单向连续缠绕包裹在钢绞线上，纤维束包裹的厚度为4mm；
将FRP纤维束包裹的钢绞线置于模压模具中，然后向模压模具中使用喷嘴补充树脂至模具充盈，再将模压模具依次置于第一烘炉和第二烘炉中进行加热固化，第一个烘炉升温加压10MPa，升温至120℃，预热保持10min；第二个烘炉升温至200℃，保持1min，固化完成；
随即将固化完成后的复合筋立即放在室温环境下自然冷却，得到1×3钢绞线-FRP复合筋。
对本对比例制备的1×3钢绞线-FRP复合筋进行性能检测，检测结果如表5所示。
表5对比例1各性能检测结果
由表5可以看出，未经冷却紧缩的钢绞线-FRP复合筋各项力学性能出现了明显的下降，因此冷却紧缩对保证钢绞线品质有重要作用。
对比例2
选取直径为5mm的刻痕钢丝，将未处理的钢丝浸泡在质量分数为15％的过氧化氢水溶液中，温度控制在25℃，浸泡时缓慢搅拌，浸泡时间为45min，观测到溶液中不再有气泡冒出停止浸泡，浸泡后，将钢丝在室温条件下自然干燥至表面没有水分，得到预处理后的钢丝；
将所述预处理后的钢丝置于马弗炉中，由室温以7℃/min的升温速率升至450℃，再以12℃/min的升温速率升至850℃，保温1min；处理后，冷却至室温，得到稳定化钢丝；
将所述稳定化钢丝进行冷拉单丝，得到冷拉后的钢丝；冷拉单丝的拉拔速度为70mm/min，冷拉率为1％；
将七根所述冷拉后的钢丝如图5所示排布在定型盘上，通过约束口连接到绞线机中，使用绞线机将钢丝旋转至螺旋状，得到钢绞线；
将所述钢绞线通过装有固含量为60％的乙烯基树脂溶液的U型套筒，进行浸渍，得到树脂包覆的钢绞线；所述钢绞线通过U型套筒的速度为 2mm/s；
将所述树脂包覆的钢绞线通过纤维编织机，纤维束选用直径为4mm的玻璃纤维束(GFRP纤维束)，纤维束以45°单向连续缠绕包裹在钢绞线上，纤维束包裹的厚度为4mm；
将FRP纤维束包裹的钢绞线置于模压模具中，然后向模压模具中使用喷嘴补充树脂至模具充盈，再将模压模具依次置于第一烘炉和第二烘炉中进行加热固化，第一个烘炉不加压，升温至80℃，预热保持4min；第二个烘炉升温至100℃，保持1min，固化完成；
随即将固化完成后的复合筋立即放入低温箱中，温度设定在-5℃，以 14℃/min的降温速率降温至-5℃，得到1×7钢绞线-FRP复合筋。
对本对比例制备的1×7钢绞线-FRP复合筋进行性能检测，检测结果如表6所示。
表6对比例2各性能检测结果
由表6可以看出，本对比例制备的钢绞线-FRP复合筋的力学性能远低于实施例，但仍满足规定；升温固化阶段温度和压强均未达到要求，因此复合筋表面的树脂和纤维束出现了固结不均匀的情况，出现局部钢绞线裸露的情况，会极大程度降低复合筋使用时的耐久性。
对比例3
选取直径为5mm的刻痕钢丝，将未处理的钢丝浸泡在质量分数为15％的过氧化氢水溶液中，温度控制在25℃，浸泡时缓慢搅拌，浸泡时间为45min，观测到溶液中不再有气泡冒出停止浸泡，浸泡后，将钢丝在室温条件下自然干燥至表面没有水分，得到预处理后的钢丝；
将所述预处理后的钢丝置于马弗炉中，由室温以12℃/min的升温速率升至830℃，保温1min；处理后，冷却至室温，得到稳定化钢丝；
将所述稳定化钢丝进行冷拉单丝，得到冷拉后的钢丝；冷拉单丝的拉拔速度为60mm/min，冷拉率为1％；
将19根所述冷拉后的钢丝如图6所示排布在定型盘上，通过约束口连接到绞线机中，使用绞线机将钢丝旋转至螺旋状，得到钢绞线；
将所述钢绞线通过装有固含量为60％的乙烯基树脂溶液的U型套筒，进行浸渍，得到树脂包覆的钢绞线；所述钢绞线通过U型套筒的速度为 2mm/s；
将所述树脂包覆的钢绞线通过纤维编织机，纤维束选用直径为4mm的玻璃纤维束(GFRP纤维束)，纤维束以45°单向连续缠绕包裹在钢绞线上，纤维束包裹的厚度为4mm；
将FRP纤维束包裹的钢绞线置于模压模具中，然后向模压模具中使用喷嘴补充树脂至模具充盈，再将模压模具依次置于第一烘炉和第二烘炉中进行加热固化，第一个烘炉升温加压10MPa，升温至120℃，预热保持10min；第二个烘炉升温至200℃，保持1min，固化完成；
随即将固化完成后的复合筋立即放入低温箱中，温度设定在-5℃，以 16℃/min的降温速率降温至-5℃，得到1×19钢绞线-FRP复合筋。
对本对比例制备的1×19钢绞线-FRP复合筋进行性能检测，检测结果如表7所示。
表7对比例3各性能检测结果
由表7可以看出，本对比例未采用分段式升温方式进行稳定化处理，直接快速升温至成型，钢绞线各项力学性能均大幅度下降，原因是升温初期升温过快，钢丝局部升温不均匀，产生了初始裂缝；升温后期钢铁中的Cr23C6未能充分溶解，因此需要按照本发明的分段式升温方式进行稳定化处理。
本发明适用于各种形式的钢丝内核制备的钢绞线-FRP复合筋，能够解决现有钢绞线耐腐蚀性差，FRP材料弹性模量低、脆性大等问题，使得复合筋性能能够符合标准要求，同时根据需求设计不同形状、大小的钢丝内核。因此，本发明有效克服了现有技术的缺陷，具有较高的利用价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种钢绞线-FRP复合筋的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将钢丝进行绞合，得到钢绞线；
将所述钢绞线置于树脂溶液中，进行浸渍，得到树脂包覆的钢绞线；
在所述树脂包覆的钢绞线表面包裹FRP纤维束，依次进行加热固化和冷却紧缩，得到钢绞线-FRP复合筋。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钢绞线的制备方法包括：将钢丝依次进行预处理和稳定化处理，再冷拉单丝，与定型盘连接，通过绞线机绞合。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述预处理在过氧化氢水溶液中进行，所述过氧化氢水溶液的质量分数为10～20％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述稳定化处理采用阶段式升温方法；所述阶段式升温方法包括：先由室温以6～8℃/min的升温速率升至430～470℃，再以12～14℃/min的升温速率升至930～870℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述树脂包覆的钢绞线中树脂的包覆厚度为1.5～2.5mm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述FRP纤维束包括碳纤维束、玄武岩纤维束和玻璃纤维束中的一种或几种。
7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述FRP纤维束以连续单向的形式包裹在所述树脂包覆的钢绞线表面。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热固化包括依次进行的预固化和固化；所述预固化的温度为100～120℃，所述预固化的时间为10～15min；所述固化的温度为150～200℃，所述固化的时间为1～1.5min。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷却紧缩的降温速度为12～18℃/min。
10.一种制备钢绞线-FRP复合筋的系统，其特征在于，包括依次设置的绞线机、U型套管和纤维编织机。
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