CN113356570A - 一种frp-uhpc永久模板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种FRP‑UHPC永久模板，包括第一UHPC预制板，与第一UHPC预制板嵌合的第二UHPC预制板，一端穿过嵌合面分别固定插入到第一UHPC预制板和第二UHPC预制板内部的若干第一FRP筋和若干第二FRP筋，第一UHPC预制板的嵌合面上设有用于嵌合第二FRP筋的第一灌浆套筒，第二UHPC预制板的嵌合面上设有用于嵌合第一FRP筋的第二灌浆套筒，以及第一UHPC预制板和第二UHPC预制板的外侧壁上与灌浆套筒对应的位置设有连通灌浆套筒内部的第一灌浆孔和第二灌浆孔。本发明还提供了一种FRP‑UHPC永久模板的制备方法。本发明克服了制备模板时需要另支模板进行二次浇筑的问题。本发明不仅能够保证FRP‑UHPC永久模板的连接强度，且安装方便，适用性广泛，同时无需另支模板二次浇注，制备简单，制造成本低。

Description

一种FRP-UHPC永久模板及其制备方法

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，更具体地，涉及一种FRP-UHPC永久模板及其制备方法。

背景技术

近年来，超高性能混凝土(英文Ultra-high performance concrete，简称“UHPC”)因其超高强、高耐久和高韧性等优点在土木工程领域的研究和应用越来越多。另一方面，纤维增强复合材料(英文Fiber-reinforced polymer,简称FRP)筋材因其优异材料性能(例如轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳，低蠕变等)替代钢筋作为混凝土结构内部加强筋的使用也有所增加。UHPC与FRP筋的结合更是有利于共同发挥两者的优势，比如FRP-UHPC筋预制板既可作为结构工程中的受力板单独使用，也可作为混凝土结构永久模板与其他构件共同工作，并且可应用于实际海洋结构、其他腐蚀性环境等特殊场合。

例如公开号为CN104878875B的中国专利文献，公开了一种FRP筋超高性能混凝土盖板及其制备方法，利用FRP筋的高抗拉强度及强耐腐蚀能力，取代传统超高性能混凝土盖板内部的钢筋网片，将分布筋和受力筋绑扎成网片，分布筋和受力筋在节点处紧密连接，将绑扎好的FRP筋网片放入模具模腔内，将拌合好的超高性能混凝土倾倒注入模具模腔中，振动成型后抹平盖板外表面，FRP筋网片能刚好被控制在盖板内部并自动留出符合要求的上下保护层厚度。不仅能够省去将网片吊起留出上下保护层厚度的步骤，同时也能够解决FRP筋因质轻而上浮的问题，保证了盖板的承载能力和抗裂性不受影响。

但上述方案存在着一些问题，现有技术中无论是普通的预制板还是FRP-UHPC筋预制板，工程中通常采用二次浇筑连接，上述方案的连接方式即需另支模板浇筑混凝土，即浪费工时又十分浪费原料，制造成本很高，非常不利于建筑工业化的推广，故目前FRP-UHPC筋预制板在实际工程中使用较少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中制备模板时需要另支模板进行二次浇筑的问题，提供一种FRP-UHPC永久模板及其制备方法。本发明不仅能够保证FRP-UHPC永久模板的连接强度，且安装方便，适用性广泛，同时无需另支模板二次浇注，制备简单，制造成本低，能够进一步推动FRP-UHPC永久模板标准化施工和离岸施工作业，实现减少施工人力、节约成本等目标。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种FRP-UHPC永久模板，包括第一UHPC预制板，一端与第一UHPC预制板的一端相互嵌合的第二UHPC预制板，一端穿过第一UHPC预制板的嵌合面固定插入到第一UHPC预制板内部的若干第一FRP筋，以及一端穿过第二UHPC预制板的嵌合面固定插入到第二UHPC预制板内部的若干第二FRP筋，第一FRP筋与第二FRP筋错开设置，第一UHPC预制板的嵌合面上设有延伸至第一UHPC预制板内部且用于嵌合第二FRP筋另一端的第一灌浆套筒，第二UHPC预制板的嵌合面上设有延伸至第二UHPC预制板内部且用于嵌合第一FRP筋另一端的第二灌浆套筒，第一UHPC预制板的外侧壁上与第一灌浆套筒对应的位置设有连通第一灌浆套筒内部的第一灌浆孔，第二UHPC预制板外侧壁上与第二灌浆套筒对应的位置设有连通第二灌浆套筒内部的第二灌浆孔，第一灌浆套筒和第二灌浆套筒分别与第二FRP筋和第一FRP筋通过粘结剂固定。

这样，第一FRP筋与第二灌浆套筒相互嵌合，第二FRP筋与第一灌浆套筒相互嵌合，拼接之后，通过往第一灌浆孔和第二灌浆孔内灌注粘结剂，使第一UHPC预制板和第二UHPC预制板结合固定成UHPC和FRP筋组合的模板构件，模板拼接完成后即可用于各类工程不同的工况，无需另支模板浇筑混凝土，FRP-UHPC永久模板的具体尺寸以及FRP筋的配置可根据不同的工程用途进行设计，能够实现标准化施工和离岸的施工作业。

进一步的，第一UHPC预制板和第二UHPC预制板在其嵌合后的连接处外表面上通过粘结剂还粘结有加固片材。

需要说明的是，UHPC为一种水泥基材料，由高标号水泥、石英砂、硅灰、建筑用砂、纤维等经一定方法混合搅拌形成，不含粗骨料，抗压强度为150MPa以上；加固片材一般可通过湿粘法粘贴在第一UHPC预制板和第二UHPC预制板拼接完成后的连接区域的上下表面，能够进一步加强连接强度，提高模板的强度。

进一步的，粘结剂为环氧树脂和水泥浆体中的一种或两种。这样，采用环氧树脂具有较好的粘接强度和耐化学性能，能够有助于提高永久模板的耐候性能；采用水泥浆体其本身凝固后具有一定的强度，同时也具有粘性，且生产成本低，能够大规模应用；采用任意一种粘结剂均不影响本发明目的的实现。

进一步的，加固片材为FRP片材，FRP片材由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤带或塑料纤维中的任意一种或多种原料制成。这样，碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤带或塑料纤维等材料具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳，低蠕变等优异性能，能够保证永久模板的环境耐候性能，能够适用于海洋工程或其他腐蚀性环境等更多的特殊工程场合。

进一步的，第一UHPC预制板在嵌合面上开设有规则排布的凹槽，第二UHPC预制板在嵌合面上开设有与凹槽相配合的规则排布的凸块。

需要说明的是，凹槽和凸块的设计尺寸一般取决于灌浆套筒的大小，这样，凹槽和凸块形成能够相互卡接的阴阳槽结构，在FRP筋和灌浆套筒的匹配嵌合下，阴阳槽结构能够进一步增强嵌合面的连接强度，从而增大整体永久模板的强度和抗折性能。

进一步的，第一灌浆套筒和第二灌浆套筒由不锈钢材料制成。

进一步的，第一灌浆套筒和第二灌浆套筒的内侧壁开设有螺纹。这样，灌浆套筒内侧表面经过螺纹处理，能够增加粘结剂与FRP筋的接触面积，增大粘结性，提高粘结的结实程度。

进一步的，第一FRP筋和第二FRP筋的直径均为3mm-5mm，第一FRP筋和第二FRP筋嵌入第一UHPC预制板和第二UHPC预制板的长度为第一FRP筋和第二FRP筋的直径的18-22倍。这样，一方面FRP筋的直径大小能够保证FRP筋本身的强度，在进行嵌合固定后，保证整体的拼接强度，另一方面FRP筋的长度足够长，能够保证嵌入UHPC预制板的一端有足够的稳固力来支撑嵌合后永久模板整体的抗拉、抗折能力。

进一步的，第一FRP筋和第二FRP筋由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤带或塑料纤维中的任意一种或多种原料制成。需要说明的是，碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤带或塑料纤维等材料具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳，低蠕变等优异性能，一般来说，FRP筋在浸渍树脂后，通过拉挤工艺而固化成型，可其分带肋和不带肋，采用任意一种FRP筋均不影响本发明目的的实现。

一种FRP-UHPC永久模板的制备方法，具体包括如下步骤：

S1：模板拼接：将第一UHPC预制板上的第一FRP筋和第二UHPC预制板上的第二FRP筋分别同时嵌入第二UHPC预制板上的第二灌浆套筒和第一UHPC预制板上的第一灌浆套筒，同时使第一UHPC预制板的凹槽与第二UHPC预制板的凸块对应嵌合，完成第一UHPC预制板和第二UHPC预制板的拼接；

S2：模板固定：将粘结剂灌入第一灌浆孔和第二灌浆孔，使得粘结剂充满第一灌浆套筒和第二FRP筋之间的缝隙以及第二灌浆套筒和第一FRP筋之间的缝隙，待粘结剂干燥后，完成第一UHPC预制板和第二UHPC预制板的固定；

S3：模板加固：将加固片材涂覆粘结剂后，将加固片材粘贴于第一UHPC预制板和第二UHPC预制板嵌合后的连接处的外表面上，待粘结剂干燥后，完成第一UHPC预制板和第二UHPC预制板的加固。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过能够相互嵌合的FRP筋与灌浆套筒，通过灌浆孔灌入粘结剂，实现第一UHPC预制板和第二UHPC预制板结合固定成UHPC和FRP筋组合的模板构件，模板的整体连接强度大，具有很好的耐候性能、抗拉性能和抗折性能，能够适用于海洋工程或其他腐蚀性环境等更多的特殊工程场合，适用性更广，具有很好的应用前景。

(2)本发明FRP-UHPC永久模板制备过程无需另支模板浇筑混凝土，无需二次浇筑连接，拼接加固完成后即可直接应用于各种工程的工况，安装方便，很大程度减少了施工人力，节约了制备成本，能够很好满足实现标准化施工和离岸施工作业的需求。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中第一UHPC预制板的结构示意图。

图3为本发明中第二UHPC预制板的结构示意图。

图4为本发明中加固片材的结构示意图。

图示标记说明如下：

1-第一UHPC预制板，11-第一FRP筋，12-第一灌浆套筒，13-凹槽，2-第二UHPC预制板，21-第二FRP筋，22-第二灌浆套筒，23-凸块，3-第一灌浆孔，4-第二灌浆孔，5-加固片材。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1至图4所示，包括第一UHPC预制板1，一端与第一UHPC预制板1的一端相互嵌合的第二UHPC预制板2，一端穿过第一UHPC预制板1的嵌合面固定插入到第一UHPC预制板1内部的若干第一FRP筋11，以及一端穿过第二UHPC预制板2的嵌合面固定插入到第二UHPC预制板2内部的若干第二FRP筋21，第一FRP筋11与第二FRP筋21错开设置，第一UHPC预制板1的嵌合面上设有延伸至第一UHPC预制板1内部且用于嵌合第二FRP筋21另一端的第一灌浆套筒12，第二UHPC预制板2的嵌合面上设有延伸至第二UHPC预制板2内部且用于嵌合第一FRP筋11另一端的第二灌浆套筒22，第一UHPC预制板1的外侧壁上与第一灌浆套筒12对应的位置设有连通第一灌浆套筒12内部的第一灌浆孔3，第二UHPC预制板2外侧壁上与第二灌浆套筒22对应的位置设有连通第二灌浆套筒22内部的第二灌浆孔4，第一灌浆套筒12和第二灌浆套筒22分别与第二FRP筋21和第一FRP筋11通过粘结剂固定。

这样，第一FRP筋11与第二灌浆套筒22相互嵌合，第二FRP筋21与第一灌浆套筒12相互嵌合，拼接之后，通过往第一灌浆孔3和第二灌浆孔4内灌注粘结剂，使第一UHPC预制板1和第二UHPC预制板2结合固定成UHPC和FRP筋组合的模板构件，模板拼接完成后即可用于各类工程不同的工况，无需另支模板浇筑混凝土，FRP-UHPC永久模板的具体尺寸以及FRP筋的配置可根据不同的工程用途进行设计，能够实现标准化施工和离岸的施工作业。

如图1和图4所示，第一UHPC预制板1和第二UHPC预制板2嵌合后在其嵌合后连接处的外表面上通过粘结剂还粘结有加固片材5。

本实施例中，粘结剂为环氧树脂。这样，采用环氧树脂具有较好的粘接强度和耐化学性能，能够有助于提高永久模板的耐候性能。

本实施例中，加固片材5为FRP片材，FRP片材由碳纤维原料制成。这样，碳纤维具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳，低蠕变等优异性能，能够保证永久模板的环境耐候性能，能够适用于海洋工程或其他腐蚀性环境等更多的特殊工程场合。

如图2和图3所示，第一UHPC预制板1在嵌合面上开设有规则排布的凹槽13，第二UHPC预制板2在嵌合面上开设有与凹槽13相配合的规则排布的凸块23。这样，凹槽13和凸块23形成能够相互卡接的阴阳槽结构，在FRP筋和灌浆套筒的匹配嵌合下，阴阳槽结构能够进一步增强嵌合面的连接强度，从而增大整体永久模板的强度和抗折性能。

本实施例中，第一灌浆套筒12和第二灌浆套筒22由不锈钢材料制成。

本实施例中，第一灌浆套筒12和第二灌浆套筒22的内侧壁开设有螺纹。这样，灌浆套筒内侧表面经过螺纹处理，能够增加粘结剂与FRP筋的粘结性，提高粘结的结实程度。

本实施例中，第一FRP筋11和第二FRP筋21的直径均为4mm，第一FRP筋11和第二FRP筋21嵌入第一UHPC预制板1和第二UHPC预制板2的长度为第一FRP筋11和第二FRP筋21的直径的20倍。这样，一方面FRP筋21的直径大小能够保证FRP筋21本身的强度，在进行嵌合固定后，保证整体的拼接强度，另一方面FRP筋21的长度足够长，能够保证嵌入UHPC预制板的一端有足够的稳固力来支撑嵌合后永久模板整体的抗拉、抗折能力。

本实施例中，第一FRP筋11和第二FRP筋21由碳纤维原料制成。

实施例2

本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，本实施例中第一FRP筋11和第二FRP筋21的直径均为3mm，第一FRP筋11和第二FRP筋21嵌入第一UHPC预制板1和第二UHPC预制板2的长度为第一FRP筋11和第二FRP筋21的直径的18倍，本实施例其他部分的结构及工作原理与实施例1相同。

实施例3

本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，本实施例中第一FRP筋11和第二FRP筋21的直径均为5mm，第一FRP筋11和第二FRP筋21嵌入第一UHPC预制板1和第二UHPC预制板2的长度为第一FRP筋11和第二FRP筋21的直径的22倍，本实施例其他部分的结构及工作原理与实施例1相同。

实施例4

如实施例1至实施例3任一所述的一种FRP-UHPC永久模板的制备方法，具体包括如下步骤：

S1：模板拼接：将第一UHPC预制板上1的第一FRP筋11和第二UHPC预制板2上的第二FRP筋21分别同时嵌入第二UHPC预制板2上的第二灌浆套筒22和第一UHPC预制板1上的第一灌浆套筒12，同时使第一UHPC预制板1的凹槽13与第二UHPC预制板2的凸块23对应嵌合，完成第一UHPC预制板1和第二UHPC预制板2的拼接；

S2：模板固定：将粘结剂灌入第一灌浆孔3和第二灌浆孔4，使得粘结剂充满第一灌浆套筒12和第二FRP筋21之间的缝隙以及第二灌浆套筒22和第一FRP筋11之间的缝隙，待粘结剂干燥后，完成第一UHPC预制板1和第二UHPC预制板2的固定；

S3：模板加固：将加固片材5即FRP片材涂覆上粘结剂后，将FRP片材粘贴于第一UHPC预制板1和第二UHPC预制板2嵌合后的连接处的外表面上，待粘结剂干燥后，完成第一UHPC预制板1和第二UHPC预制板2的加固。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种FRP-UHPC永久模板，其特征在于，包括第一UHPC预制板(1)，一端与所述第一UHPC预制板(1)的一端相互嵌合的第二UHPC预制板(2)，一端穿过第一UHPC预制板(1)的嵌合面固定插入到第一UHPC预制板(1)内部的若干第一FRP筋(11)，以及一端穿过第二UHPC预制板(2)的嵌合面固定插入到第二UHPC预制板(2)内部的若干第二FRP筋(21)，第一FRP筋(11)与第二FRP筋(21)错开设置，所述第一UHPC预制板(1)的嵌合面上设有延伸至第一UHPC预制板(1)内部且用于嵌合所述第二FRP筋(21)另一端的第一灌浆套筒(12)，所述第二UHPC预制板(2)的嵌合面上设有延伸至第二UHPC预制板(2)内部且用于嵌合所述第一FRP筋(11)另一端的第二灌浆套筒(22)，所述第一UHPC预制板(1)的外侧壁上与所述第一灌浆套筒(12)对应的位置设有连通第一灌浆套筒(12)内部的第一灌浆孔(3)，所述第二UHPC预制板(2)外侧壁上与所述第二灌浆套筒(22)对应的位置设有连通第二灌浆套筒(22)内部的第二灌浆孔(4)，所述第一灌浆套筒(12)和第二灌浆套筒(22)分别与所述第二FRP筋(21)和第一FRP筋(11)通过粘结剂固定。

2.根据权利要求1所述的FRP-UHPC永久模板，其特征在于，所述第一UHPC预制板(1)和第二UHPC预制板(2)在其嵌合后的连接处外表面上通过粘结剂还粘结有加固片材(5)。

3.根据权利要求2所述的FRP-UHPC永久模板，其特征在于，所述粘结剂为环氧树脂和水泥浆体中的一种或两种。

4.根据权利要求2所述的FRP-UHPC永久模板，其特征在于，所述加固片材(5)为FRP片材，所述FRP片材由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤带或塑料纤维中的任意一种或多种原料制成。

5.根据权利要求1所述的FRP-UHPC永久模板，其特征在于，所述第一UHPC预制板(1)在嵌合面上开设有规则排布的凹槽(13)，所述第二UHPC预制板(2)在嵌合面上开设有与所述凹槽(13)相配合的规则排布的凸块(23)。

6.根据权利要求1所述的FRP-UHPC永久模板，其特征在于，所述第一灌浆套筒(12)和第二灌浆套筒(22)由不锈钢材料制成。

7.根据权利要求6所述的FRP-UHPC永久模板，其特征在于，所述第一灌浆套筒(12)和第二灌浆套筒(22)的内侧壁开设有螺纹。

8.根据权利要求1所述的FRP-UHPC永久模板，其特征在于，所述第一FRP筋(11)和第二FRP筋(21)的直径均为3mm-5mm，所述第一FRP筋(11)和第二FRP筋(21)嵌入所述第一UHPC预制板(1)和第二UHPC预制板(2)的长度为所述第一FRP筋(11)和第二FRP筋(21)的直径的18-22倍。

9.根据权利要求1所述的FRP-UHPC永久模板，其特征在于，所述第一FRP筋(11)和第二FRP筋(21)由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤带或塑料纤维中的任意一种或多种原料制成。

10.如权利要求1至权利要求9任一所述的一种FRP-UHPC永久模板的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

S1：模板拼接：将第一UHPC预制板上(1)的第一FRP筋(11)和第二UHPC预制板(2)上的第二FRP筋(21)分别同时嵌入第二UHPC预制板(2)上的第二灌浆套筒(22)和第一UHPC预制板(1)上的第一灌浆套筒(12)，同时使第一UHPC预制板(1)的凹槽(13)与第二UHPC预制板(2)的凸块(23)对应嵌合，完成第一UHPC预制板(1)和第二UHPC预制板(2)的拼接；

S2：模板固定：将粘结剂灌入第一灌浆孔(3)和第二灌浆孔(4)，使得粘结剂充满第一灌浆套筒(12)和第二FRP筋(21)之间的缝隙以及第二灌浆套筒(22)和第一FRP筋(11)之间的缝隙，待粘结剂干燥后，完成第一UHPC预制板(1)和第二UHPC预制板(2)的固定；

S3：模板加固：将加固片材(5)涂覆粘结剂后，将加固片材(5)粘贴于第一UHPC预制板(1)和第二UHPC预制板(2)嵌合后的连接处的外表面上，待粘结剂干燥后，完成第一UHPC预制板(1)和第二UHPC预制板(2)的加固。

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