CN114250694A - 一种uhpc永久模板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种UHPC永久模板及其制备方法，涉及桥梁施工应用领域，包括UHPC层和防水层，UHPC层一端底部向外延伸构成第一延伸部，另一端顶部向外延伸构成第二延伸部，第二延伸部设有多个卡接孔，防水层的不锈钢网衬一端向上延伸到卡接孔内，UHPC层内部设有多个结构网层，结构网层包括交错设置的横向结构件和纵向结构件，位于顶部的结构网层的横向结构件上垂直连接有多个剪力钉，剪力钉的顶部延伸到UHPC层外部。本发明充分发挥UHPC耐久性好、工作性能好的优势，保证UHPC和现浇混凝土的界面连接和传力可靠，大大提高施工速度，在装配式桥梁施工中具有较大的竞争优势。

Description

一种UHPC永久模板及其制备方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种UHPC(Ultra-High PerformanceConcrete，超高性能混凝土)永久模板及其制备方法。

背景技术

混凝土结构是当今世界上用量最大的人工建筑形式，而模板是浇筑施工过程中混凝土成型所必不可少的一环，且决定着混凝土施工的速度、质量与造价。通常而言，混凝土工程模板约占工程总造价的30～35％、用工量的40～50％、工期的50％左右。

但是，目前所使用的混凝土模板大多为木制或钢制的临时模板，这些模板在施工阶段混凝土达到设计强度后即被拆除，不参与混凝土结构使用阶段的承载过程，而且模板周转2～3次以上就基本无法使用，造成了资源的极大浪费。

与临时模板不同，永久模板除了在施工阶段起到支撑定型作用以外，还在混凝土结构的使用阶段与现浇混凝土形成组合截面，共同承担荷载。因此，永久模板可简化施工工序，提高结构承载力，缩短施工周期，降低工程造价。

目前，常用的永久模板是普通混凝土永久模板，该模板混凝土尺寸和自重较大，内模板构造复杂，耐久性差。在外部和内部荷载作用下，模板表面易开裂，进而引发更多的结构耐久性问题。模板混凝土和后浇混凝土截面容易发生剥离，大大缩短了结构的使用寿命。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的提供一种UHPC永久模板及其制备方法，该永久模板充分发挥UHPC耐久性好、工作性能好的优势，保证UHPC和现浇混凝土的界面连接和传力可靠，大大提高施工速度，在装配式桥梁施工中具有较大的竞争优势。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种UHPC永久模板，包括UHPC层和设置在UHPC层底部的防水层，UHPC层一端底部向外延伸构成第一延伸部，另一端顶部向外延伸构成第二延伸部，第二延伸部设有卡接孔，防水层包括不锈钢网衬，不锈钢网衬靠近第一延伸部的一端向上延伸到UHPC层外部形成卡接部，所述卡接部与所述卡接孔相匹配；

UHPC层内部设有多个结构网层，每个结构网层均包括交错设置的横向结构件和纵向结构件，横向结构件和纵向结构件交错处为连接点；位于顶部的结构网层的横向结构件上垂直连接有多个剪力钉，剪力钉的顶部延伸到UHPC层外部。

在上述技术方案的基础上，第一延伸部的上表面和第二延伸部的下表面均为锯齿状，两个UHPC永久模板拼接时，第一延伸部的上表面和第二延伸部的下表面通过锯齿状结构相互啮合。

在上述技术方案的基础上，两个UHPC永久模板拼接处设有粘合胶层。

在上述技术方案的基础上，防水层还包括绑扎在不锈钢网衬上的碳纤维网、以及浇筑在与UHPC层平行的部分不锈钢网衬上的防水砂浆。

在上述技术方案的基础上，位于顶部的结构网层的横向结构件上还垂直连接有多个预埋开孔钢板，预埋开孔钢板的顶部延伸到UHPC层外部；

两个UHPC永久模板拼接时，两个预埋开孔钢板之间连接紧固螺栓。

在上述技术方案的基础上，所述UHPC永久模板还包括设置在底层结构网层的多个连接点处的紧固件，每个紧固件均包括开口朝下的U型部和连接在U型部两个底端的水平部；

在连接点处，U型部向下扣住底层结构网层的横向结构件和纵向结构件，水平部压紧防水层。

在上述技术方案的基础上，横向结构件为钢筋，纵向结构件为钢筋或钢板条；

位于顶部的结构网层的纵向结构件为钢板条。

在上述技术方案的基础上，同一结构网层的横向结构件布置间距为100mm～200mm；

同一结构网层的纵向结构件布置间距为100mm～200mm。

一种UHPC永久模板的制备方法，包括：

步骤S1、将多个横向结构件和纵向结构件交错设置并绑扎成多个结构网层；

步骤S2、在顶部的结构网层的横向结构件上垂直焊接多个剪力钉；

步骤S3、在底部的结构网层和不锈钢网衬之间固定紧固件后，将所有结构网层和不锈钢网衬放入预制好的模板中；

步骤S4、浇筑防水砂浆，防水砂浆和不锈钢网衬构成防水层；

步骤S5、浇筑细骨料的超高性能混凝土，超高性能混凝土和结构网层构成UHPC层；

步骤S6、进行后期保养得到UHPC永久模板；

UHPC层一端底部向外延伸构成第一延伸部，另一端顶部向外延伸构成第二延伸部，第二延伸部设有多个卡接孔，不锈钢网衬靠近第一延伸部的一端向上延伸到UHPC层外部以连接在卡接孔内。

在上述技术方案的基础上，所述UHPC永久模板的制备方法还包括：

步骤S7、将多个UHPC永久模板拼接在一起，相邻两个UHPC永久模板的第一延伸部和第二延伸部相互接合，且其中一个UHPC永久模板的卡接部插入另一个UHPC永久模板的卡接孔内，两个UHPC永久模板的拼接处设置粘合胶层。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

UHPC永久模板能够节省大量的施工模板，降低施工成本。

UHPC层和混凝土界面连接良好，传力可靠，具有较优的整体性和承载力特性，和普通混凝土模板结构相比，在同等承载能力的条件下，可减小截面尺寸，节约材料，进一步降低造价、减轻结构自重，结构更加轻型化、美观化，且UHPC具有较高的抗拉强度和韧性，以及具有较好的防腐抗渗，大大提高了结构的耐久性，保证了结构的正常使用寿命。

防水层包裹UHPC层底部的同时，在拼接时可提高两个UHPC永久模板的结构稳定性和防腐抗渗性能。

附图说明

图1为本发明实施例中未设置紧固件时部分UHPC层的示意图。

图2为本发明实施例中具有单个结构网层的UHPC永久模板的横断面示意图。

图3为图2中第一延伸部一侧的示意图。

图4为图2中第二延伸部一侧的示意图。

图5为本发明实施例中两个UHPC永久模板拼接处的示意图。

图6为本发明实施例中具有多个结构网层的UHPC永久模板的横断面示意图。

图7为本发明实施例中UHPC永久模板的制备方法的流程图。

图8是本发明实施例中UHPC永久模板的应用示意图。

图中：1-UHPC层；2-第一延伸部；3-第二延伸部；4-结构网层；5-防水层；6-紧固件；7-剪力钉；8-横向结构件；9-纵向结构件；10-卡接部；11-卡接孔；12-粘合胶层；13-预埋开孔钢板；14-紧固螺栓；15-现浇混凝土；16-UHPC主梁。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1至图5所示，本发明实施例提供一种UHPC永久模板及其制备方法，包括UHPC层1和设置在UHPC层1底部的防水层5，防水层5主要设置与两个UHPC永久模板拼接时的拼接缝处即相互接触的第一延伸部2和第二延伸部3处，也可根据需要延伸至整个UHPC层1底部。UHPC层1一端底部向外延伸构成第一延伸部2，另一端顶部向外延伸构成第二延伸部3，第二延伸部3设有卡接孔11，防水层5的不锈钢网衬向上延伸到UHPC层1外部构成卡接部10。在两个UHPC永久模板拼接时，两者的第一延伸部2和第二延伸部3相接，且卡接部10连接到卡接孔11内。利用UHPC材质的永久模板不仅能够大量节省施工成本且性能优良。

UHPC层1内部设有多个结构网层4，每个结构网层4均包括交错设置的横向结构件8和纵向结构件9，横向结构件8和纵向结构件9交错处为连接点。位于顶部的结构网层4的横向结构件8上垂直连接有多个剪力钉7，剪力钉7的顶部延伸到UHPC层1外部。通过设置剪力钉7使UHPC层和混凝土界面的连接更好。

本实施例中，所述UHPC层1为超高性能混凝土板，采用的UHPC抗压强度不低于100MPa，抗折强度不低于20MPa，材料组分不含粗骨料，且应具有较好的耐久性能、工作性能和体积稳定性。所述UHPC层1厚35mm～100mm，内部含有单层或双层结构网层4。横向结构件8为钢筋，纵向结构件9为钢筋或钢板条。位于顶部的结构网层4的纵向结构件9为钢板条。

和现有技术相比节省大量的施工模板，降低施工成本。UHPC层1和混凝土界面连接良好，传力可靠，具有较优的整体性和承载力特性。和普通混凝土结构相比，在同等承载能力的条件下，可减小截面尺寸，节约材料，进一步降低造价、减轻结构自重，结构更加轻型化、美观化。UHPC层1具有较高的抗拉强度和韧性，提高了结构的抗裂性能。充分利用UHPC防腐抗渗等耐久性能好、自密实自流平等工作性能好、抗震性能好的优势，大大提高了结构的耐久性，保证了结构的正常使用寿命。UHPC永久模板之间连接构造简单，便于施工，可减少劳动力，交叉作业方便有序，大大提高施工速度。应用广泛，可用于UHPC-NC组合板、组合梁、组合墩、钢-混结合梁等桥梁和建筑结构中。

参见图1至图5所示，当设置单层结构网层4时，结构网层4由纵向钢筋和横向钢板条组成，纵向钢筋位于横向钢板条之下。

参见图6所示，当设置双层结构网层4时，下层结构网层4由纵横向钢筋组成，上层结构网层4由纵向钢筋和横向钢板条组成，纵向钢筋位于横向钢板条之上。下层结构网层4由纵向钢筋和横向钢板条组成，纵向钢筋位于横向钢板条之下。

纵横向钢筋直径为6～14mm，布置间距为100mm～200mm，纵向钢筋的混凝土保护层厚度为10～20mm。横向钢板条宽度为25～40mm，厚度为6～10mm，布置间距为100～300mm。

剪力钉7需焊接在横向钢板条之上，直径为13～22mm，焊接后高度为60～130mm，埋入UHPC层1深度为10～40mm。

进一步的，继续参照图5，第一延伸部2的上表面和第二延伸部3的下表面均为锯齿状，两个UHPC永久模板拼接时，第一延伸部2的上表面和第二延伸部3的下表面通过锯齿状结构相互啮合。两个UHPC永久模板拼接处设有粘合胶层12。锯齿状结构和粘合胶层12均能使两个UHPC永久模板拼接后更牢固。

进一步的，防水层5还包括绑扎在不锈钢网衬(图中未示出)上的碳纤维网(图中未示出)、以及浇筑在与UHPC层1平行的部分不锈钢网衬上的防水砂浆(图中未示出)。不锈钢网衬上绑扎碳纤维网一方面增加UHPC永久模板的强度，另一方面在其上浇筑放放水砂浆后能够确保UHPC永久模板底部的防水防渗性能。在UHPC永久模板拼接时，不锈钢网衬延伸出UHPC层的一端嵌入卡接孔内，能够提高拼接后的强度和稳定性。

进一步的，所述UHPC永久模板还包括设置在底层结构网层4的多个连接点处的紧固件6，每个紧固件6均包括开口朝下的U型部和连接在U型部两个底端的水平部。

在连接点处，U型部向下扣住底层结构网层4的横向结构件8和纵向结构件9，水平部压紧防水层5。

紧固件6能够使结构网层4和底部防水层5之间连接更加牢固，并进一步增强相互拼接的UHPC永久模板之间的连接性能。

参见图7所示，本发明实施例提供一种UHPC永久模板的制备方法，包括：

步骤S1、将多个横向结构件8和纵向结构件9交错设置并绑扎成多个结构网层4。

步骤S2、在顶部的结构网层4的横向结构件8上垂直焊接多个剪力钉7。

步骤S3、在底部的结构网层4和不锈钢网衬之间固定紧固件6后，将所有结构网层4和不锈钢网衬放入预制好的模板中。

步骤S4、浇筑防水砂浆，防水砂浆和不锈钢网衬构成防水层5。

步骤S5、浇筑细骨料的超高性能混凝土，超高性能混凝土和结构网层4构成UHPC层1。UHPC层1一端底部向外延伸构成第一延伸部2，另一端顶部向外延伸构成第二延伸部3，第二延伸部3设有多个卡接孔11，不锈钢网衬靠近第一延伸部2的一端向上延伸到UHPC层1外部以连接在卡接孔11内。

步骤S6、进行后期保养得到UHPC永久模板。

步骤S7、将多个UHPC永久模板拼接在一起，拼接处设置粘合胶层12。

本实施例中，横向钢板条除焊接剪力钉7之外，在端部还焊接有预埋开孔钢板13，预埋开孔钢板13厚度为14～30mm，宽度和横向钢板条相同，开孔孔径为16～35mm。预埋开孔钢板13仅在单侧布置，和紧固螺栓14配套使用，用于UHPC永久模板节段连接，紧固螺栓14采用标准件，直径为12～30mm。

在进行钢筋骨架绑扎之前，需对横向钢板条、剪力钉7、预埋开孔钢板13进行除锈喷漆。在进行UHPC层1浇筑之后，对UHPC层1进行振捣、保湿养护。UHPC永久模板节段之间采用榫卯连接，连接口采用环氧粘接胶进行粘接和密封，操作时使用紧固螺栓14配合预埋开孔钢板13对连接节段施加紧固力，以保证环氧粘接胶的使用效果。

施工时，对横向钢板条进行表面除锈，按设计图纸和相关标准焊接剪力钉7，按节段划分焊接预埋开孔钢板13。横向钢板条、剪力钉7、预埋开孔钢板13进行整体喷防腐油漆。将纵向钢筋和横向钢板条绑扎成钢筋网骨架。将不锈钢织网上绑在石墨烯层。采用木模或钢模组将上述结构装成模板，放入钢筋网。浇筑防水砂浆和UHPC，并进行振捣、保湿养护。UHPC永久模板养护结束后，在大规模施工前通过榫卯和环氧粘接胶进行初步拼接，准备施工。

和现有技术相比节省大量的施工模板，降低施工成本。UHPC层1和混凝土界面连接良好，传力可靠，具有较优的整体性和承载力特性。和普通混凝土结构相比，在同等承载能力的条件下，可减小截面尺寸，节约材料，进一步降低造价、减轻结构自重，结构更加轻型化、美观化。UHPC层1具有较高的抗拉强度和韧性，提高了结构的抗裂性能。充分利用UHPC防腐抗渗等耐久性能好、自密实自流平等工作性能好、抗震性能好的优势，大大提高了结构的耐久性，保证了结构的正常使用寿命。UHPC永久模板之间连接构造简单，便于施工，可减少劳动力，交叉作业方便有序，大大提高施工速度。应用广泛，可用于UHPC-NC组合板、组合梁、组合墩、钢-混结合梁等桥梁和建筑结构中。

参见图8所示，是UHPC永久模板应用示意图，UHPC永久模板其上浇筑现浇混凝土15，现浇混凝土15两侧设置UHPC主梁16。

本发明不局限于上述实施方式，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种UHPC永久模板，其特征在于，包括UHPC层(1)和设置在UHPC层(1)底部的防水层(5)，UHPC层(1)一端底部向外延伸构成第一延伸部(2)，另一端顶部向外延伸构成第二延伸部(3)，第二延伸部(3)设有卡接孔(11)，防水层(5)包括不锈钢网衬，不锈钢网衬靠近第一延伸部(2)的一端向上延伸到UHPC层(1)外部形成卡接部(10)，所述卡接部与所述卡接孔(11)相匹配；

UHPC层(1)内部设有多个结构网层(4)，每个结构网层(4)均包括交错设置的横向结构件(8)和纵向结构件(9)，横向结构件(8)和纵向结构件(9)交错处为连接点；位于顶部的结构网层(4)的横向结构件(8)上垂直连接有多个剪力钉(7)，剪力钉(7)的顶部延伸到UHPC层(1)外部。

2.如权利要求1所述的UHPC永久模板，其特征在于，第一延伸部(2)的上表面和第二延伸部(3)的下表面均为锯齿状，两个UHPC永久模板拼接时，第一延伸部(2)的上表面和第二延伸部(3)的下表面通过锯齿状结构相互啮合。

3.如权利要求2所述的UHPC永久模板，其特征在于，两个UHPC永久模板拼接处设有粘合胶层(12)。

4.如权利要求1所述的UHPC永久模板，其特征在于，防水层(5)还包括绑扎在不锈钢网衬上的碳纤维网、以及浇筑在与UHPC层(1)平行的部分不锈钢网衬上的防水砂浆。

5.如权利要求1所述的UHPC永久模板，其特征在于，位于顶部的结构网层(4)的横向结构件(8)上还垂直连接有多个预埋开孔钢板(13)，预埋开孔钢板(13)的顶部延伸到UHPC层(1)外部；

两个UHPC永久模板拼接时，两个预埋开孔钢板(13)之间连接紧固螺栓(14)。

6.如权利要求1所述的UHPC永久模板，其特征在于，所述UHPC永久模板还包括设置在底层结构网层(4)的多个连接点处的紧固件(6)，每个紧固件(6)均包括开口朝下的U型部和连接在U型部两个底端的水平部；

在连接点处，U型部向下扣住底层结构网层(4)的横向结构件(8)和纵向结构件(9)，水平部压紧防水层(5)。

7.如权利要求1所述的UHPC永久模板，其特征在于，横向结构件(8)为钢筋，纵向结构件(9)为钢筋或钢板条；

位于顶部的结构网层(4)的纵向结构件(9)为钢板条。

8.如权利要求7所述的UHPC永久模板，其特征在于，同一结构网层(4)的横向结构件(8)布置间距为100mm～200mm；

同一结构网层(4)的纵向结构件(9)布置间距为100mm～200mm。

9.一种UHPC永久模板的制备方法，其特征在于，包括：

步骤S1、将多个横向结构件(8)和纵向结构件(9)交错设置并绑扎成多个结构网层(4)；

步骤S2、在顶部的结构网层(4)的横向结构件(8)上垂直焊接多个剪力钉(7)；

步骤S3、在底部的结构网层(4)和不锈钢网衬之间固定紧固件(6)后，将所有结构网层(4)和不锈钢网衬放入预制好的模板中；

步骤S4、浇筑防水砂浆，防水砂浆和不锈钢网衬构成防水层(5)；

步骤S5、浇筑细骨料的超高性能混凝土，超高性能混凝土和结构网层(4)构成UHPC层(1)；

步骤S6、进行后期保养得到UHPC永久模板；

UHPC层(1)一端底部向外延伸构成第一延伸部(2)，另一端顶部向外延伸构成第二延伸部(3)，第二延伸部(3)设有多个卡接孔(11)，不锈钢网衬靠近第一延伸部(2)的一端向上延伸到UHPC层(1)外部以连接在卡接孔(11)内。

10.如权利要求9所述的UHPC永久模板的制备方法，其特征在于，所述UHPC永久模板的制备方法还包括：

步骤S7、将多个UHPC永久模板拼接在一起，相邻两个UHPC永久模板的第一延伸部(2)和第二延伸部(3)相互接合，且其中一个UHPC永久模板的卡接部(10)插入另一个UHPC永久模板的卡接孔(11)内，两个UHPC永久模板的拼接处设置粘合胶层(12)。

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