CN114396137B - 一种高强高韧混凝土与普通混凝土界面的构造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强高韧混凝土与普通混凝土界面的构造方法。所述构造方法包括步骤：提供高强高韧混凝土；提供剪力结构，所述剪力结构由多个剪力板和多个凸起状的三角形剪力键交替连接一体而成，所述剪力板和所述三角形剪力键的底边连接；在所述高强高韧混凝土上设置所述剪力结构；在所述剪力结构上浇注普通混凝土。本发明在高强高韧混凝土板上设置特殊结构的剪力结构，通过剪力结构与普通混凝土进行剪力连接。这种构造方法解决了高强高韧混凝土与普通混凝土之间的剪力连接，能有效的实现组合效果，避免了粘接，施工方便快捷，受力性能优越可靠，耐久性好。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种高强高韧混凝土与普通混凝土界面的构造方法。
背景技术
目前，我国正处于现代化建设高速发展时期，工业与民用建筑领域每年竣工面积约在20亿平方米左右，其中模板工程消耗木材约1200万立方米，钢材1600万吨。此外，水工结构、港海结构、桥涵隧洞等基础设施工程也需耗费大量木、钢模板。使用永久性模板代替传统模板，在节约资源、保护环境的同时节省传统的支、拆模板时间，提高劳动效率，降低工程成本。然而，在永久性模板应用的过程中，仍存在以下问题：(1)传统永久性模板由于模板结构施工需要，厚度普遍较厚，与传统模板相比，优越性不明显，难以推广使用；(2)永久性模板与新浇混凝土结合没有很好解决，采用预埋件等形式提高新老混凝土粘结，造价相对较高。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种高强高韧混凝土与普通混凝土界面的构造方法，旨在解决现有永久性模板与新浇混凝土结合没有很好解决，采用预埋件等形式提高新老混凝土粘结，造价相对较高的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种高强高韧混凝土与普通混凝土界面的构造方法，其中，包括步骤：
提供高强高韧混凝土，所述高强高韧混凝土主要由水泥、短切纤维、天然骨料和人工骨料组成；
提供剪力结构，所述剪力结构由多个剪力板和多个凸起状的三角形剪力键交替连接一体而成，所述剪力板和所述三角形剪力键的底边连接；
在所述高强高韧混凝土上设置所述剪力结构；
在所述剪力结构上浇注普通混凝土。
可选地，所述高强高韧混凝土为板状形式的高强高韧混凝土板，在所述高强高韧混凝土板上设置所述剪力结构，在所述剪力结构上浇注普通混凝土层。
可选地，所述高强高韧混凝土为板状形式的高强高韧混凝土板，两块高强高韧混凝土板平行设置，所述两块高强高韧混凝土板的内表面均设置有所述剪力结构，在设置有所述剪力结构的两块高强高韧混凝土板之间浇注普通混凝土层。
可选地，所述高强高韧混凝土为具有凹槽结构的高强高韧混凝土板，在所述凹槽的表面设置所述剪力结构，在所述剪力结构上浇注普通混凝土层。
可选地，所述高强高韧混凝土为板状形式的高强高韧混凝土板，所述三角形剪力键沿纵断面的高宽比小于等于1，且所述三角形剪力键的高度小于所述高强高韧混凝土板厚的1/2。
可选地，相邻两个三角形剪力键的间距大于等于2.5倍的三角形剪力键宽度，且小于等于500mm。
可选地，所述人工骨料以粉煤灰为主要胶凝材料，添加或不添加次要胶凝材料，并由碱激发剂进行激发，然后经破碎装置破碎而成；其中所述次要胶凝材料为粒化高炉矿渣、赤泥和城市生活垃圾焚烧灰中的一种或几种。
可选地，所述短切纤维包括短切聚乙烯纤维、短切聚乙烯醇纤维、短切聚丙烯纤维和短切玄武岩纤维中的一种或几种；
所述短切纤维的长度为6-18mm；所述短切纤维占所述高强高韧混凝土体积的1.0％-2.0％。
可选地，以天然骨料和人工骨料为基准，所述人工骨料的质量占比为25％以上；
所述人工骨料的显微硬度小于等于水泥与人工骨料界面处的显微硬度，且所述人工骨料的显微硬度小于水泥的显微硬度；
所述人工骨料为破碎式细骨料，所述人工骨料的直径小于等于4.75mm。
可选地，所述高强高韧混凝土的抗压强度大于等于120MPa，所述高强高韧混凝土的极限拉伸应变大于等于0.3％。
有益效果：本发明适用于任何形式的梁、柱、墙，待混凝土浇筑达到强度要求后，所述高强高韧混凝土与普通混凝土形成一体，形成具有优异承载性能的复合构件。其中，高强高韧混凝土中的人工骨料可作为有益的初始“缺陷”，提升高强高韧混凝土的多缝开裂能力，使其具有出色的变形能力(一般为普通混凝土的300-1000倍)，同时大大降低了高强高韧混凝土和普通混凝土界面的应力集中。在高强高韧混凝土上设置具有三角形剪力键的剪力结构，通过该剪力结构与普通混凝土进行剪力连接。这种构造方法，可以提升高强高韧混凝土与普通混凝土的剪切强度，能有效的实现组合效果，避免了粘接，施工方便快捷，受力性能优越可靠，耐久性好。采用所述构造方法的复合构件的破坏模式由脆性剪切破坏转为延性弯曲破坏。本发明通过高强高韧混凝土自身材料的优势，以及通过具有特殊结构的剪力结构将高强高韧混凝土与普通混凝土剪力连接，有效提升了复合构件的耐久性和安全性。采用高强高韧混凝土代替传统施工工艺的木、钢、铝模板，降低了模板成本、降低了施工难度，并大大缩短了施工工期。
附图说明
图1是表面设置有剪力结构的高强高韧混凝土板的示意图；
图2是高强高韧混凝土与普通混凝土双面剪切的示意图；
图3是具有凹槽结构且凹槽表面设置剪力结构的高强高韧混凝土板的示意图；
图4是采用具有凹槽结构且凹槽表面设置剪力结构的高强高韧混凝土板与普通混凝土复合的示意图；
图5是采用本发明所述构造方法的高强高韧混凝土永久性模板-普通混凝土复合梁荷载位移图；
其中，1为高强高韧混凝土板；2为高强高韧混凝土剪力结构，21为剪力板，22为三角形剪力键；3为普通混凝土层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本本发明。
目前，在永久性模板应用的过程中，仍存在以下问题：(1)永久性模板由于模板结构施工需要，厚度普遍较厚，与传统模板相比，优越性不明显，难以推广使用；(2)永久性模板与新浇混凝土结合没有很好解决，采用预埋件等形式提高新老混凝土粘结，造价相对较高。
为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种高强高韧混凝土与普通混凝土界面的构造方法，其中，包括步骤：
提供高强高韧混凝土，所述高强高韧混凝土主要由水泥、短切纤维、天然骨料和人工骨料组成；
提供剪力结构2，所述剪力结构2由多个剪力板21和多个凸起状的三角形剪力键22交替连接一体而成，所述剪力板21和所述三角形剪力键22的底边连接，如图1所示；
在所述高强高韧混凝土上设置所述剪力结构；
在所述剪力结构上浇注普通混凝土。
本实施例适用于任何形式的梁、柱、墙，待普通混凝土浇筑达到强度要求后，所述高强高韧混凝土与普通混凝土形成一体，形成具有优异承载性能的复合构件。其中，高强高韧混凝土中的人工骨料可作为有益的初始“缺陷”，提升高强高韧混凝土的多缝开裂能力，使其具有出色的变形能力(一般为普通混凝土的300-1000倍)，同时大大降低了高强高韧混凝土和普通混凝土界面的应力集中。本实施例在高强高韧混凝土上设置具有三角形剪力键的剪力结构，通过该剪力结构与普通混凝土进行剪力连接。这种构造方法，可以提升高强高韧混凝土与普通混凝土的剪切强度，能有效的实现组合效果，避免了粘接，施工方便快捷，受力性能优越可靠，耐久性好。采用所述构造方法的复合构件的破坏模式由脆性剪切破坏转为延性弯曲破坏。采用高强高韧混凝土代替传统施工工艺的木、钢、铝模板，降低了模板成本、降低了施工难度，并大大缩短了施工工期。
本实施例这种连接构造方式，实现了高强高韧混凝土与普通混凝土的有效剪力连接，操作快捷简便。在高强高韧混凝土板的设计加工中即应构造剪力结构，专门用来与普通混凝土的连接和组合，避免了粘接。
需说明的是，本实施例中的普通混凝土可以由水泥、细河砂、10mm-20mm瓜米石、粉煤灰等矿物掺和料与水拌合，然后经养护得到。例如，本实施例中的普通混凝土由42.5R水泥、细河砂、10mm-20mm瓜米石、粉煤灰与水拌合，经28天常温养护得到。该方法得到的普通混凝土，其立方体标准抗压强度为47MPa。
进一步地，所述高强高韧混凝土为板状形式的高强高韧混凝土板，所述三角形剪力键沿纵断面的高宽比小于等于1，且所述三角形剪力键的高度小于所述高强高韧混凝土板厚的1/2。采用该设置的三角形剪力键，可以进一步提升高强高韧混凝土与普通混凝土的剪切强度。
进一步地，相邻两个三角形剪力键的间距大于等于2.5倍的三角形剪力键宽度，且小于等于500mm。采用该设置的三角形剪力键，可以进一步提升高强高韧混凝土与普通混凝土的剪切强度。
进一步地，所述剪力结构由高强高韧混凝土制备得到。
进一步地，所述高强高韧混凝土为板状形式的高强高韧混凝土板。也就是说，由所述高强高韧混凝土制成板状形式的高强高韧混凝土板。如图1所示，在所述高强高韧混凝土板1上设置所述剪力结构2，在所述剪力结构2上浇注普通混凝土层(图1中未示出)。本实施例中的高强高韧混凝土板用作普通混凝土的永久性模板，在高强高韧混凝土板上设置特殊结构的剪力结构，通过剪力结构与普通混凝土进行剪力连接。这种构造方法解决了高强高韧混凝土与普通混凝土之间的剪力连接，能有效的实现组合效果，避免了粘接，施工方便快捷，受力性能优越可靠，耐久性好。
进一步地，如图2所示，所述高强高韧混凝土为板状形式的高强高韧混凝土板1，两块高强高韧混凝土板1平行设置，所述两块高强高韧混凝土板的内表面均设置有所述剪力结构2，在设置有所述剪力结构2的两块高强高韧混凝土板1之间浇注普通混凝土层3。采用高强高韧混凝土与普通混凝土双面剪切构造方法，可以进一步提升剪切强度。
进一步地，如图3-4所示，所述高强高韧混凝土为具有凹槽结构的高强高韧混凝土板1，在所述凹槽的表面设置所述剪力结构2，在所述剪力结构2上浇注普通混凝土层3。如此设置，可以进一步提升剪切强度。
本实施例中，所述高强高韧混凝土主要由水泥、短切纤维、天然骨料和人工骨料组成；
所述人工骨料以粉煤灰为主要胶凝材料，添加或不添加次要胶凝材料，并由碱激发剂进行激发而成；其中所述次要胶凝材料为粒化高炉矿渣、赤泥和城市生活垃圾焚烧灰中的一种或几种。
本实施例中的高强高韧混凝土是一种基于微观力学设计的先进复合材料，其是以水泥、天然骨料(粗骨料)、人工骨料(细骨料)等材料作为基材，加入短切纤维作为增强材料，通过纤维与基材粘结而成一种具有高强度的混凝土，同时加入的人工骨料可作为有益的初始“缺陷”，提升高强高韧混凝土的多缝开裂能力，使其具有出色的变形能力，同时大大降低了高强高韧混凝土和普通混凝土界面的应力集中。其中，所述高强高韧混凝土的抗压强度大于等于120MPa，极限拉伸应变大于等于0.3％。
本实施例中的高强高韧混凝土以水泥、天然骨料和人工骨料为基材，高性能短切纤维为高韧性、高抗裂材料，本实施例中的高强高韧混凝土极限拉伸应变为普通高性能混凝土的300～1000倍，为钢筋屈服应变的15～20倍，高性能纤维为增韧材料达到极限拉伸应变时，裂缝宽度仅为50～80μm，甚至小于50μm，且具有应变硬化和多裂缝开展特性，同时保证其良好的抗渗性、抗裂性以及抗疲劳特性。
进一步地，所述短切纤维包括短切聚乙烯(PE)纤维、短切聚乙烯醇(PVA)纤维、短切聚丙烯(PP)纤维和短切玄武岩纤维等中的一种或几种。
进一步地，所述短切纤维的长度为6-18mm。
进一步地，所述短切纤维占所述高强高韧混凝土体积的1.0％-2.0％。
本实施例中的人工骨料以粉煤灰为主要胶凝材料，可添加或不添加粒化高炉矿渣、赤泥或城市生活垃圾焚烧灰为次要胶凝材料，并由碱激发剂(工业级偏硅酸钠或偏硅酸钠与水玻璃混合物)进行激发，然后采用破碎装置经破碎而成。所述人工骨料的显微硬度小于等于水泥/人工骨料界面处的显微硬度，且所述的人工骨料的显微硬度小于水泥的显微硬度。所述人工骨料作为调控所述高强高韧混凝土和剪力结构延性的改性材料，通过所述人工骨料的用量来调控延性。
进一步地，人工骨料为破碎式细骨料，其直径小于等于4.75mm，并作为增强混凝土韧性的改性材料。
进一步地，以天然骨料和人工骨料为基准，所述人工骨料的质量占比为25％以上。
考虑到高强高韧混凝土虽然力学性能很好，但造价要比普通混凝土高。为解决上述问题，本实施例中的高强高韧混凝土及人工骨料均采用淡水或海水制备而成。当使用海水制备所述高强高韧混凝土时，采用海砂作为天然骨料，从而降低高强高韧混凝土的原材料成本。
下面通过具体的实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1
如图1所示，高强高韧混凝土板1上设有剪力结构2。三角形剪力键沿纵断面的高宽比小于等于1，且高度小于高强高韧混凝土板厚的1/2；相邻的三角形剪力键间距大于等于2.5倍的三角形剪力键宽，且小于等于500mm。本实施例中采用三角形剪力键宽18mm，高12mm，间隔50mm的排布。如图2所示，在高强高韧混凝土板1和高强高韧混凝土剪力结构2制备完成后，将普通混凝土3浇筑到设置有剪力结构2的两块高强高韧混凝土板1之间，形成整体。
本实施例制备的高强高韧混凝土与普通混凝土双面剪切试件，28天剪切强度6.69MPa，与相同配合比未设置高强高韧混凝土剪力结构试件相比，剪切强度提升380％。
如图5所示，采用本实施例制备的高强高韧混凝土板-普通混凝土复合梁(对应图5中的高强高韧混凝土永久性模板参考梁1)，与相同截面钢筋混凝土梁(对应图5中的钢筋混凝土参考梁1)相比，本实施例复合梁极限承载力由231.4kN提升至351.8kN，破坏模式由脆性剪切破坏转为延性弯曲破坏，增强效果显著。
实施例2
如图3所示，高强高韧混凝土板1设有高强高韧混凝土剪力结构2。三角形剪力键沿纵断面的高宽比小于等于1，且高度小于高强高韧混凝土板厚的1/2；相邻的三角形剪力键间距大于等于2.5倍剪力键宽，且小于等于500mm。本实施例中采用三角形剪力键宽18mm，高12mm，间隔50mm的排布。如图4所示，在高强高韧混凝土板1和高强高韧混凝土剪力结构2制备完成后，将普通混凝土3浇筑到高强高韧混凝土板1的剪力结构2上，形成整体。
如图5所示，采用本实施例制备的高强高韧混凝土板-普通混凝土复合梁(对应图5中的高强高韧混凝土永久性模板参考梁2)，与相同截面钢筋混凝土梁(对应图5中的钢筋混凝土参考梁1)相比，本实施例复合梁极限承载力由231.4kN提升至352.4kN，破坏模式由脆性剪切破坏转为延性弯曲破坏，增强效果显著。
综上所述，本发明提供了一种高强高韧混凝土与普通混凝土界面的构造方法。本发明在高强高韧混凝土板上设置特殊结构的剪力结构，通过剪力结构与普通混凝土进行剪力连接。这种构造方法解决了高强高韧混凝土与普通混凝土之间的剪力连接，能有效的实现组合效果，避免了粘接，施工方便快捷，受力性能优越可靠，耐久性好。采用三角形剪力键相较矩形剪力键对界面剪切强度提升180％以上，相较于未处理界面提升400％以上；强化了复合构件的耐久性和安全性，采用所述构造方法的复合构件的破坏模式由脆性剪切破坏转为延性弯曲破坏；采用高强高韧混凝土代替传统施工工艺的木、钢、铝模板，降低了模板成本、降低了施工难度，并大大缩短了施工工期。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种高强高韧混凝土与普通混凝土界面的构造方法，其特征在于，包括步骤：
提供高强高韧混凝土，所述高强高韧混凝土主要由水泥、短切纤维、天然骨料和人工骨料组成；
提供剪力结构，所述剪力结构由多个剪力板和多个凸起状的三角形剪力键交替连接一体而成，所述剪力板和所述三角形剪力键的底边连接；
在所述高强高韧混凝土上设置所述剪力结构；
在所述剪力结构上浇注普通混凝土；
其中，所述人工骨料以粉煤灰为主要胶凝材料，添加或不添加次要胶凝材料，并由碱激发剂进行激发，然后经破碎装置破碎而成；其中所述次要胶凝材料为粒化高炉矿渣、赤泥和城市生活垃圾焚烧灰中的一种或几种；
所述短切纤维包括短切聚乙烯纤维、短切聚乙烯醇纤维、短切聚丙烯纤维和短切玄武岩纤维中的一种或几种；
所述短切纤维的长度为6-18mm；所述短切纤维占所述高强高韧混凝土体积的1.0％-2.0％；
以天然骨料和人工骨料为基准，所述人工骨料的质量占比为25％以上；
所述人工骨料的显微硬度小于等于水泥与人工骨料界面处的显微硬度，且所述人工骨料的显微硬度小于水泥的显微硬度；
所述人工骨料为破碎式细骨料，所述人工骨料的直径小于等于4.75mm；
所述高强高韧混凝土的抗压强度大于等于120MPa，所述高强高韧混凝土的极限拉伸应变大于等于0.3％。
2.根据权利要求1所述的高强高韧混凝土与普通混凝土界面的构造方法，其特征在于，所述高强高韧混凝土为板状形式的高强高韧混凝土板，在所述高强高韧混凝土板上设置所述剪力结构，在所述剪力结构上浇注普通混凝土层。
3.根据权利要求1所述的高强高韧混凝土与普通混凝土界面的构造方法，其特征在于，所述高强高韧混凝土为板状形式的高强高韧混凝土板，两块高强高韧混凝土板平行设置，所述两块高强高韧混凝土板的内表面均设置有所述剪力结构，在设置有所述剪力结构的两块高强高韧混凝土板之间浇注普通混凝土层。
4.根据权利要求1所述的高强高韧混凝土与普通混凝土界面的构造方法，其特征在于，所述高强高韧混凝土为具有凹槽结构的高强高韧混凝土板，在所述凹槽的表面设置所述剪力结构，在所述剪力结构上浇注普通混凝土层。
5.根据权利要求1所述的高强高韧混凝土与普通混凝土界面的构造方法，其特征在于，所述高强高韧混凝土为板状形式的高强高韧混凝土板，所述三角形剪力键沿纵断面的高宽比小于等于1，且所述三角形剪力键的高度小于所述高强高韧混凝土板厚的1/2。
6.根据权利要求1所述的高强高韧混凝土与普通混凝土界面的构造方法，其特征在于，相邻两个三角形剪力键的间距大于等于2.5倍的三角形剪力键宽度，且小于等于500mm。
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