CN215330930U - Frp管钢筋组合iccp-ss海水海砂混凝土叠合梁 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种FRP管钢筋组合ICCP‑SS海水海砂混凝土叠合梁，包括：外加电流阴极保护和结构加固系统以及包裹在外加电流阴极保护和结构加固系统外的钢筋海水海砂混凝土叠合梁；外加电流阴极保护和结构加固系统包括：FRP矩形管；碳纤维布，包裹在FRP矩形管外；钢筋海水海砂混凝土叠合梁包括：海水海砂混凝土层；钢筋笼，嵌设在海水海砂混凝土层内；外加电流阴极保护和结构加固系统位于钢筋笼内。采用基于碳纤维‑FRP复合矩形管材的外加电流阴极保护和结构加固(ICCP‑SS)系统，以碳纤维‑FRP复合矩形管材为阳极，以钢筋笼为阴极，通过外加电流对海水海砂混凝土叠合梁内的钢筋进行保护，可以预防和延缓钢筋的腐蚀。

Description

FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁

技术领域

本实用新型涉及预制结构工程技术领域，尤其涉及的是一种FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁。

背景技术

滨海地区的海水海砂资源丰富，在混凝土结构中，采用海水海砂，可以有效解决河砂淡水资源日益枯竭的问题，充分利用当地资源。目前但采用海水海砂的钢筋混凝土结构会产生比较严重的腐蚀问题，降低海水海沙混凝土结构的力学性能和耐久性。

外加电流阴极保护(Impressed Current Cathodic Protection,简称ICCP)是采用辅助阳极材料对混凝土结构内部钢筋施加阴极保护电流，使电位负移至免蚀区域，从而保护钢筋的技术，被公认为是一种可有效预防和延缓钢筋腐蚀的调控方法；结构加固(Structural Strengthening,简称SS)是采用结构钢或纤维增强聚合物(FibreReinforced Polymer,简称FRP)等结构加固材料与混凝土结构共同受力变形，从而提高或修复结构力学性能的技术。

现有技术中，ICCP技术虽然可以抑制滨海环境下的混凝土结构中的钢筋腐蚀，但无法恢复由于钢筋腐蚀导致的结构力学性能劣化；SS技术虽然可提高或恢复结构承载力，但无法从根本上上解决滨海环境下，混凝土结构外部环境和内部有害元素对钢筋的持续侵蚀作用。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，旨在解决现有技术中由于钢筋腐蚀而损失的结构承载力的问题。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其中，包括：外加电流阴极保护和结构加固系统以及包裹在所述外加电流阴极保护和结构加固系统外的钢筋海水海砂混凝土叠合梁；

所述外加电流阴极保护和结构加固系统包括：

FRP矩形管；

碳纤维布，包裹在所述FRP矩形管外；

所述钢筋海水海砂混凝土叠合梁包括：

海水海砂混凝土层；

钢筋笼，嵌设在所述海水海砂混凝土层内；

所述外加电流阴极保护和结构加固系统位于所述钢筋笼内。

所述的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其中，所述钢筋笼包括：

纵向钢筋；

若干个箍筋，设置于所述纵向钢筋，并沿所述纵向钢筋的长度方向排列。

所述的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其中，所述FRP矩形管的四周与所述箍筋的距离不小于30mm。

所述的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其中，所述FRP矩形管的两端均设置侧模。

所述的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其中，所述外加电流阴极保护和结构加固系统的侧面设置有若干个孔洞，所述孔洞的直径为所述FRP矩形管的高度的1/3-2/3，相邻两个所述孔洞之间的间距为所述FRP矩形管的高度的1/2-3/2。

所述的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其中，所述FRP矩形管选自玻璃纤维FRP矩形管、碳纤维FRP矩形管、芳纶纤维FRP矩形管、玄武岩FRP矩形管中的一种。

所述的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其中，所述FRP矩形管的两端延伸至所述钢筋海水海砂混凝土叠合梁外。

所述的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其中，所述碳纤维布外设置有导电片，所述导电片与所述FRP矩形管连接。

所述的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其中，所述FRP矩形管的厚度为3-15mm。

有益效果：采用基于碳纤维-FRP复合矩形管材的外加电流阴极保护和结构加固(ICCP-SS)系统，以碳纤维-FRP复合矩形管材为阳极，以钢筋笼为阴极，通过外加电流对海水海砂混凝土叠合梁内的钢筋进行保护，可以预防和延缓钢筋的腐蚀。

附图说明

图1是本实用新型中FRP管位于叠合梁内时FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁的截面图。

图2是本实用新型中FRP管位于叠合梁外时FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁的截面图。

图3是本实用新型中外加电流阴极保护和结构加固系统以及钢筋笼的结构示意图。

图4是本实用新型中外加电流阴极保护和结构加固系统和导电片的结构示意图。

附图标记说明：

1、碳纤维布；2、FRP矩形管；3、箍筋；4、叠合梁模具；5、海水海砂混凝土层；6、纵向钢筋；7、填充物；8、碳纤维-FRP复合矩形管材；9、侧模；10、孔洞；11、导电片；12、螺栓。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请同时参阅图1-图4，本实用新型提供了一种FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁的一些实施例。

纤维增强复合材料(Fibre Reinforced Polymer,简称FRP)是一种以高分子环氧树脂为机体，以高强纤维为增强体，经过复合工艺制成的复合材料，具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳、性能可设计等优点，是SS技术中广泛应用的材料，同时碳纤维具有优异的导电性和稳定的化学特性，可作为ICCP技术的辅助阳极使用。因此可以将FRP和碳纤维材料开发成一种具有ICCP功能和SS功能的组合系统。

海水海沙混凝土结构可充分利用滨海地区海水海砂资源，将FRP和碳纤维材料开发成一种提供外加电流阴极保护和结构加固功能的复合系统(ICCP-SS)来预防、延缓钢筋腐蚀，提高、恢复由于钢筋腐蚀而损失的结构承载力是可行的。提供一种具有外加电流阴极保护和结构加固功能的钢筋海水海砂预制叠合梁是本领域亟待解决的技术问题。

如图1-图2所示，本实用新型的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，包括：外加电流阴极保护和结构加固系统以及包裹在所述外加电流阴极保护和结构加固系统外的钢筋海水海砂混凝土叠合梁；

所述外加电流阴极保护和结构加固系统包括：

FRP矩形管2；

碳纤维布1，包裹在所述FRP矩形管2外；

所述钢筋海水海砂混凝土叠合梁包括：

海水海砂混凝土层5；

钢筋笼，嵌设在所述海水海砂混凝土层5内；

所述外加电流阴极保护和结构加固系统位于所述钢筋笼内。

值得说明的是，现有技术中，在利用海水海砂时，通常先对海水进行淡化处理，对海砂进行净化处理，然后采用淡化的海水和净化的海砂制作混凝土，此外还会添加阻锈剂并对钢筋表面涂层防止氯离子的侵蚀。而本申请中，海水海砂混凝土层是指采用未淡化的海水和/或未净化的海砂作为原料形成的混凝土结构，需要说明的是，本申请中未淡化的海水及未净化的海砂可以是直接作为原材料使用，例如，在未净化的海砂中加入水泥后加入未淡化的海水以形成海水海砂混凝土。由于海水海砂混凝土层是采用未淡化的海水和/或未净化的海砂制作得到的，因此，海水海砂混凝土层内部存在有害介质，如氯化物和硫酸盐等有害介质。需要说明的是，本申请在制备FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁时，需要采用电源连接碳纤维布和钢筋笼，对钢筋笼进行保护处理以去除有害介质，从而主动干预富含有害介质的海水海砂混凝土层内的钢筋笼腐蚀。本申请利用外加电流阴极保护和结构加固系统的结构加固和阴极防护的双重功能，将其应用于钢筋海水海砂混凝土叠合梁中，即使在海水海砂混凝土层内部富含有害介质或外部环境恶劣的情况下，钢筋也能得到足够的保护。钢筋笼是指由钢筋扎结形成的笼结构。

采用基于碳纤维-FRP复合矩形管材8的外加电流阴极保护和结构加固(ICCP-SS)系统，以碳纤维-FRP复合矩形管材8为阳极，以钢筋笼为阴极，通过外加电流对海水海砂混凝土叠合梁内的钢筋进行保护，可以预防和延缓钢筋的腐蚀。

碳纤维布1的长度与FRP矩形管2相同，碳纤维布1的宽度需大于FRP矩形管2截面外沿周长，也就是说，碳纤维布1可以完全覆盖FRP矩形管2的四周。碳纤维-FRP复合矩形管材8采用的碳纤维布1宜采用正交双向布，碳纤维含量可根据实际需求调整。

碳纤维布1可以粘贴在FRP矩形管2上，粘贴过程中应注意环氧树脂粘合剂用量，碳纤维布1粘贴后外表面应避免被环氧树脂粘合剂覆盖，使碳纤维丝充分暴露，也就是说，碳纤维布1中的碳纤维丝可以与钢筋海水海砂混凝土叠合梁充分接触。

在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中，如图1-图3所示，所述钢筋笼包括：

纵向钢筋6；

若干个箍筋3，设置于所述纵向钢筋6，并沿所述纵向钢筋6的长度方向排列。

具体地，纵向钢筋6沿钢筋海水海砂混凝土叠合梁的长度方向延伸设置，纵向钢筋6可以有1个或多个，如图3所示，采用3根纵向钢筋6。若干个箍筋3沿纵向钢筋6的长度方向排列，且纵向钢筋6位于箍筋3内并与箍筋3连接。

在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中，如图1-图2所示，所述FRP矩形管2的四周与所述箍筋3的距离不小于30mm。

具体地，FRP矩形管2的截面高度应小于叠合梁的箍筋3的高度，FRP矩形管2的截面宽度应小于叠合梁的箍筋3的宽度。那么箍筋3可以套设在FRP矩形管2外。为了确保钢筋海水海砂混凝土层5的厚度较均匀，所述FRP矩形管2的四周与所述箍筋3的距离不小于30mm。

在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中，如图3所示，所述外加电流阴极保护和结构加固系统的侧面设置有若干个孔洞10，所述孔洞10的直径为所述FRP矩形管2的高度的1/3-2/3，相邻两个所述孔洞10之间的间距为所述FRP矩形管2的高度的1/2-3/2。

具体地，为了增加外加电流阴极保护和结构加固系统以及钢筋海水海砂混凝土叠合梁之间的连接，在外加电流阴极保护和结构加固系统的侧面设置孔洞10，在形成钢筋海水海砂混凝土叠合梁时，海水海砂混凝土层5可以填充到孔洞10中，外加电流阴极保护和结构加固系统以及钢筋海水海砂混凝土叠合梁之间难以发生相对滑动。

具体地，由于孔洞10与FRP矩形管2的中心通道连通，在形成钢筋海水海砂混凝土叠合梁时，为了防止海水海砂混凝土层5从孔洞10处流入到FRP矩形管2的中心通道内，因此在FRP矩形管2的中心通道内放置填充物7，海水海砂混凝土层5仅填充孔洞10形成抗剪键凸起，抗剪键凸起用于加强FRP矩形管2和海水海砂混凝土层的整体性。填充物7可采用木材、泡沫或小截面FRP矩形管，在浇筑钢筋海水海砂混凝土叠合梁完成后取出填充物7。填充物7需预留出抗剪键凸起的厚度，该厚度应大于或等于10mm，该厚度也大于或等于复合矩形管材的厚度。

为了确保孔洞10不影响外加电流阴极保护和结构加固系统的强度，孔洞10的直径为FRP矩形管2的高度的1/3-2/3，且相邻两个孔洞10之间的间距为FRP矩形管2的高度的1/2-3/2。

本实用新型中碳纤维-FRP复合矩形管材8作为新型外加电流阴极保护和结构加固(ICCP-SS)系统，起到预防和延缓钢筋腐蚀以及抗弯、抗剪加固的双重作用。

在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中，所述FRP矩形管2选自玻璃纤维FRP矩形管(GFRP)、碳纤维FRP矩形管(CFRP)、芳纶纤维FRP矩形管(AFRP)、玄武岩FRP矩形管(BFRP)中的一种。

具体地，所述FRP矩形管2可采用现有各类FRP拉挤或缠绕矩形管材。

在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中，所述FRP矩形管2的两端延伸至所述钢筋海水海砂混凝土叠合梁外。

具体地，FRP矩形管2两端应超出叠合梁两端至少各10mm。

在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中，所述FRP矩形管2的厚度为3-15mm。具体地，FRP矩形管2的厚度可以根据需要设置。

在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中，如图4所示，所述碳纤维布1外设置有导电片11，所述导电片11与所述FRP矩形管2连接。

具体地，导电片11用于连接电源的阳极，导电片11需与碳纤维布1充分接触，导电片11可以采用金属导电片，具体采用不锈蚀金属导电片。导电片11与FRP矩形管2采用螺栓12连接。导电片11的宽度与FRP矩形管2延伸至钢筋海水海砂混凝土叠合梁外的长度相同，也就是说，FRP矩形管2的两端延伸至所述钢筋海水海砂混凝土叠合梁外的部分与导电片11连接。

本实用新型提供碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土叠合梁，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型利用海水海砂代替淡水河砂等日益枯竭的资源，充分利用滨海地区丰富的海水海砂资源用于钢筋混凝土结构预制叠合梁的浇筑，降低了材料运输成本，极大的提高了海水海砂资源的利用效率，对保护生态环境起到了积极作用，具有较大的社会经济效益。

本实用新型采用基于碳纤维-FRP复合矩形管材的ICCP-SS系统，以碳纤维-FRP复合矩形管材8为阳极，以钢筋为阴极，通过外加电流对海水海砂混凝土叠合梁内的钢筋进行保护，可以预防和延缓钢筋的腐蚀。

本实用新型采用的碳纤维-FRP复合矩形管材8可以提供结构加固的作用，用于弥补和提高由于钢筋腐蚀导致的叠合梁力学性能损失，较传统的海水海砂混凝土结构具有更好的力学性能和耐久性。

本实用新型实施例的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁采用如下方法制备得到，方法包括以下步骤：

步骤S100、提供叠合梁模具、填充物、海水海砂混凝土、钢筋笼、碳纤维布1以及FRP矩形管2。

具体地，FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁的截面高度为300mm，截面宽度为200mm，长度为3m，根据叠合梁截面尺寸与长度，确定FRP矩形管2截面为100mm*50mm*10mm与长度为3.03m，FRP矩形管2采用GFRP拉挤型材；根据FRP矩形管2截面尺寸和长度，裁剪整片双向编织碳纤维布1，编织束碳纤维含量为3K，其宽度和长度分别为300mm和3.03m。

步骤S200、将所述碳纤维布包裹粘贴在所述FRP矩形管外，以形成外加电流阴极保护和结构加固系统。

具体地，根据FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁的截面及箍筋3尺寸，确定FRP矩形管2截面尺寸与长度；根据FRP矩形管2截面尺寸和长度，裁剪整片双向编织碳纤维布1。采用普通环氧树脂粘合剂将碳纤维布1粘贴在FRP矩形管2的外表面；在粘贴完成后按照使用的环氧树脂粘合剂的标准养护时间进行养护，形成外加电流阴极保护和结构加固系统(即碳纤维-FRP复合矩形管材8)。粘贴过程中应注意环氧树脂粘合剂用量，碳纤维布1粘贴后外表面应避免出现环氧树脂粘合剂，使碳纤维丝充分暴露。

步骤S300、将所述填充物放入所述FRP矩形管内，再将所述外加电流阴极保护和结构加固系统放置在所述钢筋笼内，并一起放入所述叠合梁模具。

具体地，外加电流阴极保护和结构加固系统的侧面设置有孔洞10，将养护好的碳纤维-FRP复合矩形管材8的侧壁进行开孔，以加强制作碳纤维-FRP复合矩形管材8与后续浇筑的海水海砂混凝土层5的整体性。碳纤维-FRP复合矩形管材8侧面孔洞10直径为40mm，孔洞10间距为100mm。完成开孔的碳纤维-FRP复合矩形管材8内部加入整块填充物7，防止浇筑过程中混凝土从空中漏出，填充物7采用截面30mm*80mm的塑料泡沫。

根据所述碳纤维-FRP复合矩形管材8在叠合梁的相对位置，对叠合梁模具4的两端侧模9开矩形槽，与碳纤维-FRP复合矩形管材8尺寸对应；将碳纤维-FRP复合矩形管材8放置入由叠合梁的箍筋3和纵向钢筋6绑扎而成的钢筋笼内部；将叠合梁模具4两端侧模9套在碳纤维-FRP复合矩形管材8两端后，将钢筋笼和碳纤维-FRP复合矩形管材8放置入内表面刷脱模剂的叠合梁模具4；根据设计在所述钢筋笼底面和侧面放置垫块，固定钢筋笼的位置，复合矩形管材的位置由侧模9上矩形槽位置和垫块的位置确定。侧模9上还可以开圆形槽，圆形槽与纵向钢筋6的尺寸对应，圆形槽可供纵向钢筋6穿过。

步骤S400、将所述海水海砂混凝土浇入所述叠合梁模具，并固化形成钢筋海水海砂混凝土叠合梁。

将海水海砂混凝土浇筑到叠合梁模具4中，海水海砂混凝土固化后形成钢筋海水海砂混凝土叠合梁。

步骤S400具体包括：

步骤S410、采用分层浇筑分层振捣法，将所述海水海砂混凝土浇入所述叠合梁模具后抹平，采用粗钢刷拉毛并进行固化处理，得到钢筋海水海砂混凝土叠合梁。

具体地，浇筑拌制好的海水海砂混凝土至叠合梁模具4顶面，浇筑采用分层浇筑分层振捣的方法；浇筑完成后将叠合梁顶面抹平，初凝前采用粗钢刷拉毛，养护后拆模；同时将填充物7拆除；而后定期对所述叠合梁洒水养护至28天规定龄期，从而完成碳纤维-FRP复合矩形管材-钢筋海水海砂混凝土叠合梁制作。

步骤S500、拆除所述叠合梁模具，采用电源连接所述碳纤维布和所述钢筋笼，以对所述钢筋笼进行保护处理，得到FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁。

具体地，在拆模后，在碳纤维-FRP复合矩形管材8端部安装导电片11，具体操作方式为：在碳纤维-FRP复合矩形管材8露出部位的四周各开一个

螺栓孔；在两片截面为100mm*50mm*3mm，宽度为15mm的L形不锈钢导电片的相应位置钻孔，并在两片导电片11上焊接通电导线；拧紧螺栓12将导电片11压紧在碳纤维-FRP复合矩形管材8外表面，使导电片11与碳纤维布1充分接触；在叠合梁纵向钢筋6端头焊接通电导线；将钢筋导线和焊接在导电片11的导线分别连接直流电源的阴极和阳极，施加强度为10mA/m²的直流电流，实现外加电流阴极保护，预防和延缓钢筋锈蚀。

应当理解的是，本实用新型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实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其特征在于，包括：外加电流阴极保护和结构加固系统以及包裹在所述外加电流阴极保护和结构加固系统外的钢筋海水海砂混凝土叠合梁；

所述外加电流阴极保护和结构加固系统包括：

FRP矩形管；

碳纤维布，包裹在所述FRP矩形管外；

所述钢筋海水海砂混凝土叠合梁包括：

海水海砂混凝土层；

钢筋笼，嵌设在所述海水海砂混凝土层内；

所述外加电流阴极保护和结构加固系统位于所述钢筋笼内。

2.根据权利要求1所述的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其特征在于，所述钢筋笼包括：

纵向钢筋；

若干个箍筋，设置于所述纵向钢筋，并沿所述纵向钢筋的长度方向排列。

3.根据权利要求2所述的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其特征在于，所述FRP矩形管的四周与所述箍筋的距离不小于30mm。

4.根据权利要求1所述的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其特征在于，所述FRP矩形管的两端均设置侧模。

5.根据权利要求1所述的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其特征在于，所述外加电流阴极保护和结构加固系统的侧面设置有若干个孔洞，所述孔洞的直径为所述FRP矩形管的高度的1/3-2/3，相邻两个所述孔洞之间的间距为所述FRP矩形管的高度的1/2-3/2。

6.根据权利要求1所述的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其特征在于，所述FRP矩形管选自玻璃纤维FRP矩形管、碳纤维FRP矩形管、芳纶纤维FRP矩形管、玄武岩FRP矩形管中的一种。

7.根据权利要求1所述的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其特征在于，所述FRP矩形管的两端延伸至所述钢筋海水海砂混凝土叠合梁外。

8.根据权利要求7所述的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其特征在于，

所述碳纤维布外设置有导电片，所述导电片与所述FRP矩形管连接。

9.根据权利要求1所述的FRP管钢筋组合ICCP-SS海水海砂混凝土叠合梁，其特征在于，所述FRP矩形管的厚度为3-15mm。

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