CN215334910U - 一种纤维增强水泥基复合材料预制管及其制备模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种纤维增强水泥基复合材料预制管及其制备模具，该预制管包括中空的内层水泥基复合材料柱体、外层水泥基复合材料柱体和纤维网格布，所述纤维网格布位于内层水泥基复合材料柱体与外层水泥基复合材料柱体之间。采用本实用新型的技术方案，相较于采用FRP约束混凝土管，纤维增强水泥基复合材料预制管与所约束的混凝土之间具有更高的粘结强度，可以保证两种材料在受力过程中能协调工作；同时，在恶劣的沿海环境下其具有更强的抗老化能力，能够避免因低温或高温导致材料降解的情况。同时其制作工艺简单，操作方便，使其能在短期内以较低成本制作出满足实际需求的预制管。

Description

一种纤维增强水泥基复合材料预制管及其制备模具

技术领域

本实用新型涉及预制管制备技术领域，尤其涉及一种纤维增强水泥基复合材料预制管及其制备模具。

背景技术

纤维增强复合材料（FRP）是由增强纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维等，与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。纤维增强复合材料因具有比强度高、抗腐蚀性好和热膨胀系数与混凝土相近等特点而广泛应用于民用建筑、桥梁和海洋结构等领域中。FRP约束混凝土是指在缠绕成型的FRP管中填充混凝土而制成的结构，其中FRP管既可作为结构构件，又可作为模板，节约模板消耗，施工完后与混凝土一起形成组合结构。然而，由于实际应用环境的复杂性和多样性，FRP约束混凝土的受力状态常常受到各种环境的长期作用。虽然FRP材料本身具有短期抵抗各种环境的能力，但是其作为组合结构构件处于长期荷载以及恶劣环境的作用下，其基体材料环氧树脂容易因高温或低温而发生降解，结构的抗老化能力较差。同时，环氧树脂的降解会造成FRP材料与混凝土之间的黏结力减弱，降低两种材料之间的协调工作能力。因此，需要采用耐老化且更稳定的材料来代替FRP管与混凝土构成组合结构，以满足结构的安全性、适用性和耐久性。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型公开了一种纤维增强水泥基复合材料预制管及其制备模具，该预制管既有水泥基无机胶凝材料良好的力学性能和耐久性特点，又能发挥纤维高比强度、耐热性和抗拉强度高的优势，用于约束混凝土可以避免原先FRP管约束混凝土结构抗老化能力弱以及黏结性差的缺点；制备模具结构简单，方便制作，且成本低。

对此，本实用新型的技术方案为：

一种纤维增强水泥基复合材料预制管，其包括中空的内层水泥基复合材料柱体、外层水泥基复合材料柱体和纤维网格布，所述纤维网格布位于内层水泥基复合材料柱体与外层水泥基复合材料柱体之间。

采用此技术方案，将纤维网格布设置在内层水泥基复合材料柱体、外层水泥基复合材料柱体之间，提高了预制管的强度、耐热性和耐久性。

进一步优选的，所述纤维网格布为碳纤维网格布。

本实用新型还公开了如上所述的纤维增强水泥基复合材料预制管的制备模具，其包括底板、第一层模具、第二层模具和第三层模具，所述第一层模具、第二层模具和第三层模具为中空柱体，所述第二层模具的内径大于第一层模具的外径，所述第三层模具的内径大于第二层模具的外径；所述第一层模具与底板连接，所述第二层模具和第三层模具的底部分别设有与底板连接的连接件。

制作时，先将纤维网格布紧贴在第二层模具的内壁表面，并使第二层模具套在第一层模具外侧，将水泥基复合浆料倒入模腔内，制作中空的内层水泥基复合材料柱体，硬化后拆除第二层模具，将第三层模具套在第二层模具的外侧，使得第三层模具和第一层模具同心，将水泥基复合浆料倒入第三层模具与中空的内层水泥基复合材料柱体之间，硬化后拆除第三层模具和第一层模具，养护，得到预制管。

采用此技术方案，可以将纤维网格布很好的设置与内层水泥基复合材料柱体、外层水泥基复合材料柱体之间，模具结构简单，操作方便，成本低。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一层模具包括至少两个以上的弧形构件相互连接而成。

作为本实用新型的进一步改进，相邻的弧形构件的顶部通过连接件连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一层模具包括四个弧形构件相互连接而成。

作为本实用新型的进一步改进，所述底板设有圆孔，所述第一层模具嵌入到圆孔内，与底板固定连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二层模具包括两个半圆形构件相互连接而成，所述半圆形构件的底部设有用于与底板连接的模具定位片。

作为本实用新型的进一步改进，所述两个半圆形构件的两侧边分别设有向外凸起的连接板，两个半圆形构件的连接板之间通过螺栓连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述第三层模具包括两个半圆形模具相互连接而成，两个半圆形模具的两侧边分别设有向外凸起的连接钢板，两个半圆形模具的连接钢板之间通过螺栓连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述两个半圆形模具的底部设有与底部齐平的模具定位板，所述模具定位板上设有定位孔，所述模具定位板通过连接螺栓与底板连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述两个半圆形模具为钢板制成。

作为本实用新型的进一步改进，所述的纤维增强水泥基复合材料预制管的制备模具包括中空柱体的移动模具，所述移动模具的内径大于内层水泥基复合材料柱体的外径，所述移动模具的外径小于第三层模具的内径。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

采用本实用新型的技术方案，相较于采用FRP约束混凝土管，纤维增强水泥基复合材料预制管与所约束的混凝土之间具有更高的粘结强度，可以保证两种材料在受力过程中能协调工作；同时，在恶劣的沿海环境下其具有更强的抗老化能力，能够避免因低温或高温导致材料降解的情况。同时其制作模具简单，操作方便，使其能在短期内以较低成本制作出满足实际需求的预制管。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的纤维增强水泥基复合材料预制管的截面示意图。

图2为本实用新型实施例2的制作内层水泥基复合材料的第一层模具和第二层模具组合后的结构示意图。

图3为本实用新型实施例2的底板的结构示意图。

图4为本实用新型实施例2的第一层模具的结构示意图。

图5为本实用新型实施例2的第二层模具的结构示意图。

图6为本实用新型实施例2的第一层模具和第二层模具组合后的正视图。

图7为本实用新型实施例2的第一层模具和第二层模具组合后的侧视图。

图8为本实用新型实施例2的第一层模具和第二层模具组合后的俯视图。

图9为本实用新型实施例2的第三层模具的结构示意图。

图10为本实用新型实施例2的制作外层水泥基复合材料的第一层模具、移动模具和第三层模具组合后的结构示意图。

图11为本实用新型实施例2的第一层模具、移动模具和第三层模具组合后的正视图。

图12为本实用新型实施例2的第一层模具、移动模具和第三层模具组合后的侧视图。

图13为本实用新型实施例2的第一层模具、移动模具和第三层模具组合后的俯视图。

附图标记包括：

1-内层水泥基复合材料柱体，2-外层水泥基复合材料柱体，3-纤维网格布；

11-底板，12-第一层模具，13-第二层模具，14-第三层模具，15-移动模具，16-圆孔，17-定位螺栓孔；

21-弧形构件，22-连接件，23-第一连接螺栓；

31-半圆形构件，32-连接板，33-第二连接螺栓，34-模具定位片，35-第一定位螺栓；

41-半圆形模具，42-连接钢板，43-第三连接螺栓，44-模具定位板，45-第二定位螺栓。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

实施例1

如图1所示，一种纤维增强水泥基复合材料预制管，其包括中空的内层水泥基复合材料柱体1、外层水泥基复合材料柱体2和纤维网格布3，所述纤维网格布3位于内层水泥基复合材料柱体1与外层水泥基复合材料柱体2之间。进一步优选的，所述纤维网格布3为碳纤维网格布。

采用此技术方案，将纤维网格布3设置在内层水泥基复合材料柱体1、外层水泥基复合材料柱体2之间，提高了预制管的强度、耐热性和耐久性。

实施例2

结合图1，如图2~图13所示，一种如实施例1所述的纤维增强水泥基复合材料预制管的制备模具，其包括底板11、第一层模具12、第二层模具13、第三层模具14和移动模具15，所述第一层模具12、第二层模具13、第三层模具14和移动模具15为中空柱体，所述第二层模具13的内径大于第一层模具12的外径，所述第三层模具14的内径大于第二层模具13的外径；所述第一层模具12与底板11连接，所述第二层模具13和第三层模具14的底部分别设有与底板11连接的连接件22。底板11上设有定位螺栓孔17，均用以固定第二层模具13和第三层模具14的位置，以保证其和第一层模具12同心。

如图2~图8所示，所述第一层模具12包括四个大小相同的弧形构件21相互连接而成。相邻的弧形构件21的顶部通过连接件22和第一连接螺栓23连接。所述底板11的中部设有圆孔16，该圆孔16的直径与第一层模具12外径尺寸相同，所述第一层模具12嵌入到圆孔16内，与底板11固定连接。

所述第二层模具13包括两个半圆形构件31相互连接而成，所述两个半圆形构件31的两侧边分别设有向外凸起的连接板32，两个半圆形构件31的连接板32上设有相对应的螺栓孔，两个半圆形构件31的连接板32之间通过第二连接螺栓33连接。所述半圆形构件31的底部设有用于与底板11连接的、与底部齐平的模具定位片34，本实施例中，每个半圆形构件31的底部各设有两个模具定位片34，在使用时，每个半圆形构件31的模具定位片34与底板11通过第一定位螺栓35连接。

所述第三层模具14包括两个半圆形模具41相互连接而成，两个半圆形模具41的两侧边分别设有向外凸起的连接钢板42，连接钢板42上设有螺栓孔，两个半圆形模具41的连接钢板42之间通过第三连接螺栓43连接。所述两个半圆形模具41的底部设有与底部齐平的模具定位板44，所述模具定位板44上设有定位孔，用于与底板11通过第二定位螺栓45连接后固定。

所述移动模具15的外径小于第三层模具14的内径，所述移动模具15的内径稍大于内层水泥基复合材料柱体2的外径。所述移动模具15为薄钢板制成。

使用时，先采用第一层模具12和第二层模具13安装到底板11上制作内层水泥基复合材料柱体1，具体而言，弧形构件21为通过将钢板卷成圆筒型并线切割成四等分，在钢板的上端焊接上四分之一环形薄片制作而成。模具的上端开有螺栓孔，通过连接件22相互连接组成圆柱型的第一层模具12。第一层模具12拼装完后，伸入底板11上的圆孔16固定在底板11上。

第二层模具13由两个半圆形模具41拼装而成，如图5所示。两个半圆形模具41由将钢板卷成圆筒型并线切割成两半制成，并在两侧焊有与外模具厚度相同的连接钢板42，连接板32上沿竖直方向开有尺寸相同，间距相等的螺栓孔，通过螺栓连接将两个半圆形模具41拼装成外模。每个半圆形模具41的外壁底均设有与底部齐平的模具定位片34，上设有定位螺栓孔17，用以将第二层模具13固定在底板11上，以保证第一层模具12和第二层模具13同轴心和防止漏浆。使用时，将纤维网格布紧贴着第二层模具13的内壁环向布置，布置层数为一层，卷成一圈后从右侧两个半圆形模具41的连接板32中间引出，并通过连接板32处的螺栓连接夹紧，以保证纤维网格布3紧贴着外模内壁。具体如图6~图8所示，进一步的，可以将纤维网格布3的两端外伸出第二层模具13的上下两侧，并通过固定胶布固定于第二层模具13的外壁。然后浇注水泥基复合浆料制作内层水泥基复合材料柱体1，并同时使纤维网格布3位于其外壁且与其连接。

然后，将第二层模具13拆除后，将第三层模具14安装到底板11上制作外层水泥基复合材料柱体2，如图9~图13所示。具体而言，制作外层水泥基复合材料柱体2的模具由第一层模具12、第三层模具14、移动模具15和底板11组成。第三层模具14由两个尺寸相同的半圆形模具41拼装而成，如图9所示。半圆形模具41两侧焊有连接钢板42，连接钢板42上沿竖直方向设有尺寸相同，间距相等的螺栓孔，通过螺栓连接将两个半圆形模具41拼装组成第三层模具14。每个半圆形模具41的外壁底均设有与底部齐平的模具定位板44，上设有定位螺栓孔17，用以与底板11连接稳固模具的位置，保证同心和防止漏浆。向内层水泥基复合材料和第三层模具14内壁构成的模腔内倒入水泥基复合浆料以制备外层水泥基复合材料。移动模具15为普通薄钢板卷成的薄圆环，其尺寸半径略大于内层水泥基复合材料柱体1的半径，其和水泥基复合材料柱体的相对位置如图10所示。移动模具15的主要作用为在浇注外层水泥基复合浆料时，一边浇注一边将移动模具15紧贴内层水泥基复合材料柱体1上提，以确保内层水泥基复合材料柱体1受到水泥基复合浆料的径向均匀压力，减少其受到的剪力，以防止纤维网格布移动。

采用本实施例的技术方案，有效的解决了含有纤维网格布的水泥基复合材料预制管件制备中纤维网格布材料的定位问题。可以将纤维网格布置于外模的内壁上并与水泥基复合材料一起浇注养护，利用水泥基复合材料的黏结性使两种材料紧密结合，同时又避免了先浇注水泥基复合材料后过早地卷裹纤维网格布造成水泥基复合材料变形，或过晚地卷裹纤维网格布造成两者之间黏结力过弱的问题。而选择纤维网格布本身也有利于内层水泥基复合材料与外层水泥基复合材料之间更好的接触，增大其黏结力，从而保证三种材料更好的共同工作。这套模具装置设计简单，使用螺栓连接易于安装和拆卸，操作方便，能够反复循环使用，且造价较低，易于大范围推广。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种纤维增强水泥基复合材料预制管，其特征在于：其包括中空的内层水泥基复合材料柱体、外层水泥基复合材料柱体和纤维网格布，所述纤维网格布位于内层水泥基复合材料柱体与外层水泥基复合材料柱体之间。

2.一种纤维增强水泥基复合材料预制管的制备模具，其特征在于：其用于制备如权利要求1所述的纤维增强水泥基复合材料预制管，其包括底板、第一层模具、第二层模具和第三层模具，所述第一层模具、第二层模具和第三层模具为中空柱体，所述第二层模具的内径大于第一层模具的外径，所述第三层模具的内径大于第二层模具的外径；所述第一层模具与底板连接，所述第二层模具和第三层模具的底部分别设有与底板连接的连接件。

3.根据权利要求2所述的纤维增强水泥基复合材料预制管的制备模具，其特征在于：所述第一层模具包括至少两个以上的弧形构件相互连接而成。

4.根据权利要求3所述的纤维增强水泥基复合材料预制管的制备模具，其特征在于：相邻的弧形构件的顶部通过连接件连接。

5.根据权利要求4所述的纤维增强水泥基复合材料预制管的制备模具，其特征在于：所述第一层模具包括四个弧形构件相互连接而成；所述底板设有圆孔，所述第一层模具嵌入到圆孔内，与底板固定连接。

6.根据权利要求2所述的纤维增强水泥基复合材料预制管的制备模具，其特征在于：所述第二层模具包括两个半圆形构件相互连接而成，所述半圆形构件的底部设有用于与底板连接的模具定位片。

7.根据权利要求6所述的纤维增强水泥基复合材料预制管的制备模具，其特征在于：所述两个半圆形构件的两侧边分别设有向外凸起的连接板，两个半圆形构件的连接板之间通过螺栓连接。

8.根据权利要求2所述的纤维增强水泥基复合材料预制管的制备模具，其特征在于：所述第三层模具包括两个半圆形模具相互连接而成，两个半圆形模具的两侧边分别设有向外凸起的连接钢板，两个半圆形模具的连接钢板之间通过螺栓连接。

9.根据权利要求8所述的纤维增强水泥基复合材料预制管的制备模具，其特征在于：所述两个半圆形模具的底部设有与底部齐平的模具定位板，所述模具定位板上设有定位孔，所述模具定位板通过连接螺栓与底板连接。

10.根据权利要求2~9任意一项所述的纤维增强水泥基复合材料预制管的制备模具，其特征在于：其包括中空柱体的移动模具，所述移动模具的内径大于内层水泥基复合材料柱体的外径，所述移动模具的外径小于第三层模具的内径。

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