CN215802678U - 碳纤维贴面frp管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种碳纤维贴面FRP管材‑钢筋组合海水海砂混凝土柱，包括：钢筋海水海砂混凝土空心柱以及设置于所述钢筋海水海砂混凝土空心柱的内壁的外加电流阴极保护和结构加固系统；所述钢筋海水海砂混凝土空心柱包括：海水海砂混凝土层，所述海水海砂混凝土层设置有空心部；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包括：碳纤维布，设置于所述空心部；FRP管，设置于所述碳纤维布远离所述海水海砂混凝土层的一侧。采用基于碳纤维‑FRP复合管材的ICCP‑SS系统，以碳纤维‑FRP复合管材为阳极，以钢筋为阴极，通过外加电流对海水海砂混凝土柱内的钢筋进行保护，可以预防和延缓钢筋的腐蚀。

Description

碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱

技术领域

本实用新型涉及预制结构工程技术领域，尤其涉及的是碳纤维贴面 FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱。

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，提供一种碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，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：

一种碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，其中，其包括：钢筋海水海砂混凝土空心柱以及设置于所述钢筋海水海砂混凝土空心柱的内壁的外加电流阴极保护和结构加固系统；

所述钢筋海水海砂混凝土空心柱包括：

海水海砂混凝土层，所述海水海砂混凝土层设置有空心部；

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包括：

碳纤维布，设置于所述空心部；

FRP管，设置于所述碳纤维布远离所述海水海砂混凝土层的一侧。

所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，其中，所述钢筋笼套设在所述外加电流阴极保护和结构加固系统外。

所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，其中，所述钢筋笼包括：

若干个纵向钢筋，围绕在所述空心部外；

若干个箍筋，连接在若干个所述纵向钢筋外，并沿所述纵向钢筋的长度方向排列。

所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，其中，所述 FRP管的四周与所述箍筋的距离不小于50mm。

所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，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管的高度的1/2-3/2。

所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，其中，所述 FRP管选自玻璃纤维FRP管、碳纤维FRP管、芳纶纤维FRP管、玄武岩FRP管中的一种。

所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，其中，所述外加电流阴极保护和结构加固系统的端部延伸至所述钢筋海水海砂混凝土空心柱外。

所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，其中，所述外加电流阴极保护和结构加固系统的端部设置有导电片。

所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，其中，所述 FRP管的厚度为3-15mm。

一种混凝土结构，其中，其包括如上述任一项所述的碳纤维贴面FRP 管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱。

有益效果：采用基于碳纤维-FRP复合管材的ICCP-SS系统，以碳纤维 -FRP复合管材为阳极，以钢筋为阴极，通过外加电流对海水海砂混凝土柱内的钢筋进行保护，可以预防和延缓钢筋的腐蚀。

附图说明

图1是本实用新型中碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱的侧视图。

图2是图1中A-A向剖视图。

图3是本实用新型中矩形FRP管的导电片的结构示意图。

图4是本实用新型中圆形FRP管的截面图。

图5是本实用新型中圆形FRP管的导电片的结构示意图。

附图标记说明：

1、纵向钢筋；2、箍筋；3、海水海砂混凝土层；4、导电片；5、钢筋套筒；6、外加电流阴极保护和结构加固系统；7、FRP管；8、碳纤维布； 9、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5，本实用新型提供了一种碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱的一些较佳实施例。

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。

综上所述，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柱是本领域亟待解决的技术问题。

如图1所示，碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱包括：钢筋海水海砂混凝土空心柱以及设置于所述钢筋海水海砂混凝土空心柱的内壁的外加电流阴极保护和结构加固系统6；

所述钢筋海水海砂混凝土空心柱包括：

海水海砂混凝土层3，所述海水海砂混凝土层3设置有空心部；

钢筋笼，嵌设在所述海水海砂混凝土层3内；

所述外加电流阴极保护和结构加固系统6包括：

碳纤维布8，设置于所述空心部；

FRP管7，设置于所述碳纤维布8远离所述海水海砂混凝土层3的一侧。

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3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3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3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，本申请在制备碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱时，需要采用电源连接碳纤维布8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3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空心柱中，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。

采用基于外加电流阴极保护和结构加固系统6的外加电流阴极保护和结构加固(ICCP-SS)系统，以外加电流阴极保护和结构加固系统6为阳极，以钢筋笼为阴极，通过外加电流对海水海砂混凝土空心柱内的钢筋进行保护，可以预防和延缓钢筋的腐蚀。

碳纤维布8的长度与FRP管7相同，碳纤维布8的宽度需大于FRP管 7截面外沿周长，也就是说，碳纤维布8可以完全覆盖FRP管7的四周。外加电流阴极保护和结构加固系统6采用的碳纤维布8宜采用正交双向布，碳纤维含量可根据实际需求调整。FRP管7可以采用任意形状的FRP管，例如，如图2所示的矩形FRP管，如图4所示的圆形FRP管。

碳纤维布8可以粘贴在FRP管7上，粘贴过程中应注意环氧树脂粘合剂用量，碳纤维布8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8中的碳纤维丝可以与钢筋海水海砂混凝土空心柱充分接触。

在本实用新型的一个较佳实施例中，请同时参阅图2和图4，所述钢筋笼套设在所述外加电流阴极保护和结构加固系统6外。

具体地，钢筋笼套设在外加电流阴极保护和结构加固系统6外，从海水海砂混凝土层3内部除去Cl离子，且产生的Cl₂可以从FRP管7内流走。

在本实用新型的一个较佳实施例中，请同时参阅图1-图2，所述钢筋笼包括：

若干个纵向钢筋1，围绕在所述空心部外；

若干个箍筋2，连接在若干个所述纵向钢筋1外，并沿所述纵向钢筋1 的长度方向排列。

具体地，纵向钢筋1沿钢筋海水海砂混凝土空心柱的长度方向延伸设置，纵向钢筋1可以有多个，如图2和图4所示，采用8根纵向钢筋1。若干个箍筋2沿纵向钢筋1的长度方向排列，且纵向钢筋1位于箍筋2内并与箍筋2连接。

在本实用新型的一个较佳实施例中，请同时参阅图2和图4，所述FRP 管7的四周与所述箍筋2的距离不小于50mm。

具体地，FRP管7的截面高度应小于空心柱的箍筋2的高度，FRP管7 的截面宽度应小于空心柱的箍筋2的宽度。那么箍筋2可以套设在FRP管 7外。为了确保钢筋海水海砂混凝土层3的厚度较均匀，所述FRP管7的四周与所述箍筋2的距离不小于50mm。

在本实用新型的一个较佳实施例中，请同时参阅图1-图2，所述外加电流阴极保护和结构加固系统6的侧面设置有若干个孔洞，所述孔洞的直径为所述FRP管7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 管7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6以及钢筋海水海砂混凝土空心柱之间的连接，在外加电流阴极保护和结构加固系统6的侧面设置孔洞，在形成钢筋海水海砂混凝土空心柱时，海水海砂混凝土层3 可以填充到孔洞中，外加电流阴极保护和结构加固系统6以及钢筋海水海砂混凝土空心柱之间难以发生相对滑动。

具体地，由于孔洞与FRP管7的中心通道连通，在形成钢筋海水海砂混凝土空心柱时，为了防止海水海砂混凝土层3从孔洞处流入到FRP管7 的中心通道内，因此在FRP管7的中心通道内放置填充物，海水海砂混凝土层3仅填充孔洞形成抗剪键凸起，抗剪键凸起用于加强FRP管7和海水海砂混凝土层的整体性。填充物可采用木材、泡沫或小截面FRP管，在浇筑钢筋海水海砂混凝土空心柱完成后取出填充物。填充物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。

为了确保孔洞不影响外加电流阴极保护和结构加固系统6的强度，孔洞的直径为FRP管7的高度的1/3-2/3，且相邻两个孔洞之间的间距为FRP 管7的高度的1/2-3/2。

本实用新型中外加电流阴极保护和结构加固系统6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。

在本实用新型的一个较佳实施例中，所述FRP管选自玻璃纤维FRP管 (GFRP)、碳纤维FRP管(CFRP)、芳纶纤维FRP管(AFRP)、玄武岩FRP 管(BFRP)中的一种。

具体地，所述FRP管7可采用现有各类FRP拉挤或缠绕矩形管材。

在本实用新型的一个较佳实施例中，如图1所示，所述外加电流阴极保护和结构加固系统6的端部延伸至所述钢筋海水海砂混凝土空心柱外。

具体地，外加电流阴极保护和结构加固系统6的端部应超出空心柱两端至少各10mm。

在本实用新型的一个较佳实施例中，请同时参阅图1、图3以及图5，所述外加电流阴极保护和结构加固系统6的端部设置有导电片4。

具体地，导电片4用于连接电源的阳极，导电片4需与碳纤维布8充分接触，导电片4可以采用金属导电片，具体采用不锈蚀金属导电片。导电片4与FRP管7采用螺栓9连接。导电片4的宽度与FRP管7延伸至钢筋海水海砂混凝土空心柱外的长度相同，也就是说，FRP管7的两端延伸至所述钢筋海水海砂混凝土空心柱外的部分与导电片4连接。

在本实用新型的一个较佳实施例中，所述FRP管的厚度为3-15mm。具体地，FRP管7的厚度可以根据需要设置。

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柱，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柱的浇筑，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复合管材的ICCP-SS系统，以碳纤维 -FRP复合管材为阳极，以钢筋为阴极，通过外加电流对海水海砂混凝土柱内的钢筋进行保护，可以预防和延缓钢筋的腐蚀。

本实用新型采用的碳纤维-FRP复合管材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柱力学性能损失，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碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱采用如下方法制备得到，方法包括以下步骤：

步骤S100、提供空心柱模具、填充物、海水海砂混凝土、钢筋笼、碳纤维布8以及FRP管7。

具体地，预制空心柱的截面尺寸为500mm*500mm，长度为3m，根据柱截面尺寸与长度，确定FRP管材7截面为200mm*200mm*10mm与长度为3.03m，FRP管材7采用GFRP拉挤型材；根据FRP管材7截面尺寸和长度，裁剪整片双向编织碳纤维布8，编织束碳纤维含量为3K，其宽度和长度分别为820mm和3.03m。

步骤S200、将所述碳纤维布8包裹粘贴在所述FRP管外，以形成外加电流阴极保护和结构加固系统6。

具体地，根据空心柱的截面及箍筋2尺寸，确定FRP管7截面尺寸与长度；根据FRP管7截面尺寸和长度，裁剪整片双向编织碳纤维布8。采用普通环氧树脂粘合剂将碳纤维布8粘贴在FRP管7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6。粘贴过程中应注意环氧树脂粘合剂用量，碳纤维布8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，并一起放入所述空心柱模具。

具体地，外加电流阴极保护和结构加固系统6的侧面设置有孔洞，将养护好的外加电流阴极保护和结构加固系统6的侧壁进行开孔，以加强制作外加电流阴极保护和结构加固系统与后续浇筑的海水海砂混凝土层3的整体性。外加电流阴极保护和结构加固系统侧面孔洞直径为80mm，孔洞间距为200mm。完成开孔的外加电流阴极保护和结构加固系统内部加入整块填充物，防止浇筑过程中混凝土从空中漏出，填充物采用截面 180mm*180mm的塑料泡沫。

根据所述外加电流阴极保护和结构加固系统在空心柱的相对位置，对空心柱模具的两端侧模开矩形槽，与外加电流阴极保护和结构加固系统尺寸对应；将外加电流阴极保护和结构加固系统放置入由空心柱的箍筋2和纵向钢筋1绑扎而成的钢筋笼内部，并安装钢筋套筒5；将空心柱模具两端侧模套在外加电流阴极保护和结构加固系统两端后，将钢筋笼和外加电流阴极保护和结构加固系统放置入内表面刷脱模剂的空心柱模具；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，FRP管的位置由侧模上矩形槽位置和垫块的位置确定。

步骤S400、将所述海水海砂混凝土浇入所述空心柱模具，并固化形成钢筋海水海砂混凝土空心柱。

将海水海砂混凝土浇筑到空心柱模具中，海水海砂混凝土固化后形成钢筋海水海砂混凝土空心柱。

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空心柱模具后抹平，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空心柱。

具体地，浇筑拌制好的海水海砂混凝土至空心柱模具顶面，浇筑采用分层浇筑分层振捣的方法；浇筑完成后将空心柱顶面抹平，初凝前采用粗钢刷拉毛，养护后拆模；同时将填充物拆除；而后定期对所述空心柱洒水养护至28天规定龄期，从而完成碳纤维-FRP复合管材-钢筋海水海砂混凝土空心柱制作。

步骤S500、拆除所述空心柱模具，采用电源连接所述碳纤维布8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 海水海砂混凝土空心柱。

具体地，在拆模后，在外加电流阴极保护和结构加固系统端部安装导电片4，具体操作方式为：在外加电流阴极保护和结构加固系统露出部位的四周各开一个

螺栓孔；在两片截面为200mm*200mm*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4上焊接通电导线；拧紧螺栓9将导电片4压紧在外加电流阴极保护和结构加固系统外表面，使导电片4与碳纤维布8充分接触；在空心柱纵向钢筋1端头焊接通电导线；将钢筋导线和焊接在导电片4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。

基于上述任意实施例的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，本实用新型还提供了一种混凝土结构，包括上述任一实施例中所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，具体如上所述。

本实用新型提供的混凝土结构，因设置有上述任一技术方案中所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，从而具有以上全部有益效果，在此不再赘述。

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)

1.一种碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，其特征在于，其包括：钢筋海水海砂混凝土空心柱以及设置于所述钢筋海水海砂混凝土空心柱的内壁的外加电流阴极保护和结构加固系统；

所述钢筋海水海砂混凝土空心柱包括：

海水海砂混凝土层，所述海水海砂混凝土层设置有空心部；

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包括：

碳纤维布，设置于所述空心部；

FRP管，设置于所述碳纤维布远离所述海水海砂混凝土层的一侧。

2.根据权利要求1所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，其特征在于，所述钢筋笼套设在所述外加电流阴极保护和结构加固系统外。

3.根据权利要求1所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，其特征在于，所述钢筋笼包括：

若干个纵向钢筋，围绕在所述空心部外；

若干个箍筋，连接在若干个所述纵向钢筋外，并沿所述纵向钢筋的长度方向排列。

4.根据权利要求3所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，其特征在于，所述FRP管的四周与所述箍筋的距离不小于50mm。

5.根据权利要求1所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，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管的高度的1/2-3/2。

6.根据权利要求1所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，其特征在于，所述FRP管选自玻璃纤维FRP管、碳纤维FRP管、芳纶纤维FRP管、玄武岩FRP管中的一种。

7.根据权利要求1所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，其特征在于，所述外加电流阴极保护和结构加固系统的端部延伸至所述钢筋海水海砂混凝土空心柱外。

8.根据权利要求7所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，其特征在于，所述外加电流阴极保护和结构加固系统的端部设置有导电片。

9.根据权利要求1所述的碳纤维贴面FRP管材-钢筋组合海水海砂混凝土柱，其特征在于，所述FRP管的厚度为3-15mm。

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