CN217759544U - 一种复合构件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合构件，包括FRP混凝土构件、设置于所述FRP混凝土构件上的剪力结构、设置于所述剪力结构上的钢筋混凝土层，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；所述FRP混凝土构件包括高强高韧混凝土板以及设置于所述高强高韧混凝土板内的FRP筋或FRP网格。本实用新型在高强高韧混凝土板内设置FRP筋或FRP网格，通过高强高韧混凝土与FRP之间的协同工作能力，不仅能够提升结构的抗弯刚度和耐久性，而且当本实用新型作为普通钢筋混凝土梁的永久性模板时还可以提升复合构件的承载力，形成不同种材料之间的良好组合效应。

Description

一种复合构件

技术领域

本实用新型涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种FRP混凝土构件及复合构件。

背景技术

海洋是各国经贸文化交流的天然纽带，而我国的工业和基础设施也集中于沿海。海洋工程建设对于国民经济建设的发展以及维护国家的国际竞争力起着至关重要的作用，也是国家“一带一路”倡议政策中“海上丝绸之路”成功实施的重要保障。随着人类对海洋资源开发和空间利用规模的不断扩大，世界海洋工程与科技发展所呈现的海洋开发技术和设备也在不断进步。目前，跨海大桥、海底沉管隧道、港口码头、海洋风机、海上平台等海工基础设施的建设正在我国稳步推进，这些海工基础设施不仅是海洋强国战略的重要环节，也是国家“一带一路”倡议建设的关键支点。

钢筋混凝土是海洋工程的重要结构形式，如海底沉管、跨海大桥、海上浮体结构等。而海洋环境复杂多变，除了台风(飓风)、波浪、潮汐、海流、冰凌等对建筑物和结构物的强烈外力作用，海洋环境中氯离子含量丰富，使得钢筋混凝土结构易受氯离子侵蚀引起内部钢筋腐蚀从而使结构性能发生劣化，继而使結构使用性能及安全性能受损坏。目前主要通过增加混凝土保护层厚度、增加配筋量以提升构件刚度、以及采用混凝土和钢筋的涂层保护技术等来应对以上问题，但总体而言这些传统技术手段效果有限且不具有可持续性。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型提供一种FRP(纤维增强复合材料)混凝土构件及复合构件，旨在解决现有普通钢筋混凝土的安全性和耐久性较低的问题。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种FRP混凝土构件，其中，包括高强高韧混凝土板以及设置于所述高强高韧混凝土板内的FRP筋或FRP网格。

可选地，所述FRP混凝土构件由高强高韧混凝土板以及设置于所述高强高韧混凝土板内的FRP筋或FRP网格组成。

一种复合构件，其中，包括本实用新型所述的FRP混凝土构件、设置于所述FRP混凝土构件上的剪力结构、设置于所述剪力结构上的钢筋混凝土层，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。

可选地，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倍的剪力键宽度，且小于等于500mm。

有益效果：本实用新型在高强高韧混凝土板内设置FRP筋或FRP 网格，通过高强高韧混凝土与FRP(FRP筋或FRP网格)之间的协同工作能力，不仅能够提升结构的抗弯刚度和耐久性，而且当本实用新型作为普通钢筋混凝土梁的永久性模板时还可以提升复合构件的承载力，形成不同种材料之间的良好组合效应。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的一种FRP混凝土构件的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中的一种FRP混凝土构件的裂缝发展情况；

图3是本实用新型实施例中的板状FRP混凝土构件和FRP增强普通高强混凝土板的承载力-挠度曲线；

图4是本实用新型实施例中的一种表面设置有剪力结构的FRP混凝土构件的示意图；

图5是本实用新型实施例中的一种复合构件的示意图；

附图中各标记：1、高强高韧混凝土板；2、FRP筋或FRP网格； 3、FRP混凝土构件；4、剪力结构；5、钢筋混凝土层。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、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用以解释本实用新型，并不用于限定本本实用新型。

钢筋混凝土由于其材料低廉，性能优异等优点，通常采用其作为海工基础设施的主要结构形式，但是其常面临普通混凝土材料的受拉易裂以及钢材的易锈蚀等问题。如何在海洋环境中确保结构外部的耐久防护性能，以抵抗外部复杂环境的有害物质渗透和腐蚀，从而实现结构的长寿命成为需要攻克的技术挑战。

为了解决上述问题，本实用新型实施例提供了一种FRP混凝土构件，其中，包括高强高韧混凝土板1以及设置于所述高强高韧混凝土板1内的FRP筋2或FRP网格2，见图1所示。

其中，所述高强高韧混凝土板主要由水泥、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，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。

本实施例中的FRP混凝土构件由高强高韧混凝土板以及设置于所述高强高韧混凝土板内的FRP(FRP筋或FRP网格)组成。用高强高韧混凝土和FRP结合，所述高强高韧混凝土能够与FRP之间协同工作，不仅能够提升结构的抗弯刚度和耐久性，而且当本实施例FRP混凝土构件作为普通钢筋混凝土梁的永久性模板时还可以提升复合构件的承载力，形成不同种材料之间的良好组合效应。其中的人工骨料和短切纤维增加了高强高韧混凝土和FRP之间的协同工作性能，可大幅提升承载力至两倍以上。

本实用新型用高强高韧混凝土和FRP结合，加入的人工骨料可作为有益的“缺陷”，提升高强高韧性混凝土的多缝开裂能力，使其具有出色的变形(一般为普通混凝土的300-1000倍)，同时大大降低了混凝土和FRP界面的应力集中，增加了混凝土和FRP之间的协同工作性能，通过高强高韧混凝土自身材料的优势增加其与FRP之间的协同工作能力，不仅能够提升结构的抗弯刚度和耐久性，而且当本实用新型FRP混凝土构件作为普通钢筋混凝土梁的永久性模板时还可以提升复合构件的承载力，形成不同种材料之间的良好组合效应。

本实施例中的板状的FRP混凝土构件也可作为钢筋混凝土或海水海砂混凝土的永久性模板，提高施工效率，节省工期，以达到节约成本的目的。本实施例中的FRP混凝土构件亦可作为浮体结构的主要制备材料，提高普通钢筋混凝土结构的安全性和耐久性或直接取代普通钢筋混凝土。

FRP是一种纤维与基体材料经过缠绕、模压或拉挤等成型工艺而形成的材料，FRP材料是一种力学性能出色的高温耐久性复合材料(几乎不受有害离子的腐蚀)，可以替代现有钢筋混凝土构件中的钢筋，以提高FRP混凝土构件的耐久性。进一步地，所述FRP为玻璃纤维 FRP(GFRP)、碳纤维FRP(CFRP)、玄武岩纤维FRP(BFRP)和芳纶纤维FRP(AFRP)等中的一种或几种。

考虑到FRP直到拉断均表现为线弹性，没有普通钢筋那样的屈服平台，带有一定的脆性且与开裂后的普通混凝土材料的协同工作性能较弱，无法充分利用FRP的力学性能，因此难以直接应用于现有混凝土解决现有FRP混凝土构件中混凝土受拉易裂和FRP脱黏破坏的问题。基于此，本实施例中所使用的高强高韧混凝土是以水泥、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”，使其具有出色的变形能力 (一般为普通混凝土的300-1000倍)，增加了混凝土和FRP之间的协同工作性能，出现了FRP混凝土构件受压破坏，如图2所示，而不是现有FRP混凝土构件中经常出现的界面滑移脱黏，从而形成FRP线弹性材料与延性混凝土之间的强强组合，可大幅提升FRP混凝土构件的抗弯承载力和刚度。如图3所示，本次四点弯实验分别用FRP筋和 FRP网格增强高强高韧混凝土板和现有FRP增强混凝土板，结果显示，相对于FRP增强普通高强混凝土板，FRP筋和FRP网格增强高强高韧混凝土板承载力分别提升了173％和138％，变形能力分别提升了165％和55％，充分显示了该体系所带来的优越的力学性能。

进一步地，所述高强高韧混凝土板的抗压强度大于等于100MPa，极限拉伸应变大于等于3％。高强高韧混凝土的高强度、高弹性模量可以提高FRP混凝土构件抗弯刚度，高强高韧混凝土优异的拉伸性能可以提升FRP混凝土构件的抗弯承载力和刚度。

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，用水泥、天然骨料和人工骨料为基体，高性能短切纤维为高韧性、高抗裂材料，本实施例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，然后经破碎装置破碎而成。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。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，FRP混凝土构件的成本会很高。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。

本实用新型实施例还提供一种复合构件，如图4-图5所示，包括所述FRP混凝土构件3、设置于所述FRP混凝土构件3上的剪力结构4、设置于所述剪力结构4上的钢筋混凝土层5，所述剪力结构4 由多个剪力板41和多个凸起状的三角形剪力键42交替连接一体而成，所述剪力板41和所述三角形剪力键42的底边连接。

本实施例中的FRP混凝土构件可用作钢筋混凝土结构的永久性模板。当FRP混凝土构件作为永久性模板使用时，会在高强高韧混凝土板与钢筋混凝土层的接触面处设置具有特殊结构的剪力结构，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层厚的 1/2；相邻的剪力键间距不小于2.5倍剪力键宽，且不超过500mm。通过剪力键确保FRP混凝土构件与普通钢筋混凝土之间的协同工作性能，在增强复合构件承载力的基础上，同时保证混凝土复合构件的整体性。

综上所述，本实用新型提供了一种FRP混凝土构件及复合构件，所述FRP混凝土构件包括：高强高韧混凝土板以及设置于所述高强高韧混凝土板内的FRP筋或FRP网格。本实用新型用高强高韧混凝土和 FRP结合，通过高强高韧混凝土自身材料的优势增加其与FRP之间的协同工作能力，不仅能够提升结构的抗弯刚度和耐久性，而且当本实用新型作为普通钢筋混凝土梁的永久性模板时，还可以提升复合构件的承载力，形成不同种材料之间的良好组合效应。

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 (3)

1.一种复合构件，其特征在于，包括FRP混凝土构件、设置于所述FRP混凝土构件上的剪力结构、设置于所述剪力结构上的钢筋混凝土层，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；

所述FRP混凝土构件包括高强高韧混凝土板以及设置于所述高强高韧混凝土板内的FRP筋或FRP网格。

2.根据权利要求1所述的复合构件，其特征在于，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高强高韧混凝土板厚的1/2。

3.根据权利要求1所述的复合构件，其特征在于，相邻两个三角形剪力键的间距大于等于2.5倍的剪力键宽度，且小于等于500mm。

Images