CN86100604A - 改进的玻璃纤维加固混凝土板 - Google Patents

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Abstract

一种玻璃纤维加固混凝土板，它与一般玻璃纤维加固水泥板不同的地方是它的玻璃纤维不是切碎的，而是整条玻璃纤维从板的一端连续地伸展到另一端。不同方向的玻璃纤维条交织成一层玻璃纤维层，纤维层与混凝土层或水泥砂浆层互相间隔成一多层结构。每层纤维层中的纤维束的方向、数量、束与束之间的距离都是根据该板的形状及在工作时的负载条件而设计的。本发明较预制混凝土件优胜之处乃其重量轻，不生锈及不可燃性，形式设计可多样化。

Description

本发明涉及玻璃纤维加固混凝土板，特别是一种玻璃纤维是连续地在混凝土板中加固。并涉及附有传统加固材料如钢筋等的玻璃纤维加固混凝土板。
早在六十年代末期，随着抗碱玻璃纤维研制成功，玻璃纤维加固水泥板便成为建筑界一种新材料。在七十年代末期，经特殊保护的E类玻璃纤维亦开始应用于加固水泥板。一般玻璃纤维加固水泥板的厚度约为10毫米至13毫米，甚至可以薄至6.3毫米。因此，这类水泥板的质量很轻。与钢筋混凝土预制件比较，它的轻质量，使运输费用降低，安装容易;作为建筑物的非主要受力构件，更能大大降低建筑物的负载。目前，玻璃纤维加固水泥板是将抗碱性玻璃纤维切成细条，再混入水泥、细砂及水搓匀而成含玻璃纤维的水泥浆，利用泵将该混有切碎玻璃纤维的水泥浆喷在模板上。经过涂好及压实后，该切碎玻璃纤维加固水泥板会在一天后脱模，再经约六至七天的养护而成。这类切碎玻璃纤维加固水泥板中的玻璃纤维约占总重量的百分之五;切碎玻璃纤维加固的水泥板的强度主要是受玻璃纤维含量的影响，除非有其它试验证据支持，否则为了保持足够的强度，玻璃纤维至少要占总重量的百分之四。玻璃纤维的最佳长度是1.5英寸至2英寸。在喷涂时，要令玻璃纤维尽可能无规则地被喷涂在模板平面的二维空间上，不然，成品可能会在不同方向有不同的特性。由于切碎玻璃纤维加固水泥板的强度始终比钢筋混凝土低，因此它们主要是应用于受力不大的构件上。可惜，玻璃纤维的市值比钢筋高出十倍以上，而且，在该种水泥板中的水泥用量也较一般混凝土为高。加上一般非主要受力的钢筋混凝土构件中的钢筋用量往往不足百分之一，使切碎玻璃纤维加固水泥板造价相对地高昂。因此，在很多情况下，钢筋混凝土预制件仍然比切碎玻璃纤维加固混凝土板来得经济。所以，切碎玻璃纤维加固混凝土板仍未被广泛使用。
本发明的目的是利用玻璃纤维将混凝土作更有效的加固。同时，将玻璃纤维加固混凝土的造价降低至足以与预制钢筋混凝土件竞争。
本发明的另一目的是将玻璃纤维加固混凝土用途发展至多样化。
本发明的玻璃纤维加固混凝土板与现时使用切碎玻璃纤维来加固的水泥板最不同的地方是，本发明的玻璃纤维是多条连续地横贯整块混凝土板而形成玻璃纤维层。玻璃纤维条的位置和方向都是预先设计的，使它们能在混凝土板需要加固的地方和方向存在，集中对混凝土板进行加固。另外，本发明的玻璃纤维层则与混凝土层互相间隔成一多层结构。
本发明除大量降低水泥的用量外，而且还加进了碎石料，全然地加强了它的强度。玻璃纤维之直径较钢筋为细，故不受间隔的限制。本发明除了保留了切碎玻璃纤维的各种优点外，造价更低。本发明的特点是玻璃纤维就好像钢筋混凝土中的钢筋一样集中在混凝土板须要加固的层面，而且整条玻璃纤维沿着需要抗拉力的方向由一端连续地伸展至另一端，使所有容易破坏混凝土的拉力均集中于玻璃纤维身上。玻璃纤维的抗拉强度为3700牛顿/毫米2，足以与一般钢筋比美。其次，玻璃纤维的比重只有钢筋的三分之一，再一次减轻了玻璃纤维加固混凝土板的重量。加上玻璃纤维的不燃性及抗锈性等，故本发明比一般预制混凝土件有更多优点。本发明在形状方面及板块的平直方面均可在极大的范围内变化。它的板面可以是任何形状甚至在中间开孔，板身更可以是弯曲及弧形的。对各式各样的玻璃纤维加固混凝土板或组件，可以根据其结构及负载分析的结果，即各类应力的分布及大小，来设计玻璃纤维的摆放形式及数量。不过，在一般要求不特别高的情况下，将两层纵横交错的玻璃纤维条分别放在底层之上及顶层之下，已经足够了。一般的切碎玻璃纤维加固混凝土板中的玻璃纤维是无则及均匀地分布在混凝土之中的，因此，如果在某些方向及部位中，混凝土本身已足以抵抗可能存在的拉力、压力及剪力时，昂贵的玻璃纤维的存在显然是一种浪费。一般而言，二至三毫米的水泥浆作为表层，已能对本发明的玻璃纤维层作出足够的保护。然而，当混凝土板的表层受到其它适当的保护或不受侵袭时，整个表层都可以省去。例如，建筑物的外嵌墙或装饰外墙，由于它们的内表面将不受侵袭，所以可以将表层省去。又例如，当本发明的产品作为室内间墙时，两个表面可能涂上有保护作用的装饰物，因而可以将两层水泥层都省去。
除了以上所述，更可以用其他加固材料将本发明的玻璃纤维加固混凝土板进一步增强。由于玻璃纤维加固混凝土板一般的厚度都很小，如果用于制造较长的板时，因为细长比太大而令到板身在负载时产生很大的变位。虽然，这样对板的功能并没有怎么影响，但是在使用者方面却产生心理不安。因此，为了解决这个问题，本发明便须要进一步拓展。其中一个方法是在板身的混凝土内加入一些其他更坚固的加固材料，比如在板内的混凝土中加入钢筋来加固。但是由于钢筋容易受到侵蚀及氧化，5至10毫米的水泥或混凝土的保护是不足的，因此不锈钢是较为合适的。
另一种加强方法是在板的底部或其中一侧加上筋条，这些筋条是由混凝土包着钢枝或类似的加固材料而成。使用这种方法可将玻璃纤维加固混凝土板的长度及宽度得以大大扩展而不受板的厚度限制。当然，这种加固方法可以伸展至板面的两侧均有筋条。
现在就让我们连同附图一起看看本发明在一矩形玻璃纤维加固混凝土板时的推荐实施例，从而对本发明更加了解。
图1是该玻璃纤维加固混凝土板的截面。
图2是图1中玻璃纤维层的平面图。
图3是在玻璃纤维加固混凝土板中加入钢材作另一加固材料的实施例的截面。
图4是在玻璃纤维加固混凝土板的一侧加上含有钢枝的筋条的实施例的截面。
图5显示了切碎玻璃纤维加固水泥与本发明的玻璃纤维加固混凝土的机械特性。
在第一实施例中，混凝土与玻璃纤维构成如图1中的五层结构，包括：两层水泥表层（1，5），两层玻璃纤维层（2，4）及一层中心混凝土层（3）。
在制造的时候，首先将模板涂上适当的脱模剂或模板油，这样可使成品表面光滑和使脱模容易。接着在模板上涂上或喷上一层厚度约为三毫米的水泥砂浆层（1）。此水泥砂浆层主要用来保护玻璃纤维。如果表面需要进行特别保护或处理时，可以用其它适当的材料代替，例如环氧砂浆。跟着将一束束长度与模板的长度及宽度相同的抗碱玻璃纤维如图2般纵向及横向地放上，形成玻璃纤维层（2）。抗碱玻璃纤维束由三十股或股数更多的纤维线所组成，每一束之间的距离约为1厘米至3厘米。抗碱玻璃纤维束的股数多少及束与束之间的距离则视对成品强度的要求而定。如果长度比宽度大很多时，可以只用纵向玻璃纤维来加固。又如果该矩形板的长度及宽度相近，而且成品四边有支撑的话，则在近角的地方与模板纵向成45度的少量玻璃纤维束即可。玻璃纤维铺放好之后，便将高强度混凝土或高浓度之水泥砂浆灌筑其上，成为中心混凝土层（3）。这些混凝土或高浓度之水泥砂均有较高的水与水泥比，因此有相当高的和易性，灌筑过程便更易进行。混凝土加强剂或其它掺合料都可以使用;中心混凝土层经过震实后便可继续加上如（2）和（1）的玻璃纤维层（4）及表层（5）。欲嵌入的附加物或其它用于安装及固定的装置，可以在灌注中心混凝土层（3）时加上，或在涂上脱模剂之后装在模板上。表层（5）的表面可以修饰至平滑或者配以装饰用材料。经脱水处理后再摆放一天，然后脱模及养护。经至少六天的养护后，整块板的制造便告完成;依照以上提出的五层结构式实施例所制成的玻璃纤维加固混凝土板，其长度及宽度的变化范围均可为10厘米至3米，厚度则为12毫米至75毫米。这样的制造方法可以使纤维用量在较厚的玻璃纤维加固水泥板中降至0.2%，比起一般用切碎玻璃纤维加固的水泥板的纤维用量降低达二十倍。因此大大降低了制造材料的支出。本发明的另一个特色是，混凝土板越厚，纤维用量的比例越低，而用切碎玻璃纤维加固的水泥板的纤维用量的比例是固定的，还可能因水泥板太厚而需要提高纤维的含量。
虽然本发明的制造过程比较繁复，需要的时间比较长，不过它可以不用昂贵的混凝土泵机，这又从另一方面降低了成本。结果，本发明的玻璃纤维加固混凝土板的售价可以比切碎纤维的那种降低一半以上。
从试验过程显示，本发明的玻璃纤维加固混凝土板比切碎玻璃纤维加固的水泥板有更高的弯曲模量，而且比例极限比切碎玻璃纤维加固的水泥板高出一倍。从经验所得，玻璃纤维加固混凝土的极限强度会随着时间而慢慢降低，而在十五至二十年左右降至这个比例极限但不低于该比例极限。因此，一般的设计概念都以比例极限作为参数。试验结果显示，根据本实施例制造纤维含量为1%的混凝土板，虽然它的极限强度（20牛顿/毫米2）只及纤维含量为3%的切碎玻璃纤维加固水泥板，但是在设计及使用时根据本实施例制造的上述例子的比例极限强度为15牛顿/毫米2比高达7%纤维含量的切碎玻璃纤维加固水泥板的14牛顿/毫米2的比例极限强度还高。
图5是切碎玻璃纤维加固水泥与玻璃纤维加固混凝土的机械特性比较。有关切碎玻璃纤维加固水泥的一图是从英国一间生产这类产品的公司的设计指南中抽出，而玻璃纤维加固混凝土的一图是本发明的一个实验制品的试验结果。从这两个图，我们可以清楚看见切碎玻璃纤维加固水泥的比例极限只有其挠折模量的30%，而本发明的玻璃纤维加固混凝土的比例极限则为挠折模量的70%，明显地证明了本发明比先有技术的切碎玻璃纤维加固水泥更优胜。
同时，试验中的玻璃纤维加固混凝土板的中心层用高强度混凝土而不用水泥砂浆。虽然这会使比重由切碎玻璃纤维加固水泥板的2050公斤/米3增至2350公斤/米3，但却因水泥含量低而大大降低在干固时因收缩而引起的内应力及裂缝的出现。
图3显示了本发明的另一个实施方案，如图所示，在这个实施例中，一条不锈钢枝（6）被放置在中心混凝土层（3）之内。当一块薄而长的玻璃纤维加固混凝土板受到横向负载时，由于其细长比大而令至它产生很大的变位。虽然板件在结构上并没有任何问题，但是却令到使用的人心理上觉得它不够坚固。为了解决这个问题，本发明的这一个实施方案便是在中心的混凝土层中加入钢枝、型钢或类似的加固材料，在这里是不锈钢枝。钢枝的数量，方向可视乎须要而定。板身的结构基本上是第一个实施例的五层结构。选用不锈钢枝的理由是普通钢枝一般需要二十五毫米的混凝土层作保护，否则空气中的水份及氧气便能渗过较薄的混凝土表层，与钢枝产生氧化及生锈，因而引致混凝土表层破裂。然而，对于厚度一般只有二十毫米的本发明的玻璃纤维加固混凝土板来说是不可能的。虽然可从将钢枝混入厚度较大的玻璃纤维加固混凝土板中，使它有足够的保护表层，但是却失去了本发明的制品的一个重要优点，轻盈性。然而经过特殊保护的钢枝，如镀锌钢枝也是可以使用的。由于不锈钢枝一般都是表面光滑的，为了加强它与混凝土之间的粘着强度，可以在其表面加上特殊的粘剂。在制造时，只须在铺放了底层玻璃纤维层（2）之后，将表面涂有粘剂的不锈钢枝放上预定的位置，固定后便可浇灌混凝土，其它步骤一如首个实施例地进行。
经实验证明，这个造法能大大加强其刚度。以下是一个实际例子：一块长度为2.5米，宽度为1.2米而厚度则为20毫米的本发明的第一实施例的玻璃纤维加固混凝土板，其细长比高达430。如果将这块板平放，在纵向两端支承着，单是其自重已令其在中心部分产生22毫米的变位。比一般限制7毫米（长度的三百六十分之一）高出两倍。但是，只要在其中心混凝土层加入两条纵向，直径为5毫米的不锈钢枝便能将该板的刚度大大改善。
另一种加强本发明的玻璃纤维加固混凝土板的方法是在板的一面，甚至两面加上包含着钢枝或型钢等加固材料的混凝土或水泥砂浆筋。筋的方向及筋与筋的间距则视乎需要而定。图4显示了一个这样的实施例。从图中可见，玻璃纤维加固混凝土板的底部有包含钢枝6的纵向筋条7，其结构与附有次梁的楼板相似。在这个实施例中，板身仍然是第一个实施例的五层结构，由于筋条间的间距一般比较大，玻璃纤维在筋条之间的平板伸延以加固此部分的平板。
制造时，首先在模板上在须要用筋条加固的地方作成与筋条的宽度及深度相同的凹槽。利用间隔物将钢枝或型钢，这里是涂有粘结剂的不锈钢枝，在凹槽内承起。之后，在凹槽内浇灌混凝土或水泥砂浆至与筋条之间平板部分底部水泥砂浆表层平齐，然后铺放玻璃纤维束，其后的步骤与首个实施例相同。
经过加筋的玻璃纤维加固混凝土板的刚度便大大增强，而且对外间的负载能进一步承担。因此，这个实施例的制品的用途便更加广泛了。当然这个实施例的筋条可以进一步包括一些横向筋条，尤其是当长度与宽度的比例少于1.5。
本发明的用途包括：建筑物的外嵌墙或装饰墙、室内间墙、女儿墙、边界墙、隔声墙、建筑物之装饰构件、永久模板、临时建筑物和小型建筑物的外墙、平板和屋顶，甚至是地砖、天花板及户外家具亦可。另外，如果在玻璃纤维加固混凝土板未完全干固之前，即浇灌混凝土后的一段适当时间，作大幅度挠曲，更可以造出沟槽形的制品。因此，本发明对建筑界确实提供了一种价廉物美的新材料。

Claims (14)

1、一种玻璃纤维加固混凝土板，其特征为玻璃纤维层(2，4)与混凝土层或水泥砂浆层(1，3，5)互相间隔成一多层结构，其中玻璃纤维是整条连续地，一束束地排列在经分析后认为须要进行加固的地方及方向上而形成纤维层(2，4)。
2、如权利要求1所述的玻璃纤维加固混凝土板，其特征为所述多层结构为一个五层结构，即玻璃纤维层（2，4），混凝土层（3）及表层（1，5），其布置方式为两层玻璃纤维层（2，4）夹在中心混凝土层（3）与两层表层（1，5）之间。
3、如权利要求2所述的玻璃纤维加固混凝土板，其特征为当板的表面受到其他适当的保护或不需暴露在可能影响它的组织或功能的介质中时，所述该表层（1，5）中的一个或两个可以被省去。
4、如权利要求1所述的玻璃纤维加固混凝土板，其特征为所述玻璃纤维的方向、数量及位置可视板的形状、弯曲程度及工作时的负载情况而定。
5、如权利要求2所述的玻璃纤维加固混凝土板，其特征为该玻璃纤维加固混凝土板的长度和宽度的变化范围均可为10厘米至3米。
6、如权利要求2或权利要求5所述的玻璃纤维加固混凝土板，其特征为其厚度为12毫米至75毫米。
7、如权利要求1或权利要求2所述的玻璃纤维加固混凝土板，其特征为该玻璃纤维层（2，4）由纵向及横向的玻璃纤维束交错而成。
8、如权利要求7所述的玻璃纤维加固混凝土板，其特征为当板的长度比宽度大很多时，该玻璃纤维层（2，4）仅由纵向纤维束组成即可。
9、如权利要求7或权利要求8所述的玻璃纤维加固混凝土板其特征为玻璃纤维束的间距为1至3厘米。
10、如权利要求1，权利要求2，权利要求7或权利要求8所述的玻璃纤维加固混凝土板，其特征为在混凝土层中在至少一个方向上加入钢枝、型钢或类似的加固材料将板件进一步加固。
11、如权利要求1，权利要求2，权利要求7或权利要求8所述的玻璃纤维加固混凝土板，其特征为在板的至少一侧上的至少一个方向上加有凸起的混凝土或水泥砂浆的筋条，筋条之内包含至少一条钢枝、型钢或类似的加固材料。
12、如权利要求10所述的玻璃纤维加固混凝土板，其特征为所述钢枝、型钢或类似的加固材料是在板件纵向两端之间互相间隔地伸展。
13、如权利要求11所述的玻璃纤维加固混凝土板，其特征为所述筋条只在板的一侧纵向地伸展。
14、如权利要求11或13所述的玻璃纤维加固混凝土板，其特征为所述的每一条筋条只包含一根钢枝、型钢或类似的加固材料。
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