采用水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱及其制造方法，所述制造方法是將浸潤在水泥漿的纖維布，通過水泥漿粘結(jié)及纖維布端部重疊區(qū)做閉合處理，約束在混凝土柱表面；所述水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱包括混凝土柱和包裹在混凝土柱外的水泥漿基體纖維布，以及兩者之間的水泥漿層；本發(fā)明利用水泥漿作為粘結(jié)材料和纖維基體，避免使用各類易燃易軟化的膠黏劑，經(jīng)濟高效地解決纖維布約束混凝土柱因之間因各類膠黏劑在高溫作用下失效破壞而引起的約束效果急速劣化的問題，具有防火耐火、承載力高、延性好、耐腐蝕、抗老化、節(jié)約成本、節(jié)能環(huán)保、施工便捷安全、可再生利用等優(yōu)勢，有較強的實用性和推廣價值。
【專利說明】采用水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)工程的【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種采用水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]纖維增強塑料(Fiber reinforced polymer,簡稱FRP)是由連續(xù)纖維及樹脂基體按一定的比例復(fù)合而成，不同類型的纖維、樹脂，及它們之間的比例，影響著FRP材料的外觀形狀和力學(xué)性能，這使得FRP材料適合于多種不同功能的建筑結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的需要。FRP除了在航空、機械、化工等領(lǐng)域，近十幾年來在工程結(jié)構(gòu)中作為建筑材料的應(yīng)用越來越多，這得益于FRP材料具有很多優(yōu)良的性能，其中輕質(zhì)高強、耐腐蝕是其最主要的方面。而隨著這種材料的廣泛推廣，價格持續(xù)走低，應(yīng)用于建筑工程上的經(jīng)濟效益也逐漸凸顯。而相對于其他類型的FRP，如玻璃纖維增強塑料(GFRP)、芳綸纖維增強塑料(AFRP)及玄武巖纖維增強塑料(BFRP)，碳纖維增強塑料(CFRP)因其更優(yōu)的力學(xué)性能，目前工程加固上應(yīng)用最多。
[0003]FRP材料特性決定了其在工程中有很好的應(yīng)用。鑒于受載荷的混凝土柱環(huán)向約束后處于三向受力狀態(tài)下力學(xué)及其他性能大大增強的經(jīng)驗，采用FRP作為柔性外包材料，可環(huán)向約束各種形狀和類型的結(jié)構(gòu)柱，限制其橫向變形，提高構(gòu)件抗震等各項力學(xué)性能；同時保護內(nèi)部鋼筋和混凝土材料，提高結(jié)構(gòu)的耐久性；且可作為永久模板，干作業(yè)施工，節(jié)省勞動成本，具有高效的技術(shù)經(jīng)濟效益。因此，采用FRP約束的組合結(jié)構(gòu)柱應(yīng)運而生。同時，由于使用年限、火災(zāi)地震等問題的破壞影響，目前國內(nèi)外存在大量需要修復(fù)和加固的既有建筑，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，盡管通過增大柱截面積、外貼鋼板等方法亦能取得一定的加固效果，但存在占用原有使用空間及不耐腐蝕等缺點，而通過在混凝土表面粘結(jié)FRP板、FRP布，能快速達到結(jié)構(gòu)補強的目的，延長結(jié)構(gòu)使用壽命周期，避免大量建筑的拆除重建，符合可持續(xù)發(fā)展要求。
[0004]在FRP材料的理論研究方面也快速發(fā)展，不同形態(tài)的FRP材料不斷開發(fā)，應(yīng)用于多種類型的結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的法規(guī)相繼出臺，為規(guī)范FRP的應(yīng)用起到了推動作用。然而，F(xiàn)RP材料存在著一個嚴重的不足=FRP的強度和剛度受溫度影響敏感度大，在火災(zāi)中受熱易軟化、易燃，伴隨有毒煙氣釋放。這主要是由于FRP中樹脂基體性能劣化引起的，環(huán)氧樹脂屬于環(huán)氧類有機物，如果溫度超過其玻璃化溫度時，膠黏劑分解或軟化，抗剪強度急劇下降，喪失傳遞纖維間剪力和防止纖維屈曲的作用。而且，目前，F(xiàn)RP材料和混凝土柱之間通常是通過建筑結(jié)構(gòu)膠進行粘貼，這些膠大多也不具有耐火性，在高溫影響下，抗拉強度明顯下降，難以保證碳纖維與混凝土的共同工作，影響整體約束效果，甚至部分膠粘劑本身就是可燃物，這就為加劇了火災(zāi)對建筑結(jié)構(gòu)的破壞。因而，除非對使用FRP材料約束的混凝土構(gòu)件同時做復(fù)雜而高成本的表面防火處理，否則FRP材料的應(yīng)用大多只能局限在橋梁或外部結(jié)構(gòu)等對防火要求不高的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，這就制約了其在更大范圍的民用商用房屋、廠房、停車場等建筑中的發(fā)展，也不利于其自身優(yōu)點的發(fā)揮。
[0005]限制FRP在結(jié)構(gòu)中的使用顯然不符合新材料新技術(shù)的發(fā)展要求，利用各種類型的防火涂料又提高工程建筑成本，不適合施工大面積大范圍使用，因此，在將FRP材料大量推廣到建筑結(jié)構(gòu)中時，提高其高溫作用下的耐火性能困難很大。然而，由于FRP約束混凝土的防火性能差主要問題出現(xiàn)在選用的樹脂基體及膠粘材料上，而不是纖維本身，實際上，纖維的耐火性能是非常好的，與混凝土材料相當(dāng)。因而，避免使用樹脂基體和膠粘材料，也許是解決纖維布約束混凝土柱耐火問題的捷徑之一。
[0006]上述論述內(nèi)容目的在于介紹可能與下面將被描述和/或主張的本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)問題，有助于更好地理解本發(fā)明的各個方面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為克服現(xiàn)有FRP組合結(jié)構(gòu)中，粘結(jié)FRP與混凝土柱的膠黏劑在火災(zāi)等高溫作用下失效，造成結(jié)構(gòu)承載力的急劇下降，影響結(jié)構(gòu)耐久性及其他性能的問題，本發(fā)明提供一種采用水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱的制造方法。其利用水泥漿作為纖維布基體，并通過涂抹水泥漿，而避免使用各類易燃易軟化的膠黏劑作為連接FRP布與結(jié)構(gòu)柱的粘結(jié)材料，使纖維布粘結(jié)在混凝土柱表面，既達到有效約束混凝土柱的目的，又解決FRP約束結(jié)構(gòu)柱因之間的膠黏劑在高溫作用下失效而引起的各項性能劣化的問題。本發(fā)明還提供了一種水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱。
[0008]本發(fā)明提供的一種采用水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱的制造方法，其有如下步驟:
(1)將纖維布兩端部裁剪，其中一端裁剪成等間距等長度流蘇狀，另一端裁剪成對應(yīng)寬度間距和長度的馬牙槎狀；
(2)將混凝土柱表面打磨處理，除去表面松散浮層；
(3)調(diào)配水泥漿，攪拌均勻；
(4)將裁剪好的纖維布浸潤在調(diào)好的水泥漿中，使纖維布內(nèi)外均沾滿水泥漿；
(5 )在表面處理后的混凝土柱上均勻涂抹步驟(3 )調(diào)好的水泥漿，并將浸潤后的纖維布包裹在混凝土柱外面；
(6)對纖維布端部重疊區(qū)做閉合處理，馬牙槎端在外，與流蘇端條帶交錯搭接；
(7)纖維布包裹完成后，在其表面覆蓋一層步驟(3)調(diào)好的水泥漿，放置待干后即制成水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱。
[0009]所述步驟(3)中的水泥漿水灰比不大于混凝土柱采用的水灰比；且對于約束大構(gòu)件的情況，在水泥漿中添加少量細砂。
[0010]所述步驟(5)中的水泥漿作為粘結(jié)材料，涂抹在混凝土柱表面與纖維布之間，其厚度不小于5mm。
[0011]所述步驟(7)中的水泥衆(zhòng)覆蓋的厚度不小于5_。
[0012]本發(fā)明提供的一種所述制造方法制造的采用水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱，包括混凝土柱和包裹在混凝土柱外的水泥漿基體纖維布，以及兩者之間的水泥漿層；在混凝土柱外表面的第一層是厚度不小于5_的水泥漿層，第二層是包裹在混凝土柱外的沾滿水泥漿的纖維布，纖維布兩端部裁剪，其中一端裁剪成等間距等長度流蘇狀，另一端裁剪成對應(yīng)寬度間距和長度的馬牙槎狀，馬牙槎端在外，與流蘇端條帶交錯搭接，通過水泥漿粘結(jié)及纖維布端部重疊區(qū)閉合，約束在混凝土柱表面；最外面的第三層是覆蓋在纖維布表面的厚度不小于5_的水泥衆(zhòng)層。
[0013]所述的纖維布包括但不限于單層或多層的碳纖維布、玻璃纖維布、芳綸纖維布或玄武巖纖維布。
[0014]所述的混凝土柱截面形狀包括但不限于圓形、橢圓形、正方形或矩形。
[0015]所述的條帶交錯搭接，搭接長度不小于150mm，搭接條帶數(shù)不少于20條，每條帶搭接覽度不大于100mm。
[0016]所述使用多層的碳纖維布、玻璃纖維布、芳綸纖維布或玄武巖纖維布，每層各自閉合，相鄰兩層閉合的重疊區(qū)的位置錯開不小于100_。
[0017]本發(fā)明具有如下的有益效果:
(I)防火性能優(yōu)越。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，由于本水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱中沒有可燃易燃的膠黏劑，有效規(guī)避了工序復(fù)雜而高成本的防火技術(shù)的處理，而采用耐火等級為A級(屬于不燃性材料)的水泥漿粘結(jié)，因而在即使在高溫破壞下，外圍纖維布依然對結(jié)構(gòu)具有良好的約束作用，不會存在膠黏劑的軟化流動等失效問題，延長結(jié)構(gòu)耐火極限，大大減少火災(zāi)對結(jié)構(gòu)的破壞。
[0018](2)力學(xué)性能良好?；炷林芡饫w維布的約束，在軸向荷載作用下處于三向受壓狀態(tài)，承載力較素混凝土有顯著增強。同時，涂抹的水泥漿的強度不低于被約束的混凝土強度，保證了薄弱區(qū)盡量不出現(xiàn)在粘結(jié)面層。而且纖維布端部作閉合處理，通過特定的做法要求，使兩端交錯搭接，能延緩纖維布受拉脫落，具有一定的編織捆綁效果。而且，最后還在上面附加水泥漿層，加強搭接閉合區(qū)的牢靠性，保證約束效果。經(jīng)過相關(guān)實驗證明，運用這種方法的碳纖維布約束的混凝土柱，其軸壓承載力比普通混凝土提高25%以上，延性亦大大增強，約3?4倍，具有很好的抗震效果，適合在地震多發(fā)的地區(qū)使用。另外，從破壞形態(tài)上看，屬于受力較大的中部碳纖維布拉斷破壞，而閉合區(qū)搭接良好，未出現(xiàn)閉合區(qū)纖維成片脫落抽離現(xiàn)象，亦表明了此無膠粘貼的方法在工程上應(yīng)用的可行性。
[0019](3)久性能好。防火涂料、環(huán)氧樹脂等有機材料，容易受到日常環(huán)境的不良影響，如在日曬環(huán)境下容易老化、脆化，對建筑的結(jié)構(gòu)承載功能及外表美觀也造成影響。而水泥漿作為傳統(tǒng)的建筑材料，經(jīng)受歷史的考驗，耐久性強，能較好抵抗各種外界日常環(huán)境的不良影響。
[0020](4)節(jié)約建筑成本。各類防火涂料及膠黏劑的使用，不僅很大程度上增加了建筑成本，而且，即使在未發(fā)生火災(zāi)的日常使用上，也造成維護費用的加重，未能高效利用材料，不符合節(jié)約能源的環(huán)保理念。采用本發(fā)明介紹的方法，能省去此類涂料使用和維護成本，而水泥衆(zhòng)在建筑中使用廣泛，價格低廉。
[0021 ] ( 5 )、施工便捷安全。由于不采用濕粘法將纖維布粘結(jié)在混凝土柱上，無需涂底膠、涂面膠、防火處理等一系列的復(fù)雜而精度要求高的工序，使用水泥漿分量更便于調(diào)配，對現(xiàn)場儀器設(shè)備要求低，而且水泥漿相對于各種有機粘結(jié)劑，無毒性無刺激性氣味，使用時粘性較低，對施工人員身體傷害很小，施工現(xiàn)場易管理，衛(wèi)生易清潔。
[0022](6)可再生施工，資源循環(huán)利用。由于水泥漿終凝時間較長，粘性較低，在未完全干透的情況下，包裹的纖維布還有調(diào)整的余地，現(xiàn)場施工靈活。另外，對于使用此方法約束的混凝土構(gòu)件，可以向回收鋼筋一樣，將價格高昂的纖維布回收，經(jīng)過適當(dāng)加工處理，重新運用的建筑中去，符合資源循環(huán)再生的環(huán)保理念。[0023]綜上所述，本發(fā)明利用水泥漿作為粘結(jié)材料和纖維基體，避免使用各類易燃易軟化的膠黏劑作為連接纖維布與混凝土柱的粘結(jié)材料，經(jīng)濟高效地解決纖維布約束混凝土柱因之間的膠黏劑在高溫作用下失效破壞而引起的約束效果急速劣化的問題。本發(fā)明具有防火耐火、承載力高、延性好、耐腐蝕、抗老化、節(jié)約成本、節(jié)能環(huán)保顯著、施工便捷安全等優(yōu)異性能，且有一定的可再生利用效應(yīng)，具有較強的實用性和推廣價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]利用附圖對本發(fā)明作進一步說明，但附圖中的實施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。
[0025]圖1為本發(fā)明水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱的示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱截面的示意圖。
[0027]圖3為本發(fā)明水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱方法的纖維布端部重疊區(qū)閉合處理前兩端部示意圖。
[0028]圖4為本發(fā)明水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱方法的纖維布端部重疊區(qū)閉合處理后兩端部示意圖。
[0029]圖中標(biāo)號說明:1 一混凝土圓柱；2 —水泥漿；3 —纖維布。
[0030]【具體實施方式】:
為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0031]本發(fā)明的核心在于提供一種采用水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱方法及水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱，考慮到既然膠黏劑的作用是為了使纖維布附著在混凝土柱表面達到約束效果，本發(fā)明從替換非膠黏材料的根源處著手，拋棄使用各類防火性能差、價格昂貴的膠黏劑，而選用混凝土自身膠凝材料——水泥漿，使混凝土和纖維布粘結(jié)一體，提高纖維布約束混凝土柱高溫下的承載力和耐久性。
[0032]本發(fā)明應(yīng)用于碳纖維布約束混凝土柱中，整體效果如圖1所示；其組合柱截面如圖2所示。本實施例中，澆注的混凝土圓柱I截面直徑為150mm，高為300mm?；炷翀A柱I的立方體設(shè)計強度為C35，混凝土水灰比為0.539。水泥漿2的水灰比為0.539。纖維布3是從一卷厚度為0.17mm,寬度為500mm的碳纖維布中，沿纖維方向裁成長度為775mm,寬度為300mm的布塊。選用上述材料，具體做法如下:
(I)將碳纖維布兩端部裁剪成如圖3所示，為使用此無膠粘貼方法進行約束混凝土柱的端部重疊區(qū)閉合處理做準(zhǔn)備。其中一端裁剪成等間距等長度流蘇狀，每條流蘇長度為150mm,寬度為15mm，總條數(shù)為20條；另一端裁剪成對應(yīng)寬度間距和長度的馬牙槎狀，每條突出(凹入)長度為150mm，寬度為15mm，總條數(shù)為20條。
[0033](2)對混凝土圓柱進行表面打磨處理，除去表面松散浮層。
[0034](3)調(diào)配好符合要求的水泥漿，攪拌均勻。
[0035](4)將裁剪好的碳纖維布浸潤在調(diào)好的水泥漿中，使纖維布內(nèi)外均沾滿水泥漿。
[0036](5)在表面處理后的混凝土柱上均勻涂抹水泥漿層5mm，并將浸潤后的碳纖維布包裹在混凝土柱外面。
[0037](6)對碳纖維布端部重疊區(qū)按圖4所示做閉合處理，馬牙槎端在外，與流蘇端條帶交錯搭接。
[0038](7)在全柱外圍附加覆蓋一層水泥衆(zhòng)5mm,放置待干后，即完成水泥衆(zhòng)基體纖維布無膠約束混凝土柱。
[0039]本發(fā)明的工作原理是:水泥漿具有較好的膠凝作用，能粘結(jié)混凝土與纖維布為一體，使纖維布在混凝土外形成可靠約束，限制混凝土橫向變形，提高組合柱的承載力和延性。同時，水泥漿屬耐火材料，在火災(zāi)高溫影響下，性能不會明顯降低，對核心混凝土同樣保持良好的約束效果。
[0040]采用此無膠約束混凝土柱的方法的優(yōu)點在于，具有防火耐火、承載力高、延性好、耐腐蝕、抗老化、節(jié)約成本、節(jié)能環(huán)保顯著、施工便捷安全等優(yōu)異性能，且有一定的可再生利用效應(yīng)。
[0041]上面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0042]總之，本發(fā)明雖然例舉了上述優(yōu)選實施方式，但是應(yīng)該說明，雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進行各種變化和改型，除非這樣的變化和改型偏離了本發(fā)明的范圍，否則都應(yīng)該包括在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種采用水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱的制造方法，其特征在于如下步驟: (1)將纖維布兩端部裁剪，其中一端裁剪成等間距等長度流蘇狀，另一端裁剪成對應(yīng)寬度間距和長度的馬牙槎狀； (2)將混凝土柱表面打磨處理，除去表面松散浮層； (3)調(diào)配水泥漿，攪拌均勻； (4)將裁剪好的纖維布浸潤在調(diào)好的水泥漿中，使纖維布內(nèi)外均沾滿水泥漿； (5)在表面處理后的混凝土柱上均勻涂抹步驟(3)調(diào)好的水泥漿，并將浸潤后的纖維布包裹在混凝土柱外面； (6)對纖維布端部重疊區(qū)做閉合處理，馬牙槎端在外，與流蘇端條帶交錯搭接； (7)纖維布包裹完成后，在其表面覆蓋一層步驟(3)調(diào)好的水泥漿，放置待干后即制成水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述步驟(3)中的水泥漿水灰比不大于混凝土柱采用的水灰比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述步驟(5)中的水泥漿作為粘結(jié)材料，涂抹在混凝土柱表面與纖維布之間，其厚度不小于5_。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述步驟(7)中的水泥漿覆蓋的厚度不小于5mmο
5.一種如權(quán)利要求1的制造方法制造的采用水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱，其特征在于:包括混凝土柱和包裹在混凝土柱外的水泥漿基體纖維布、以及兩者之間的水泥漿層；在混凝土柱外表面的第一層是厚度不小于5_的水泥漿層，第二層是包裹在混凝土柱外的沾滿水泥漿的纖維布，纖維布兩端部裁剪，其中一端裁剪成等間距等長度流蘇狀，另一端裁剪成對應(yīng)寬度間距和長度的馬牙槎狀，馬牙槎端在外，與流蘇端條帶交錯搭接，通過水泥漿粘結(jié)及纖維布端部重疊區(qū)閉合，約束在混凝土柱表面；最外面的第三層是覆蓋在纖維布表面的厚度不小于5mm的水泥漿層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱，其特征在于:所述的纖維布包括但不限于單層或多層的碳纖維布、玻璃纖維布、芳綸纖維布或玄武巖纖維布。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱，其特征在于:所述的混凝土柱截面形狀包括但不限于圓形、橢圓形、正方形或矩形。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱，其特征在于:所述的條帶交錯搭接，搭接長度不小于150mm，搭接條帶數(shù)不少于20條，每條帶搭接寬度不大于 10Omnin
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用水泥漿基體纖維布無膠約束混凝土柱，其特征在于:所述使用多層的碳纖維布、玻璃纖維布、芳綸纖維布或玄武巖纖維布，每層各自閉合，相鄰兩層閉合的重疊區(qū)的位置錯開不小于100mm。
【文檔編號】E04B1/94GK104018671SQ201410233219
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】曾嵐, 李麗娟, 劉鋒 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)