一種用于gfrp筋混凝土裂縫控制的基體及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體，其組成及重量配比為：水泥15%~30%、水5%~15%、粉煤灰5%~15%、砂子20%~40%、石子15%~30%、減水劑0.1%~1%和改性聚丙烯單絲纖維0.23%~0.6%。還公開了一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體的制作方法，采用纖維先摻法，包括以下步驟：按重量配合比稱量出所需的水泥、粉煤灰、砂子、粗骨料、減水劑和纖維；將砂子和粗骨料加入攪拌機(jī)，啟動(dòng)攪拌機(jī)，攪拌1-2分鐘；再加入水泥和粉煤灰，攪拌1-2分鐘后，邊攪拌，邊手動(dòng)加入纖維，使纖維均勻分布；加完纖維后，再攪拌6分鐘，使纖維分散均勻；將減水劑加入水中，適當(dāng)攪拌，向攪拌桶里緩慢加水，加完水以后，再攪拌3-5分鐘。本發(fā)明制成的基體有良好的和易性、粘聚性、保水性、可施工性好。
【專利說明】一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于筋混凝土裂縫控制的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言涉及一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]FRP筋作為一種已經(jīng)研究較為成熟的筋材，但國(guó)內(nèi)在一些民用建筑、公共建筑中一直沒有得到廣泛的推廣使用。然而FRP筋有著質(zhì)量輕、抗拉強(qiáng)度高、抗腐蝕、耐疲勞及無需定期維護(hù)、好的耐久性和可靠性、抗電磁干擾等優(yōu)勢(shì)。但由于GFRP材料彈性模量?jī)H40GPa左右，所以GFRP筋混凝土結(jié)構(gòu)受力開裂裂縫過寬，難以滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，嚴(yán)重阻礙了該項(xiàng)技術(shù)在混凝土配筋應(yīng)用方面的推廣。然而，在混凝土添加纖維對(duì)延緩混凝土結(jié)構(gòu)開裂及提高混凝土韌性有較好的作用。在國(guó)際上，通常制備ECC材料來改善基體材料的韌性，ECC通常是以水泥、粉煤灰、石英砂作為基體，用外添加劑和纖維做增強(qiáng)材料，在纖維體積摻量小于2%的情況下，其極限拉應(yīng)變通常在3%~7%的范圍內(nèi)，但在推廣上存在問題是性價(jià)比過低，只能在一些特殊建筑物中使用。按本發(fā)明制備的纖維混凝土比ECC材料每立方便宜300至500元，又能有效的控制GFRP筋混凝土裂縫開展，因此，研究GFRP纖維混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)于推廣GFRP材料的應(yīng)用和對(duì)橋梁工程、港口碼頭未來建設(shè)有巨大的意義。國(guó)內(nèi)對(duì)于GFRP筋混凝土結(jié)構(gòu)研究，2000年高丹盈等人通過對(duì)62根GFRP筋混凝土梁和鋼筋混凝土梁對(duì)比，得出配筋率對(duì)GFRP抗裂承載力的影響有限，但在配筋范圍內(nèi)抗彎承載力隨著配筋率的增加而增加，并建立了抗裂彎矩和抗彎承載力的計(jì)算方法。2007年翁春光通過5根GFRP梁和I根鋼筋混凝土梁的對(duì)比，得出了 GFRP混凝土梁的設(shè)計(jì)一般受容許裂縫寬度及撓度的控制，提出了 GFRP筋混凝土梁開裂彎矩公式。在公式推導(dǎo)中，把梁看出均質(zhì)體，而GFRP筋彈性模量約為混凝土兩倍，假設(shè)不盡合理。2011年周繼凱、王海玲在《GFRP筋混凝土受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)方法試驗(yàn)研究》文章中建立了 GFRP筋混凝土構(gòu)件的力學(xué)特性，1)GFRP筋混凝土受彎構(gòu)件正截面受彎破壞前有明顯預(yù)兆，如撓度大、裂縫寬等，適筋配筋破壞過程中表現(xiàn)出了較好的延性。2)建立了 GFRP筋混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力的計(jì)算公式、裂縫寬度計(jì)算公式、撓度計(jì)算公式及實(shí)用設(shè)計(jì)方法，建議正常使用極限狀態(tài)以撓度值作為控制標(biāo)準(zhǔn)，為今后建立設(shè)計(jì)規(guī)程提供參考。3)指出采用面積等代方法設(shè)計(jì)GFRP筋混凝土受彎構(gòu)件正截面承載能力是安全、高效的，給出了不滿足正常使用極限狀態(tài)時(shí)驗(yàn)算放寬標(biāo)準(zhǔn)。4)配箍率、剪跨比、縱筋配筋率是影響GFRP筋混凝土受彎構(gòu)件斜截面抗剪承載力的主要因素，配箍率對(duì)承載力影響最大，剪跨比影響其破壞形式，抗剪承載力隨著剪跨比的增大減小。5)建立了GFRP筋混凝土受彎構(gòu)件斜截面承載力、裂縫寬度、開裂荷載的計(jì)算公式。6)進(jìn)行了 GFRP筋混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝探討，指出了現(xiàn)場(chǎng)彎折加工注意因素，總結(jié)了 GFRP筋直筋、彎曲筋的錨固長(zhǎng)度和GFRP筋現(xiàn)場(chǎng)搭接長(zhǎng)度設(shè)計(jì)參數(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于研究GERP筋混凝土的裂縫控制措施研究不是很多。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能對(duì)GERP筋混凝土的裂縫做到很好控制的基體及其制備方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:提供一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體，其組成及重量配比為:水泥15%~30%、水5%~15%、粉煤灰5%~15%、砂子20%~40%、粗骨料15%~30%、減水劑0.1%~1%和改性聚丙烯單絲纖維0.23%~0.6%。
[0005]進(jìn)一步地,還包括粗骨料,所述粗骨料為連續(xù)連續(xù)級(jí)配,粒徑范圍為且每立方混凝土粗骨料摻量不超過560kg。
[0006]進(jìn)一步地，所述減水劑為聚羧酸高效減水劑。
[0007]進(jìn)一步地，所述水泥和粉煤灰為膠凝材料，所述水與膠凝材料的質(zhì)量比值在
0.2~0.4。
[0008]進(jìn)一步地，所述基體的組成及重量配比為:水泥20.57%、水11.75%、粉煤灰8.81%、砂子34.72%、粗骨料23.11%、減水劑0.48%、改性聚丙烯單絲纖維0.56%。
[0009]本發(fā)明提供的一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體的制作方法，采用纖維先摻法，包括以下步驟:
步驟一、按重量配合比稱量出所需的水泥、粉煤灰、砂子、粗骨料、減水劑和纖維；步驟二、將砂子和粗骨料加入攪拌機(jī)，啟動(dòng)攪拌機(jī)，攪拌1-2分鐘；再加入水泥和粉煤灰，攪拌1-2分鐘后，邊攪拌，邊手動(dòng)加入纖維，使纖維均勻分布；加完纖維后，再攪拌6分鐘，使纖維分散均勻；
步驟三、將減水劑加入水中，適當(dāng)攪拌，向攪拌桶里緩慢加水，加完水以后，再攪拌3-5分鐘。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
1、為GFRP筋混凝土梁的裂縫控制提供了一種解決方案，同時(shí)為GFRP筋在橋梁工程、港口碼頭工程中的推廣起到了一定作用。
[0011]2、原料易得、成本較低。
[0012]聚丙烯纖維市場(chǎng)已經(jīng)較為成熟，在國(guó)內(nèi)就能買到，價(jià)格相對(duì)較低。本發(fā)明采用的基體組成有石子，在提高混凝土韌性，控制裂縫的前提下，相對(duì)ECC來說，成本大為降低。
[0013]3、對(duì)加工環(huán)境及操作要求較低。
[0014]在進(jìn)行GFRP筋混凝土材料基體制備中，與普通的混凝土制備環(huán)境相同，便于施工。
[0015]4、按本發(fā)明制成的基體有良好的和易性、粘聚性、保水性、可施工性好。
[0016]5、本發(fā)明制成的基體對(duì)GFRP筋混凝土材料有著良好的抗裂、限裂作用，且有較好的韌性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是GFRP筋普通混凝土梁的正截面抗彎實(shí)驗(yàn)裂縫與荷載的關(guān)系曲線圖；
圖2是GFRP筋纖維混凝土梁的正截面抗彎實(shí)驗(yàn)裂縫與荷載關(guān)系圖；
圖3是本發(fā)明的纖維先摻法流程圖；
圖4是本發(fā)明的GFRP筋纖維混凝土裂縫發(fā)展圖形。

【具體實(shí)施方式】
[0018]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的和技術(shù)方案更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于所描述的本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無需創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0019]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0020]本發(fā)明中所述的“和/或”的含義指的是各自單獨(dú)存在或兩者同時(shí)存在的情況均包括在內(nèi)。
[0021]本發(fā)明中所述的“內(nèi)、外”的含義指的是相對(duì)于設(shè)備本身而言，指向設(shè)備內(nèi)部的方向?yàn)閮?nèi)，反之為外，而非對(duì)本發(fā)明的裝置機(jī)構(gòu)的特定限定。
[0022]本發(fā)明中所述的“左、右”的含義指的是閱讀者正對(duì)附圖時(shí)，閱讀者的左邊即為左，閱讀者的右邊即為右，而非對(duì)本發(fā)明的裝置機(jī)構(gòu)的特定限定。
[0023]本發(fā)明中所述的“連接”的含義可以是部件之間的直接連接也可以是部件間通過其它部件的間接連接。
[0024]由圖1、圖2可以看出按本發(fā)明制備GFRP筋纖維混凝土起到了良好的控制裂縫發(fā)展的作用；圖4為按本發(fā)明最佳基體配合比制作的GFRP筋纖維混凝土梁做正截面受彎實(shí)驗(yàn)的裂縫發(fā)展圖形，由圖可以看出其裂縫細(xì)而密，有效的提高了梁的韌性，裂縫得到有效控制。
[0025]本發(fā)明的用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體配合比及其制作方法的基體組成及重量配比:水泥15%~30%、水5%~15%、粉煤灰5%~15%、砂子20%~40%、粗骨料15%~30%、減水劑
0.1%~1%、改性聚丙烯單絲纖維0.23%~0.6%。
[0026]減水劑為聚羧酸高效減水劑。
[0027]本發(fā)明基體組成中,粗骨料為連續(xù)級(jí)配,粒徑范圍為5"!6mm,且每立方混凝土摻量不超過560kg。
[0028]本發(fā)明基體組成中，改性聚丙烯單絲纖維的最佳體積摻量為0.7%~1.2%。
[0029]如圖3所示，本發(fā)明一種專用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體配合比及其制作方法的基體制備過程，采用先摻纖維法，具體步驟為:
步驟A、按GFRP筋混凝土基體重量配合比稱量出所需的水泥、粉煤灰、砂子、粗骨料、減水劑、纖維。
[0030]步驟B、將重量配比依次為34.72%,23.11%的砂子、粗骨料加入攪拌機(jī)，啟動(dòng)攪拌機(jī)，攪拌廣2分鐘，再加入重量配比分別為11.75%,8.81%的水泥、粉煤灰，攪拌f 2分鐘后，邊攪拌，邊手動(dòng)向里面加入重量配比為0.56%的纖維，盡量使纖維能夠均勻分布，加完纖維后，再干拌6分鐘，使纖維能夠分散均勻，若攪拌量較大，適當(dāng)加長(zhǎng)時(shí)間。
[0031]步驟C、將重量配比為0.48%的減水劑加入重量配比為11.75%的水中，適當(dāng)攪拌，向攪拌桶里緩慢加水，加完水以后，再攪拌3飛分鐘即可。
[0032]我們通過將纖維混凝土與GFRP筋相結(jié)合，利用纖維混凝土的高韌性，起到抗裂、限裂的作用。纖維混凝土的抗裂性能與纖維摻量有關(guān)系，本發(fā)明將給出GFRP筋混凝土基體的最佳纖維摻量范圍。本發(fā)明在基體中摻入了粗骨料，從而降低了造價(jià)，但是需要控制粗骨料連續(xù)級(jí)配的粒徑范圍及每立方最大摻量，本發(fā)明也將給出。
[0033]本發(fā)明通過對(duì)GFRP混凝土基體配合比的改進(jìn)及其制備方法的調(diào)整，既能使基體具有好的和易性、粘聚性和保水性，又能有效的控制裂縫發(fā)展，且價(jià)格低廉，從而具有可靠地施工性，也有效地提高了 GFRP筋混凝土材料的抗裂、限裂能力，以正常使用極限狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)，為GFRP筋混凝土材料的推廣有很大意義。
[0034]本發(fā)明所使用的水泥、粉煤灰和砂子在建材市場(chǎng)即可買到；本發(fā)明的減水劑為普通的化工原料，在市場(chǎng)上即可買到；本發(fā)明所使用的聚丙烯纖維采用的是北京中紡纖建改性聚丙烯單絲纖維，也在市場(chǎng)上可買到；本發(fā)明采用的GFRP筋為普通玻璃纖維筋，在市場(chǎng)上即可買到。
[0035] 以上僅為本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體，其特征在，其組成及重量配比為:水泥15%~30%、水5%~15%、粉煤灰5%~15%、砂子20%~40%、石子15%~30%、減水劑0.1%~1%和改性聚丙烯單絲纖維0.23%~0.6%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體，其特征在于，還包括粗骨料，所述粗骨料為連續(xù)連續(xù)級(jí)配，粒徑范圍為5~16mm，且每立方混凝土粗骨料摻量不超過560kg。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體，其特征在于，所述減水劑為聚羧酸聞效減水劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體，其特征在于，所述水泥和粉煤灰為膠凝材料，所述水與膠凝材料的質(zhì)量比值在0.2^0.4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體，其特征在于，所述基體的組成及重量配比為:水泥20.57%、水11.75%、粉煤灰8.81%、砂子34.72%、粗骨料23.11%、減水劑0.48%、改性聚丙烯單絲纖維0.56%。
6.一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體的制作方法，其特征在于，采用纖維先摻法，包括以下步驟: 步驟一、按重量配合比稱量出所需的水泥、粉煤灰、砂子、粗骨料、減水劑和纖維； 步驟二、將砂子和粗骨料加入攪拌機(jī)，啟動(dòng)攪拌機(jī)，攪拌1-2分鐘；再加入水泥和粉煤灰，攪拌1-2分鐘后， 邊攪拌，邊手動(dòng)加入纖維，使纖維均勻分布；加完纖維后，再攪拌6分鐘，使纖維分散均勻； 步驟三、將減水劑加入水中，適當(dāng)攪拌，向攪拌桶里緩慢加水，加完水以后，再攪拌3-5分鐘。
【文檔編號(hào)】C04B16/06GK104129949SQ201410361216
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】周繼凱, 岳青瀅, 徐飛飛, 李成強(qiáng), 林重陽, 魏偉, 梁愷, 沈超 申請(qǐng)人:河海大學(xué)