專利名稱：用于水泥混凝土路面的復合材料傳力桿及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于道路工程領域，尤其涉及一種用于水泥混凝土路面的復合材料傳力桿及其制備方法。
背景技術：
大量的水泥路面路況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有水泥路面的破壞以斷板和錯臺為主要的破壞形式。這些路面破壞在嚴重影響路面上車輛行駛質(zhì)量的同時，大大縮短了路面的使用壽命，使得道路的修建和養(yǎng)護費用大幅度提高。鑒于此，國家頒布的《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》2003年版進一步強調(diào)水泥混凝土路面板接縫間傳荷裝置的重要性，明確指出對于高等級公路所有的橫縫都要加裝傳力桿，同時加大了傳力桿直徑的尺寸要求。新規(guī)范為提高水泥混凝土路面的質(zhì)量所增加的這些新的要求，使得水泥混凝土路面的鋼材用量急劇增加。近年來，國內(nèi)外鋼材價格一直呈上升趨勢，特別是今年以來，國際鐵礦石價格更上漲達70％以上，鋼材價格的進一步上漲已成為不爭的事實。與鋼材緊密相關的土木工程領域都將面臨著大幅提高成本的局面。因此，復合材料制品替代鋼材用于土木工程具有巨大的商業(yè)前景和經(jīng)濟效益。
幾乎全世界的路面設計規(guī)范都規(guī)定水泥混凝土路面的設計使用壽命不小于30年。因此，要求路面?zhèn)髁U要有非常好的耐久性。長期以來，由于路面接縫漏水，使得鋼制傳力桿嚴重銹蝕；另一個問題是，鋼制傳力桿表面硬度過大，在車輪荷載作用下，傳力桿與路面混凝土接觸界面極易損壞，致使傳力桿松動，并最終導致傳力桿失效，以及路面的損壞。用復合材料制成的傳力桿可以有效克服這兩個問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于水泥混凝土路面的復合材料傳力桿及其制備方法，用本發(fā)明的復合材料傳力桿替代傳統(tǒng)鋼制傳力桿，可以節(jié)省道路工程成本，改善傳力桿的路用性能。
為了增加復合材料傳力桿的剛度和強度，降低造價，本發(fā)明的復合材料傳力桿設計成由兩部分構(gòu)成棒芯和玻璃鋼管，玻璃鋼管套在棒芯上，玻璃鋼管由纖維和樹脂纏繞而成，纖維體積含量為60～75％，樹脂體積含量為25～40％。
根據(jù)使用的需要，本發(fā)明的復合材料傳力桿的斷面可以做成圓形或橢圓形。
本發(fā)明的復合材料傳力桿的制備方法有兩種。
第一種制備方法(纏繞法)如下(1)按設計配合比稱好各種原材料，水灰比(水用量/初始計算水泥用量)為0.3～0.45，砂率(細集料/(細集料+粗集料))為42～52％；粉煤灰用量為初始計算水泥用量的10～25％，減水劑為初始計算水泥用量的0.5～3％，消泡劑為初始計算水泥用量的0.1～5‰，最終水泥用量為初始計算水泥用量減去粉煤灰所取代的水泥用量，單位體積用水量為180～210Kg/m3，粗集料用量為850～950Kg/m3；把水分成兩份，其中一份為80～90％，摻入減水劑；另外一份為10～20％，摻入消泡劑，充分拌和均勻；(2)往水泥混凝土拌和機內(nèi)按順序加入粗集料、細集料、水泥、粉煤灰，開動拌和機馬達，將材料拌和均勻，在攪拌過程中將步驟(1)中摻入減水劑的水徐徐加入，全部加料時間為100～140秒；(3)全部加入后，繼續(xù)拌和50～70秒，將步驟(1)中摻入消泡劑的水在10秒內(nèi)加完，再拌和30～40秒；(4)將水泥混凝土裝入模具中，把裝有水泥混凝土的模具放在震動臺上震動50～80秒；(5)密封養(yǎng)護3～10天，脫模，利用纖維與樹脂通過制襯機、固化站、纏繞機與修整機對水泥混凝土芯進行纏繞，纖維體積含量為60～75％，樹脂體積含量為25～40％，纏繞角度為45°～65°，纏繞厚度為3～10mm；(6)纏繞后密封養(yǎng)護28天即可。
所述步驟(4)中模具為圓形或橢圓形，圓形時內(nèi)徑為5±2cm，橢圓形時長軸為5±1cm，短軸為3.5±0.5cm。
第二種制備方法(澆鑄法)如下(1)利用制襯機、固化站、纏繞機、修整機與脫模機將纖維與樹脂制備成玻璃鋼管，其中纖維體積含量為60～75％，樹脂體積含量為25～40％，纏繞角度為45°～65°，纏繞厚度為3～10mm；(2)按設計配合比稱好各種原材料，水灰比(水用量/初始計算水泥用量)為0.3～0.45，砂率(細集料/(細集料+粗集料))為42～52％；粉煤灰為初始計算水泥用量的10～25％，膨脹劑為初始計算水泥用量的8～12％，減水劑為初始計算水泥用量的0.5～3％，消泡劑為初始計算水泥用量的0.1～5‰，最終水泥用量為初始計算水泥用量減去粉煤灰、膨脹劑所取代的水泥用量，單位體積用水量為180～210Kg/m3，粗集料用量為850～950Kg/m3；把水分成兩份，其中一份為80～90％，摻入減水劑；另外一份為10～20％，摻入消泡劑，充分拌和均勻；(3)往水泥混凝土拌和機內(nèi)按順序加入粗集料、細集料、水泥、粉煤灰及膨脹劑，開動拌和機馬達，將材料拌和均勻，在攪拌過程中將步驟(2)中摻入減水劑的水徐徐加入，全部加料時間為100～140秒；(4)全部加入后，繼續(xù)拌和50～70秒，將步驟(2)中摻入消泡劑的水在10秒內(nèi)加完，再拌和30～40秒；(5)將水泥混凝土裝入玻璃鋼管中，把裝有水泥混凝土的玻璃鋼管放在震動臺上震動50～80秒；(6)密封養(yǎng)護28天。
所述步驟(5)中玻璃鋼管為圓形或橢圓形，圓形時內(nèi)徑為5±2cm，橢圓形時長軸為5±1cm，短軸為3.5±0.5cm。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果(1)相比鋼制傳力桿，本發(fā)明的復合材料傳力桿在雨水侵入道路結(jié)構(gòu)后的抗銹蝕性更好，具有更好的耐久性；(2)由于鋼制傳力桿表面剛度過大，行車作用容易造成傳力桿與路面混凝土在表面接觸的損壞，進而導致傳力桿失效，而本發(fā)明的復合材料傳力桿可以有效克服這個問題，且與混凝土的結(jié)合性更好；(3)使用本發(fā)明的復合材料傳力桿具有較高的經(jīng)濟性，比起鋼制傳力桿可以節(jié)約大約30％的造價，具有巨大的商業(yè)前景和經(jīng)濟效益；(4)本發(fā)明制備方法簡單，對制備設備要求不高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明的復合材料傳力桿用于水泥混凝土路面板間傳荷系統(tǒng)的示意圖；圖2是本發(fā)明的復合材料傳力桿的圓形斷面示意圖；圖3是本發(fā)明的復合材料傳力桿的橢圓形斷面示意圖。
圖中1-車輪荷載 2-水泥混凝土路面板 3-復合材料傳力桿 4-板間橫向接縫 3-1是玻璃鋼管 3-2是棒芯具體實施方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地描述。
如圖2和3所示，本發(fā)明的復合材料傳力桿由兩部分構(gòu)成棒芯3-2和玻璃鋼管3-1，玻璃鋼管3-1套在棒芯3-2上，玻璃鋼管由纖維和樹脂纏繞而成，纖維體積含量為60～75％，樹脂體積含量為25～40％。根據(jù)使用的需要，復合材料傳力桿的斷面可以做成圓形或橢圓形。
如圖1所示，當車輪荷載1作用于其中一塊靠近板間橫向接縫4處的水泥混凝土路面板2時，復合材料傳力桿3將一部分車輪荷載1傳遞到相鄰的水泥混凝土路面板2上，減少直接承受車輪荷載1的水泥混凝土路面板2的變形和板底部的拉應力，使相鄰的兩塊板變形協(xié)調(diào)，有利于水泥混凝土路面板2的保護。
用纏繞法制備復合材料傳力桿的例子如下實施例1(1)按設計配合比稱好各種原材料，水灰比(水用量/初始計算水泥用量)為0.45，砂率(細集料/(細集料+粗集料))為52％；粉煤灰用量為初始計算水泥用量的25％，減水劑為初始計算水泥用量的0.5％，消泡劑為初始計算水泥用量的0.1‰，最終水泥用量為初始計算水泥用量減去粉煤灰所取代的水泥用量，單位體積用水量為210Kg/m3，粗集料用量為850Kg/m3；把水分成兩份，其中一份為80％，摻入減水劑；另外一份為20％，摻入消泡劑，充分拌和均勻；(2)往水泥混凝土拌和機內(nèi)按順序加入粗集料、細集料、水泥、粉煤灰，開動拌和機馬達，將材料拌和均勻，在攪拌過程中將步驟(1)中摻入減水劑的水徐徐加入，全部加料時間為100秒；(3)全部加入后，繼續(xù)拌和50秒，將步驟(1)中摻入消泡劑的水在10秒內(nèi)加完，再拌和30秒；(4)將水泥混凝土裝入長軸為5cm、短軸為3.5cm的橢圓形模具中，把裝有水泥混凝土的圓形模具放在震動臺上震動50秒；(5)密封養(yǎng)護3天，脫模，利用纖維與樹脂通過制襯機、固化站、纏繞機與修整機對水泥混凝土芯進行纏繞，纖維體積含量為75％，樹脂體積含量為25％，纏繞角度為65°，纏繞厚度為3mm；(6)纏繞后密封養(yǎng)護28天即可。
實施例2(1)按設計配合比稱好各種原材料，水灰比(水用量/初始計算水泥用量)為0.37，砂率(細集料/(細集料+粗集料))為46％；粉煤灰用量為初始計算水泥用量的15％，減水劑為初始計算水泥用量的2％，消泡劑為初始計算水泥用量的3‰，最終水泥用量為初始計算水泥用量減去粉煤灰所取代的水泥用量，單位體積用水量為190Kg/m3，粗集料用量為880Kg/m3；把水分成兩份，其中一份為85％，摻入減水劑；另外一份為15％，摻入消泡劑，充分拌和均勻；(2)往水泥混凝土拌和機內(nèi)按順序加入粗集料、細集料、水泥、粉煤灰，開動拌和機馬達，將材料拌和均勻，在攪拌過程中將步驟(1)中摻入減水劑的水徐徐加入，全部加料時間為120秒；(3)全部加入后，繼續(xù)拌和60秒，將步驟(1)中摻入消泡劑的水在10秒內(nèi)加完，再拌和35秒；
(4)將水泥混凝土裝入內(nèi)徑為5cm的圓形模具中，把裝有水泥混凝土的橢圓形模具放在震動臺上震動70秒；(5)密封養(yǎng)護7天，脫模，利用纖維與樹脂通過制襯機、固化站、纏繞機與修整機對水泥混凝土芯進行纏繞，纖維體積含量為68％，樹脂體積含量為32％，纏繞角度為52°，纏繞厚度為6mm；(6)纏繞后密封養(yǎng)護28天即可。
實施例3(1)按設計配合比稱好各種原材料，水灰比(水用量/初始計算水泥用量)為0.3，砂率(細集料/(細集料+粗集料))為42％；粉煤灰用量為初始計算水泥用量的10％，減水劑為初始計算水泥用量的3％，消泡劑為初始計算水泥用量的5‰，最終水泥用量為初始計算水泥用量減去粉煤灰所取代的水泥用量，單位體積用水量為180Kg/m3，粗集料用量為950Kg/m3；把水分成兩份，其中一份為90％，摻入減水劑；另外一份為10％，摻入消泡劑，充分拌和均勻；(2)往水泥混凝土拌和機內(nèi)按順序加入粗集料、細集料、水泥、粉煤灰，開動拌和機馬達，將材料拌和均勻，在攪拌過程中將步驟(1)中摻入減水劑的水徐徐加入，全部加料時間為140秒；(3)全部加入后，繼續(xù)拌和70秒，將步驟(1)中摻入消泡劑的水在10秒內(nèi)加完，再拌和40秒；(4)將水泥混凝土裝入內(nèi)徑為7cm的圓形模具中，把裝有水泥混凝土的模具放在震動臺上震動80秒；(5)密封養(yǎng)護10天，脫模，利用纖維與樹脂通過制襯機、固化站、纏繞機與修整機對水泥混凝土芯進行纏繞，纖維體積含量為60％，樹脂體積含量為40％，纏繞角度為45°，纏繞厚度為10mm；(6)纏繞后密封養(yǎng)護28天即可。
用澆鑄法制備復合材料傳力桿的例子如下實施例4(1)利用制襯機、固化站、纏繞機、修整機與脫模機將纖維與樹脂制備成長軸為5cm，短軸為3.5cm的橢圓形玻璃鋼管，其中纖維體積含量為75％，樹脂體積含量為25％，纏繞角度為65°，纏繞厚度為3mm；(2)按設計配合比稱好各種原材料，水灰比(水用量/初始計算水泥用量)為0.45，砂率(細集料/(細集料+粗集料))為52％；粉煤灰為初始計算水泥用量的25％，膨脹劑為初始計算水泥用量的12％，減水劑為初始計算水泥用量的0.5％，消泡劑為初始計算水泥用量的0.1‰，最終水泥用量為初始計算水泥用量減去粉煤灰、膨脹劑所取代的水泥用量，單位體積用水量為210Kg/m3，粗集料用量為850Kg/m3；把水分成兩份，其中一份為80％，摻入減水劑；另外一份為20％，摻入消泡劑，充分拌和均勻；(3)往水泥混凝土拌和機內(nèi)按順序加入粗集料、細集料、水泥、粉煤灰及膨脹劑，開動拌和機馬達，將材料拌和均勻，在攪拌過程中將步驟(2)中摻入減水劑的水徐徐加入，全部加料時間為100秒；(4)全部加入后，繼續(xù)拌和50秒，將步驟(2)中摻入消泡劑的水在10秒內(nèi)加完，再拌和30秒；(5)將水泥混凝土裝入長軸為4cm、短軸為3cm的橢圓形玻璃鋼管中，把裝有水泥混凝土的橢圓形玻璃鋼管放在震動臺上震動50秒；(6)密封養(yǎng)護28天。
實施例5(1)利用制襯機、固化站、纏繞機、修整機與脫模機將纖維與樹脂制備成內(nèi)徑為5cm的圓形玻璃鋼管，其中纖維體積含量為68％，樹脂體積含量為32％，纏繞角度為52°，纏繞厚度為6mm；(2)按設計配合比稱好各種原材料，水灰比(水用量/初始計算水泥用量)為0.37，砂率(細集料/(細集料+粗集料))為46％；粉煤灰為初始計算水泥用量的15％，膨脹劑為初始計算水泥用量的9％，減水劑為初始計算水泥用量的2％，消泡劑為初始計算水泥用量的3‰，最終水泥用量為初始計算水泥用量減去粉煤灰、膨脹劑所取代的水泥用量，單位體積用水量為190Kg/m3，粗集料用量為880Kg/m3；把水分成兩份，其中一份為85％，摻入減水劑；另外一份為15％，摻入消泡劑，充分拌和均勻；(3)往水泥混凝土拌和機內(nèi)按順序加入粗集料、細集料、水泥、粉煤灰及膨脹劑，開動拌和機馬達，將材料拌和均勻，在攪拌過程中將步驟(2)中摻入減水劑的水徐徐加入，全部加料時間為120秒；(4)全部加入后，繼續(xù)拌和60秒，將步驟(2)中摻入消泡劑的水在10秒內(nèi)加完，再拌和35秒；(5)將水泥混凝土裝入圓形玻璃鋼管中，把裝有水泥混凝土的圓形玻璃鋼管放在震動臺上震動70秒；(6)密封養(yǎng)護28天。
實施例6(1)利用制襯機、固化站、纏繞機、修整機與脫模機將纖維與樹脂制備成內(nèi)徑為3cm的圓形玻璃鋼管，其中纖維體積含量為60％，樹脂體積含量為40％，纏繞角度為45°，纏繞厚度為10mm；(2)按設計配合比稱好各種原材料，水灰比(水用量/初始計算水泥用量)為0.3，砂率(細集料/(細集料+粗集料))為42％；粉煤灰為初始計算水泥用量的10％，膨脹劑為初始計算水泥用量的8％，減水劑為初始計算水泥用量的3％，消泡劑為初始計算水泥用量的5‰，最終水泥用量為初始計算水泥用量減去粉煤灰、膨脹劑所取代的水泥用量，單位體積用水量為180Kg/m3，粗集料用量為950Kg/m3；把水分成兩份，其中一份為90％，摻入減水劑；另外一份為10％，摻入消泡劑，充分拌和均勻；(3)往水泥混凝土拌和機內(nèi)按順序加入粗集料、細集料、水泥、粉煤灰及膨脹劑，開動拌和機馬達，將材料拌和均勻，在攪拌過程中將步驟(2)中摻入減水劑的水徐徐加入，全部加料時間為140秒；(4)全部加入后，繼續(xù)拌和70秒，將步驟(2)中摻入消泡劑的水在10秒內(nèi)加完，再拌和40秒；(5)將水泥混凝土裝入玻璃鋼管中，把裝有水泥混凝土的玻璃鋼管放在震動臺上震動80秒；(6)密封養(yǎng)護28天。
權利要求
1.一種用于水泥混凝土路面的復合材料傳力桿，由棒芯和玻璃鋼管兩部分構(gòu)成，玻璃鋼管套在棒芯上，其特征在于玻璃鋼管由纖維和樹脂纏繞而成，纖維體積含量為60～75％，樹脂體積含量為25～40％。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于水泥混凝土路面的復合材料傳力桿，其特征在于復合材料傳力桿的斷面為圓形。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于水泥混凝土路面的復合材料傳力桿，其特征在于復合材料傳力桿的斷面為橢圓形。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于水泥混凝土路面的復合材料傳力桿，其特征在于制備方法如下(1)按設計配合比稱好各種原材料，水灰比為0.3～0.45，砂率為42～52％；粉煤灰用量為初始計算水泥用量的10～25％，減水劑為初始計算水泥用量的0.5～3％，消泡劑為初始計算水泥用量的0.1～5‰，最終水泥用量為初始計算水泥用量減去粉煤灰所取代的水泥用量，單位體積用水量為180～210Kg/m3，粗集料用量為850～950Kg/m3；把水分成兩份，其中一份為80～90％，摻入減水劑；另外一份為10～20％，摻入消泡劑，充分拌和均勻；所述水灰比是水用量與初始計算水泥用量的比；所述砂率是細集料與細集料及粗集料之和的比；(2)往水泥混凝土拌和機內(nèi)按順序加入粗集料、細集料、水泥、粉煤灰，開動拌和機馬達，將材料拌和均勻，在攪拌過程中將步驟(1)中摻入減水劑的水徐徐加入，全部加料時間為100～140秒；(3)全部加入后，繼續(xù)拌和50～70秒，將步驟(1)中摻入消泡劑的水在10秒內(nèi)加完，再拌和30～40秒；(4)將水泥混凝土裝入模具中，把裝有水泥混凝土的模具放在震動臺上震動50～80秒；(5)密封養(yǎng)護3～10天，脫模，利用纖維與樹脂通過制襯機、固化站、纏繞機與修整機對水泥混凝土芯進行纏繞，纖維體積含量為60～75％，樹脂體積含量為25～40％，纏繞角度為45°～65°，纏繞厚度為3～10mm；(6)纏繞后密封養(yǎng)護28天即可。
5.根據(jù)權利要求4所述的用于水泥混凝土路面的復合材料傳力桿，其特征在于所述步驟(4)中模具為圓形，內(nèi)徑為5±2cm。
6.根據(jù)權利要求4所述的用于水泥混凝土路面的復合材料傳力桿，其特征在于所述步驟(4)中模具為橢圓形，長軸為5±1cm，短軸為3.5±0.5cm。
7.根據(jù)權利要求1所述的用于水泥混凝土路面的復合材料傳力桿，其特征在于制備方法如下(1)利用制襯機、固化站、纏繞機、修整機與脫模機將纖維與樹脂制備成玻璃鋼管，其中纖維體積含量為60～75％，樹脂體積含量為25～40％，纏繞角度為45°～65°，纏繞厚度為3～10mm；(2)按設計配合比稱好各種原材料，水灰比為0.3～0.45，砂率為42～52％；粉煤灰為初始計算水泥用量的10～25％，膨脹劑為初始計算水泥用量的8～12％，減水劑為初始計算水泥用量的0.5～3％，消泡劑為初始計算水泥用量的0.1～5‰，最終水泥用量為初始計算水泥用量減去粉煤灰、膨脹劑所取代的水泥用量，單位體積用水量為180～210Kg/m3，粗集料用量為850～950Kg/m3；把水分成兩份，其中一份為80～90％，摻入減水劑；另外一份為10～20％，摻入消泡劑，充分拌和均勻；所述水灰比是水用量與初始計算水泥用量的比；所述砂率是細集料與細集料及粗集料之和的比；(3)往水泥混凝土拌和機內(nèi)按順序加入粗集料、細集料、水泥、粉煤灰及膨脹劑，開動拌和機馬達，將材料拌和均勻，在攪拌過程中將步驟(2)中摻入減水劑的水徐徐加入，全部加料時間為100～140秒；(4)全部加入后，繼續(xù)拌和50～70秒，將步驟(2)中摻入消泡劑的水在10秒內(nèi)加完，再拌和30～40秒；(5)將水泥混凝土裝入玻璃鋼管中，把裝有水泥混凝土的玻璃鋼管放在震動臺上震動50～80秒；(6)密封養(yǎng)護28天。
8.根據(jù)權利要求7所述的用于水泥混凝土路面的復合材料傳力桿，其特征在于所述步驟(5)中玻璃鋼管為圓形，內(nèi)徑為5±2cm。
9.根據(jù)權利要求7所述的用于水泥混凝土路面的復合材料傳力桿，其特征在于所述步驟(5)中玻璃鋼管為橢圓形，長軸為5±1cm，短軸為3.5±0.5cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于水泥混凝土路面的復合材料傳力桿，由棒芯和玻璃鋼管兩部分構(gòu)成，玻璃鋼管套在棒芯上，玻璃鋼管由纖維和樹脂纏繞而成，纖維體積含量為60～75％，樹脂體積含量為25～40％。復合材料傳力桿的斷面可以做成圓形或橢圓形。本發(fā)明的復合材料傳力桿的制備方法簡單，對制備設備要求不高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的復合材料傳力桿在雨水侵入道路結(jié)構(gòu)后的抗銹蝕性較好，具有更好的耐久性，而且不易造成傳力桿與路面混凝土在表面接觸的損壞，與混凝土的結(jié)合性更好；另外，使用本發(fā)明的復合材料傳力桿具有較高的經(jīng)濟性，比起鋼制傳力桿可以節(jié)約大約30％的造價，具有巨大的商業(yè)前景和經(jīng)濟效益，可廣泛應用于道路交通建設領域。
文檔編號E01C11/02GK1776097SQ20051010195
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月9日 優(yōu)先權日2005年12月9日
發(fā)明者王端宜, 胡遲春, 潘艷珠 申請人:華南理工大學