[发明专利]玄武岩纤维板混凝土组合拱圈及其制备方法和拱式桥

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其是涉及玄武岩纤维板混凝土组合拱圈及其制备方法和拱式桥。

背景技术

玄武岩纤维，是玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。玄武岩纤维在许多方面都表现出优异的性能：1.化学性能，玄武岩纤维含有K₂O、MgO和TiO₂，使得玄武岩纤维具有比无碱玻璃纤维更好的耐酸性、耐碱性和耐水能力；2.物理性能，玄武岩属于难熔矿石，熔化温度在1500℃以上，烧结温度达1060℃，使得玄武岩纤维具有优异的耐高温和耐低温性能，普通玄武岩纤维的有效使用温度范围为-260℃～700℃，特种玄武岩纤维可达982℃，其使用温度范围大大超过其它类别纤维材料，玄武岩纤维的吸音系数大于玻璃纤维等其它纤维，是一种理想的隔音材料，玄武岩纤维还具有优良的绝热性能和电绝缘性能，是一种理想的保温材料和电绝缘电子材料；3.机械力学性能，玄武岩纤维的抗拉强度与无碱玻璃纤维及碳纤维相当，其弹性模量是无碱玻璃纤维的1.5倍，是高强S玻璃纤维的1.9倍，从综合机械力学性能来看，玄武岩纤维是介于碳纤维与玻璃纤维之间的一种纤维，远远优于聚丙烯等化纤和木纤，是一种理想的复合材料加强纤维；4.玄武岩纤维还具有优异的高温稳定性，随着温度升高，其各项力学性能、物理和化学性能的下降幅度均小于无碱玻璃纤维。此外，玄武岩纤维的生产工艺产生的废弃物少，对环境污染小，产品废弃后可直接转入生态环境中，无任何危害，因而是一种名副其实的绿色、环保材料。

拱式桥是一种使用广泛且历史悠久的桥梁结构型式。拱圈是拱式桥的主要承重结构。拱圈按其横截面形式主要可分为板拱、肋拱、双曲拱和箱拱。按拱圈的材料可分为圬工拱桥、钢拱桥、混凝土拱桥以及钢筋混凝土拱桥。随着科技进步，鉴于钢筋混凝土的优良性能，多数新建拱桥采用钢筋混凝土拱圈结构型式。钢筋混凝土拱圈用钢筋绑扎成或焊接成钢筋笼作为骨架，主要承担拱圈所受载荷的拉力部分，混凝土作为基体材料，主要承担拱圈所受载荷的压力部分。随着科技进步，钢筋作为一种传统的金属材料，逐渐体现出不足：1.与众多新型材料相比，其强度等力学性能较低，导致拱圈的力学性能较低；2.钢筋的耐蚀性差，容易腐蚀；3.钢筋的上限使用温度较低，在高温下容易软化；4.钢筋的高温稳定性较差，随着环境温度升高其各项性能指标下降幅度较大；5.钢筋是铁质金属材料，而混凝土是主含二氧化硅的无机材料，二者的相容性较差，上述几点不足均会减小钢筋混凝土拱圈的使用性能和使用寿命。

因此，如何利用具有优良性能的玄武岩纤维克服目前钢筋混凝土拱圈存在的问题是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种玄武岩纤维板混凝土组合拱圈，该玄武岩纤维板混凝土组合拱圈以玄武岩纤维板作为底板，其上固定有玄武岩纤维筋构成的玄武岩纤维筋笼，混凝土以此玄武岩纤维筋笼作为增强材料，玄武岩纤维板与混凝土层结合紧密，没有钢筋等金属材料，从而解决了钢筋混凝土拱圈存在的问题，进一步提高了拱圈的使用性能和使用寿命。本发明的另一目的是提供一种玄武岩纤维板混凝土组合拱圈的制备方法。本发明还有一个目的是提供一种使用上述玄武岩纤维板混凝土组合拱圈的拱式桥。

为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种玄武岩纤维板混凝土组合拱圈，包括由下到上的玄武岩纤维板以及混凝土层，所述混凝土层中包括玄武岩纤维筋笼，所述玄武岩纤维筋笼与所述玄武岩纤维板固定连接。

一种玄武岩纤维板混凝土组合拱圈的制备方法，包括以下步骤：

1)将纵向截面为弧形的玄武岩纤维板固定，所述玄武岩纤维板上固定连接有多根与所述玄武岩纤维板垂直的垂直玄武岩纤维筋，将多根与所述玄武岩纤维板平行的平行玄武岩纤维筋与多根所述垂直玄武岩纤维筋固定连接构成玄武岩纤维筋笼；

2)以所述步骤1)中玄武岩纤维板为底模板，安装侧模板与顶模板形成容纳所述玄武岩纤维筋笼的空腔，然后在所述侧模板和顶模板内表面涂抹脱模剂；

3)往所述空腔内浇筑混凝土；

4)养护所述混凝土；

5)拆除所述侧模板和顶模板，得到玄武岩纤维板混凝土组合拱圈。

优选的，所述步骤1)中玄武岩纤维板的制备方法为

1)将玄武岩纤维加工成玄武岩纤维纱线，将所述玄武岩纱线加工成具有网状结构的玄武岩纤维板状织物；