[发明专利]一种防冻拔粘结弱化的自愈合混凝土桩

说明书

技术领域

本发明属于防冻拔破坏技术领域，具体的说是一种防冻拔粘结弱化的自愈合混凝土桩。

背景技术

在寒冷地区，由于土体冻结产生的膨胀变形受到桩基础的限制，故在桩基础表面将产生切向冻胀力。随着季节冻融层冻结深度的加大，桩周的切向冻胀力会逐渐变大。当桩基埋入的深度较深或者采用扩底桩时，在切向冻胀力的作用下，混凝土开裂，桩基内部的钢筋与混凝土产生粘结滑移。

目前，主要采用的方法是在桩侧换填非冻胀性材料，一般采用粗砂、卵石、炉渣等非冻胀粗颗粒材料。但是，这种方法会对土体产生扰动，影响桩基的稳定性。

另一种方法是在桩侧设置隔热保温层或埋设电热丝保持土体温度减轻土体冻结程度，通过减少冻深来减小切向冻胀力。由于这种方法施工复杂，成本较高，应用受到极大制约，且从长期营运角度，并不是一种经济适用且耐久的桩基。

还有一种方法是减小桩截面的尺寸或增大钢筋的直径。减小桩截面的尺寸可以减小桩周的切向冻胀力，增大钢筋的直径可以增大钢筋与混凝土的临界粘结应力。但是减小桩截面的尺寸会降低桩的临界承载力；增大钢筋的直径提高了成本，并且有可能出现超筋的情况；因此，这种方法也不实用。

更值得关注的是，上述方法均没有考虑冻融过程中，混凝土与钢筋之间较大的力学性能差异更为显著，表现在冻拔过程中混凝土与钢筋之间粘结性能的劣化，甚至出现两者之间的脱落，对桩基础的长期运营是极为恶劣的潜在危害。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种防冻拔粘结弱化的自愈合混凝土桩。

本发明所采用的技术方案是：一种防冻拔粘结弱化的自愈合混凝土桩，其特征在于：在混凝土搅拌的过程中，放入钢制胶囊，待搅拌均匀后浇入事先准备的混凝土桩模型中；同时为了提高钢与混凝土之间的粘结性能，在钢筋上缠绕通过条状聚丙烯织物串联在一起的钢制胶囊串。

作为优选，所述钢制胶囊由钢制胶囊壁、结构胶、环状陶瓷组成；所述钢制胶囊壁内部充填有结构胶，所述环状陶瓷设置在所述钢制胶囊的中部。

作为优选，所述钢制胶囊壁由低温高韧性高强度钢材制作而成，厚度为1～2mm；所述环状陶瓷的壁厚为0.2～0.3mm，高度为2～2.5mm，内径与钢制胶囊壁的内径大小一样，设置在所述钢制胶囊壁中部凹槽内。

作为优选，所述钢制胶囊壁表面设置有凹凸立体花纹。

作为优选，所述钢制胶囊的长度为18～23mm，直径为5～8mm，体积掺量为10～15％。

作为优选，所述条状聚丙烯织物由单丝纤维编织而成，厚度0.1mm，宽度为2～4mm，缠绕在钢筋上的密度是1m长度范围内串联35～40个钢制胶囊。

作为优选，所述混凝土采用自密实混凝土，能避免振捣过程中钢制胶囊的破裂。

作为优选，所述钢制胶囊的体积掺量ρ_f的计算公式为：

式中，f_ft为钢制胶囊混凝土的配制抗拉强度；f_t为基体混凝土抗拉强度、l_f/d_f为钢制胶囊的长径比；α_t为经验系数。

本发明的优点是：

1、由于钢制胶囊壁的材料为低温高韧性高强度钢材，掺入混凝土后不仅能显著改善混凝土的抗拉和抗剪强度，而且能大大增强混凝土的韧性，进而提高其抗震性能。由于钢制胶囊壁的表面设置有凹凸立体花纹，掺入混凝土后能增强胶囊自身与混凝土的结合能力。由于钢制胶囊中部的陶瓷是脆性材料，厚度适当，能及时破损，内部结构胶体即时流出修补裂纹。陶瓷材料自身性能稳定，对温度适应性好，不会因混凝土中水泥的水化热而提前熔融失效。

2、钢筋上缠绕有钢制胶囊串，相当于增大了钢筋与混凝土的接触面积，可以显著的提高钢筋与混凝土的粘结性能。由于条状聚丙烯织物强度高，韧性好，与混凝土及钢筋均有较好的结合性能，可以显著的增大钢筋与混凝土的临界粘结应力，由于聚丙烯自身很好的塑性和韧性及对温度的适应性，在冻融过程中能对钢筋与混凝土之间的冻拔剥离和劣化有极强的抵抗能力。

3、由于钢制胶囊在混凝土中的位置和取向随机分布，则各个方向的裂缝都有钢制胶囊破裂对其进行修复愈合。由于桩中的混凝土采用自密实混凝土，可以避免混凝土中的钢制胶囊在振捣过程中破裂。

附图说明

图1为本发明实施例的桩截面中钢制胶囊的分布图；

图2为本发明实施例的钢制胶囊串在钢筋上的分布图；

图3为本发明实施例的条状聚丙烯织物示意图；