[发明专利]一种新型钢‑连续纤维复合筋ECC‑混凝土复合梁及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑构件的结构及材料，尤其涉及一种新型钢-连续纤维复合筋ECC-混凝土复合梁及其制备方法，属于建筑结构技术领域。

背景技术

钢筋混凝土结构的耐久性问题一直是土木工程领域的重要研究课题。钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀问题十分突出，因钢筋锈蚀导致许多建筑物、桥梁提前破坏，造成巨大的经济损失。FRP筋虽然具有良好的抗腐蚀性能和材料力学性能。但是FRP筋为线弹性材料，不存在类似于钢筋的屈服平台，所以FRP筋混凝土梁的弯曲破坏表现为脆性破坏，延性较差。

一种综合钢筋和FRP筋两种材料优点的新型复合材料：钢-连续纤维复合筋（Steel - Fiber Composite Bar，简称SFCB）。SFCB是一种以钢筋为内芯外包纵向纤维的新型增强复合材料，它同时具有强度高、延性好、弹性模量较高、稳定的二次刚度及优异的耐腐蚀性能等特点。在钢筋外包裹FRP材料，利用FRP材料良好的耐腐蚀性保护钢筋不受侵蚀。由于钢筋有明显的屈服点和较好的延性，使得SFCB也存在屈服点。同时在屈服后，由于FRP材料还发挥着作用使得SFCB有明显的强化阶段。目前，SFCB的制备工艺日渐成熟，SFCB运用到工程实际中已成为一种趋势。

对普通的混凝土受弯梁来说，受拉区混凝土的开裂加快了钢筋的锈蚀，继而造成了混凝土保护层的进一步开裂和剥落。

ECC（Engineered Cementitious Composite，工程用水泥基复合材料）克服了传统水泥基材料在抗拉荷载下的软化性能, 表现出与金属材料类似的伪硬化特征, 可实现传统水泥基材料单一裂纹宏观开裂发展模式向多重微细裂纹稳态开裂模式的转变, 具有显著的非线性变形、优良的韧性和能量吸收能力。

发明内容

本发明提供一种新型钢-连续纤维复合筋ECC-混凝土复合梁及其制备方法，充分利用SFCB强度高、耐腐蚀性、延性好和ECC优良的抗拉性能的特点，旨在解决普通钢筋混凝土梁耐久性能不足和FRP筋混凝土梁延性差、裂缝宽度和挠度大的问题。

本发明是在普通钢筋混凝土结构和FRP筋混凝土结构的基础上，引入强度高、延性好、弹性模量较高、具有稳定的二次刚度的SFCB和具有优良的抗拉能力的工程用水泥基复合材料ECC，对混凝土梁截面进行分层设计，将受拉纵筋（钢筋或者FRP筋）用SFCB替代，受拉纵筋周围的部分普通混凝土用ECC代替形成钢-连续纤维复合筋ECC-混凝土复合梁，受压区混凝土仍采用普通混凝土，界面区无需特殊处理技术，在浇筑ECC后直接浇筑普通混凝土，并以SFCB作为受拉纵筋，综合利用SFCB抗拉强度高、耐腐蚀和ECC优良的抗拉能力，形成承载能力高和耐久性能好的新型钢-连续纤维复合筋 ECC-混凝土复合梁。

为了实现本发明的上述目的，本发明的技术方案如下：一种新型钢-连续纤维复合筋ECC-混凝土复合梁，包括梁体、钢筋骨架，所述梁体分为受压区和受拉区，所述受压区由混凝土制成，所述钢筋骨架包括受拉纵筋、受压纵筋（或者架立钢筋），其特征是，所述受拉区由工程用水泥基复合材料ECC浇筑而成，所述受拉纵筋为钢-连续纤维复合筋，布置在工程用水泥基复合材料ECC中。

进一步地，所述工程用水泥基复合材料层设置在梁体整个纵向长度范围内的受拉区或特定梁段的受拉区；所述特定梁段是指以梁的弯矩控制截面为对称中心且其长度为梁长的1/4-1/2的梁段。

进一步地，所述工程用水泥基复合材料浇筑的厚度是受拉纵筋混凝土保护层厚度的2倍。

进一步地，所述的混凝土强度等级在C15~C80。

进一步地，所述工程用水泥基复合材料ECC成分包括水泥、石英砂、硅灰、粉煤灰、纤维、水和减水剂；各组成成份的重量百分比为：水泥20%~40%、石英砂20%~30%、硅灰10.0%~15.0%、粉煤灰0%~30.0%、水15%~20%、减水剂0%~1.5%，所述纤维体积掺量为1.5%~2.5%。

进一步地，所述石英砂的最大粒径不超过0.3mm；所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂；所述的SFCB可为GFRP、CFRP、AFRP或BFRP；所述石英砂为100~200目的石英砂，水泥采用P.O.42.5水泥。

进一步地，所述纤维为聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol，PVA）纤维，PVA纤维长度为10~15 mm、直径为0.03~0.05 mm、弹性模量为35~55 GPa、抗拉强度为1500~2500 MPa、极限伸长率为8％~12％。

进一步地，所述PVA聚乙烯醇纤维，体积掺量为2.0%。