[发明专利]一种竹材增强混凝土结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料结构，尤其是一种竹材增强混凝土结构，属于土木建筑领域。

背景技术

19世纪中叶，钢筋混凝土结构逐渐被采用，至今不过一百多年时间，却发展迅猛。目前，钢筋混凝土结构已成为我国建筑行业最常见的建筑形式。然而，虽然钢筋很好地弥补了混凝土抗拉强度较低的问题，增强了混凝土的强度，但是钢筋混凝土也存在高成本性和不可再生性的缺点。此外钢筋很容易被锈蚀，因此钢筋混凝土结构在某些特殊地段上的应用也在受到一定程度的限制。

为了保证经济的可持续发展，避免能源危机，寻找一种低成本低消耗无污染的材料代替钢筋增强混凝土，改变现有建筑形式是我们当前主要任务。因此，许多研究人员将研究方向转向利用植物纤维等材料增强混凝土性能，其中竹材因其独特优势在众多植物纤维中脱颖而出。首先，竹子属于禾本科植物，相较于生长缓慢的木材，它生长周期短，三至五年即可成熟达到最大强度；其次，竹子有非常高的抗拉强度，被誉为“植物钢筋”，某些品种竹子的极限抗拉强度甚至与低碳钢的抗拉强度相仿，然而其重量却比钢材轻得多；此外，生产竹材的能耗也远远低于生产钢材的能耗，可以极大减少能源的消耗，节约自然资源，减少污染。我国的竹资源十分丰富，竹林面积约占世界总面积的四分之一，将竹材应用于增强混凝土结构这一举措也充分利用了我国的竹材资源。

普通竹材增强混凝结构主要存在以下问题和不足：(1)竹材与混凝土的粘结性与钢筋与混凝土的粘结性相比较差，在荷载作用下容易发生粘结滑移破坏；(2)竹材为脆性材料，难以弯折，尤其是用做箍筋时难以成型矩形形式；(3)简单的竹材应用于混凝土内部，竹材存在耐久性不足问题；(4)竹材的弹性模量较小，在相同条件下比钢筋混凝土单元的变形和开裂较大，需要增强。只有解决上述这些问题，才能进一步提升竹材增强混凝土结构在工程结构的适用性，促进其在土木工程中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种竹材增强混凝土结构，克服现有钢筋混凝土及普通竹材增强混凝结构存在的一些不足，发挥竹材与混凝土的两者材料优势，提高竹材增强混凝土结构的性能与适用性，可用于工程结构领域的竖向或水平构件。

为此，本发明提供的一种竹材增强混凝土结构，包括混凝土、纵向竹筋、竹材箍筋、纤维束，纵向竹筋沿构件轴线纵向布置，竹材箍筋垂直于纵向竹筋间隔布置，纵向竹筋和竹材箍筋的核心为竹材，表面设有防腐增强层和凹凸构造，防腐增强层为纤维增强复合材料构成并粘有砂砾，防腐增强层采用铺设、缠绕或拉挤工艺包覆纵向竹筋和竹材箍筋，其纤维方向与竹材纤维方向一致，纤维束浸渍树脂胶交叉绑扎纵向竹筋和竹材箍筋的相交节点形成竹筋骨架，竹材箍筋由预制圆形或矩形竹管沿横断面切割而成，凹凸构造采用凹槽或凸肋的形式，混凝土包裹于竹筋骨架形成竹材增强混凝土结构。

所述的凹槽或凸肋在纵向竹筋或竹材箍筋的表面为螺旋式或间断式，凹凸构造采用凹槽或凸肋以增强纵向竹筋或竹材箍筋与混凝土之间的粘结力。

所述的凸肋采用纤维束纱浸渍树脂胶缠绕于纵向竹筋或竹材箍筋的表面形成，其缠绕间距任意。

所述的纤维束为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维其中一种或多种。

所述的树脂胶为环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂中的一种。

所述的纵向竹筋和竹材箍筋的截面形状各为圆形、多边形中的一种。

本发明中，防腐增强层为纤维增强复合材料构成，其采用铺设、缠绕或拉挤工艺包覆纵向竹筋和竹材箍筋，在保证了纵向竹筋和竹材箍筋的耐久性的同时，提高了纵向竹筋和竹材箍筋的力学性能，尤其是截面的刚度，减小竹材增强混凝土结构的变形和裂缝宽度；竹材箍筋由预制圆形或矩形竹管沿横断面切割而成，解决了竹材难以完成形成箍筋的难题；纵向竹筋和竹材箍筋表面设有凹凸构造，保证了竹材与混凝土的粘结性能；采用纤维束浸渍树脂胶实现对纵向竹筋和竹材箍筋的相交节点的绑扎连接，克服竹材箍筋难以成型矩形形式的技术问题。

本发明克服了传统钢筋混凝土和普通竹材增强混凝结构的一些缺陷，具有以下有益效果：

(1)防腐增强层对纵向竹筋和竹材箍筋的增强，大幅度地提高了构件的承载力与刚度，抑制了混凝土的开裂，减小了结构的变形。

(2)浸渍纤维束与纵向竹筋和竹材箍筋的结合，实现了竹材增强混凝土结构的灵活性，具有较好的经济性。

(3)与钢筋混凝土结构相比，竹材增强混凝土结构减少了钢材的使用，而竹材资源丰富，具有可再生性，生产能耗低，节能环保。