[发明专利]用于压力钢管预应力加固的FRP-膨胀ECC复合管及其施工工艺

权利要求书

1.一种用于压力钢管预应力加固的FRP-膨胀ECC复合管，其设置在缺陷钢管的外表面，其特征在于，包括：

膨胀ECC层，其包裹在缺陷钢管的外表面；

纤维布层，其包裹在膨胀ECC层的外表面；

具有锥形外表面的钢圈Ⅰ，其分别套设在缺陷钢管的两端且位于纤维布层与缺陷钢管的之间；纤维布层的端部内表面套设在钢圈Ⅰ上；

钢圈Ⅱ，其套设在在所述纤维布层的端部外表面且与钢圈Ⅰ的位置相对应，以将纤维布层固定在钢圈Ⅰ和钢圈Ⅱ之间；

其中，位于缺陷钢管一端的钢圈Ⅰ的上端设置有轴向的上部预留孔，位于缺陷钢管另一端的钢圈Ⅰ的下端设置有轴向的下部预留孔；

其中，用于压力钢管预应力加固的FRP-膨胀ECC复合管的施工工艺，包括以下步骤：

步骤一、将缺陷钢管的表面打磨光滑，用酒精进行擦拭，然后将聚苯乙烯泡沫用珍珠棉专用胶水粘在缺陷钢管表面；

步骤二、待聚苯乙烯泡沫固定好之后，在聚苯乙烯泡沫表面进行纤维布的缠绕，缠绕过程用环氧树脂进行涂抹并将纤维布完全浸透，然后进行养护；

步骤三、等到纤维布与环氧树脂凝固后，形成纤维布层；然后用体积比为1:2的醋酸正丁酯和二甲苯混合溶剂将纤维布层与缺陷钢管表面之间的聚苯乙烯泡沫溶解掉，并清理干净；

步骤四、将具有锥形外表面的钢圈Ⅰ套设在纤维布层与缺陷钢管的之间，并使两端的钢圈Ⅰ的锥形外表面相对设置，且将上部预留孔设置在最顶部，经下部预留孔设置在最底部；

步骤五、将钢圈Ⅱ套设在在所述纤维布层的端部外表面且与钢圈Ⅰ的位置相对应，以将纤维布层固定在钢圈Ⅰ和钢圈Ⅱ之间；

步骤六、从下部预留孔注入膨胀ECC，等到膨胀ECC从上部预留孔溢出时，停止注入，将下部预留孔和上部预留孔堵塞，养护，形成膨胀ECC层，得到用于压力钢管预应力加固的FRP-膨胀ECC复合管。

2.如权利要求1所述的用于压力钢管预应力加固的FRP-膨胀ECC复合管，其特征在于，所述纤维布层为双向碳纤维布层、芳纶纤维布层、高强玻璃纤维布层、玄武岩纤维布层中的任意一种。

3.如权利要求1所述的用于压力钢管预应力加固的FRP-膨胀ECC复合管，其特征在于，所述纤维布层为多层纤维布，所述多层纤维布是纤维布经过多次缠绕形成的；所述多层纤维布的各层纤维布之间涂覆环氧树脂胶，并将纤维布完全浸透。

4.如权利要求2所述的用于压力钢管预应力加固的FRP-膨胀ECC复合管，其特征在于，所述双向碳纤维布的厚度为0.12~0.15mm。

5.如权利要求1所述的用于压力钢管预应力加固的FRP-膨胀ECC复合管，其特征在于，所述钢圈Ⅰ由具有半锥形外表面的两个半圆形钢圈Ⅰ通过卡箍连接组成；所述钢圈Ⅱ由两个半圆形钢圈Ⅱ通过卡箍连接组成。

6.如权利要求1所述的用于压力钢管预应力加固的FRP-膨胀ECC复合管，其特征在于，所述具有锥形外表面的钢圈Ⅰ的锥形面的端部设置有轴向的多个支管。

7.如权利要求1所述的用于压力钢管预应力加固的FRP-膨胀ECC复合管，其特征在于，所述步骤三中，醋酸正丁酯制备方法为：在干燥的容器中，装入体积比为1:2:3的浓硫酸、冰醋酸和正丁醇，混合均匀，投入沸石，容器口安装分水器，分水器上装回流冷凝管，并在分水器中预先加入一定量的水，将容器在石棉网上加热回流，反应一定时间后把水逐渐除去，保持分水器中水层液面在原来的高度，等待一段时间后不再有水生成，停止加热冷却后卸下分流管，把分水器中分出的脂层和烧瓶中的反应液一起倒入分液漏斗中，脂层用10%碳酸钠溶液洗涤至pH值为7，分去水层，将脂层再用水洗涤一次，分去水层，将脂层倒入锥形瓶中，加入少量无水硫酸钠，将干燥后的脂层倒入容器中，加入沸石，在石棉网上加热蒸馏，收集115℃~126 ℃的馏分，即醋酸正丁酯。

8.如权利要求1所述的用于压力钢管预应力加固的FRP-膨胀ECC复合管，其特征在于，所述膨胀ECC的制备方法为：按重量份，将水300~500份，水泥320~450份，石英砂350~550份，粉煤灰800~950份，减水剂10~20份，硅灰45~65份，生石灰35~55份，橡胶粉30~40份加入混合罐中搅拌混合，在搅拌混合的同时通过静电纺丝方法将120~150份浓度为5~12%的聚合物溶液以纳米纤维的形式喷射到混合罐内，得到膨胀ECC；所静电纺丝方法为：将重量比为2:1:0.2的聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和1-乙基-3-甲基咪唑乳酸加入水中，配制成质量浓度为5~12%的聚合物溶液，将聚合物溶液注入静电纺丝装置的带不锈钢喷头的喷射容器内，然后用高压电源将电压施加在不锈钢喷头上，并利用与喷射容器连接的推进泵将喷射容器内的聚合物溶液通过不锈钢喷头进行喷射，以纳米纤维的形式喷射至混合罐内；电喷方法采用的喷射条件为：环境温度为20~40℃，混合罐与不锈钢喷头的距离为5~10cm，聚合物溶液喷射流量为10~20mL/min，电压为12~28kV，不锈钢喷头的内径为0.8~1.6mm。