專利名稱：高強(qiáng)鋼筋增強(qiáng)ecc-空心鋼管uhpc組合柱構(gòu)件及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是高強(qiáng)鋼筋增強(qiáng)ECC-空心鋼管UHPC組合柱構(gòu)件及制作方法，尤其適用于高層、重載、大跨度墩柱構(gòu)件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(Engineered Cementitious Composites,簡稱ECC)是通過去除粗骨料，優(yōu)化基體、纖維以及纖維與基體界面的基本性能以及三者之間的相互作用，使之具有高抗裂性、高韌性、高能量吸收能力的一種新型水泥基復(fù)合材料。ECC 材料的極限壓應(yīng)變可達(dá)O. 5% _0.7%，是普通混凝土的3倍左右；極限拉應(yīng)變可達(dá)3%以上，是普通混凝土的300倍以上；尤其突出的是其裂縫分散能力，極限拉應(yīng)變時裂縫間距 I 2mm,平均裂縫寬度可控制在100 μ m以內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于目前國內(nèi)外規(guī)范中規(guī)定的混凝土最大裂縫限值。由于ECC材料優(yōu)越的抗拉性能、卓越的微細(xì)裂縫分散能力和良好的高能量吸收能力，因此該材料對提高結(jié)構(gòu)的耐久性具有顯著地作用，特別適用于對結(jié)構(gòu)有止裂、阻裂要求及所處環(huán)境惡劣的結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域。超高性能混凝土(UltraHigh Performance Concrete,簡稱UHPC),又稱活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,簡寫為RPC)。由于其制備、施工工藝的不同,其力學(xué)性能和變形能力均明顯優(yōu)于普通混凝土和高強(qiáng)混凝土，包括基于最大密實度理論，去除粗骨料，提高組分的細(xì)度與活性，以便最大限度減小材料內(nèi)部缺陷；摻入鋼纖維，增加韌性；使用高效減水劑，降低水膠比和孔隙率；高溫養(yǎng)護(hù)，促進(jìn)膠凝材料的水化速度和水化程度等。 超高性能混凝土是具有超高強(qiáng)度，其抗壓強(qiáng)度在150 300Mpa之間，同時具有高韌性、高耐久性、高阻裂性、收縮徐變小和體積穩(wěn)定性良好等優(yōu)良特性。高強(qiáng)鋼筋在我國的代表是400MPa、500MPa級熱軋帶肋鋼筋，具有強(qiáng)度高、延伸性好、可焊性和可塑性好、強(qiáng)度價格比高、安全儲備大、抗震性好等優(yōu)點，同ECC材料配合使用可充分發(fā)揮其性能，尤其適用于重載、大跨結(jié)構(gòu)的梁柱構(gòu)件。采用高強(qiáng)鋼筋會帶來良好的經(jīng)濟(jì)、社會效益，促進(jìn)建筑業(yè)的科技進(jìn)步，并可節(jié)約大量的能源、電力、運輸和加工等費用，減少煙氣、粉塵和污染物的排放，促進(jìn)鋼筋產(chǎn)品升級換代、減少資源消耗、推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，符合環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的理念，但由于推廣力度不足、研究成果不成熟等原因在國內(nèi)應(yīng)用較少。鋼筋混凝土柱在面對重載、大跨結(jié)構(gòu)時，具有如下缺陷由于混凝土和鋼筋的強(qiáng)度均較低，在高層、大跨結(jié)構(gòu)中，荷載較大，只有依靠增大柱截面尺寸和配筋的方法提高其承載力，不僅造成材料的極大損耗，增加建筑成本和施工難度，而且嚴(yán)重壓縮了可利用空間； 混凝土材料抗拉強(qiáng)度低，在較低的荷載下受拉區(qū)已經(jīng)開裂，且裂縫以較寬的主裂縫形式出現(xiàn)，裂縫過大不僅引起柱剛度降低，且內(nèi)部鋼筋容易銹蝕，承載力及耐久性降低，日后維護(hù)困難且維修成本大。若采用高強(qiáng)鋼筋，則由于混凝土的極限壓應(yīng)變較小，當(dāng)混凝土壓碎時高強(qiáng)鋼筋尚未屈服，無法充分發(fā)揮高強(qiáng)鋼筋的作用，且造成構(gòu)件延性嚴(yán)重不足，會出現(xiàn)無征兆的脆性破壞。鋼管混凝土柱，無論內(nèi)部采用何種混凝土，包括UHPC材料，均可部分避免上述缺
3陷，但柱子所處的下部結(jié)構(gòu)通常環(huán)境潮濕，不良介質(zhì)較多，而鋼管容易遭受腐蝕，一旦出現(xiàn)問題維修更換困難，且日常維護(hù)頻繁，維護(hù)費用大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服了鋼筋混凝土及鋼管混凝土柱構(gòu)件的上述缺陷，提供了一種高強(qiáng)鋼筋增強(qiáng)ECC-空心鋼管UHPC組合柱構(gòu)件。UHPC材料抗壓強(qiáng)度可達(dá)150 300Mpa， 加之鋼管對其形成的環(huán)向約束，其抗壓強(qiáng)度更可成倍增長，因此鋼管UHPC具有極高的承載力。兩種材料的延性均較好，空心構(gòu)造則在增加構(gòu)件抗彎能力、穩(wěn)定性的同時節(jié)約了材料， 并有利于UHPC材料的高溫養(yǎng)護(hù)；至于鋼管的抗腐蝕問題，則由包裹于其外的ECC材料加以保護(hù)；ECC材料內(nèi)置高強(qiáng)鋼筋，不僅進(jìn)一步大幅增加了構(gòu)件的承載力，充分發(fā)揮了幾種高性能材料的優(yōu)越性，而且ECC材料卓越的微細(xì)裂縫分散能力保證了構(gòu)件產(chǎn)生的裂縫為無害裂縫，外部不良介質(zhì)較難侵入構(gòu)件內(nèi)部，鋼管和高強(qiáng)鋼筋不會發(fā)生銹蝕，構(gòu)件的耐久性擁有可靠的保證，因此后期維護(hù)費用大幅降低，生命周期得以大幅提高。另外該構(gòu)件具有良好的延性、抗疲勞性和抗震性能等優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案本發(fā)明包括ECC材料I、澆筑在ECC材料內(nèi)的鋼筋骨架、鋼管4、澆注于鋼管內(nèi)壁的 UHPC材料5以及空腔6 ;所述的鋼筋骨架由縱向鋼筋2和箍筋3組成，箍筋3置于縱向鋼筋 2的外側(cè)，形成限制縱向鋼筋2位移的封閉環(huán)形；構(gòu)件中間留有空腔6 ;所述的縱向鋼筋2及箍筋3均采用高強(qiáng)鋼筋。所述的高強(qiáng)鋼筋是指屈服強(qiáng)度500MPa及以上的鋼筋； 所述的ECC材料I為超高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料；所述的UHPC材料5為抗壓強(qiáng)度150Mpa及以上摻入或不摻入鋼纖維的超高性能混
凝土 ;所述的鋼管4的截面形狀為圓形，其沿長度方向是等截面或變截面直管；所述的空腔6采用采用圓形截面，與鋼管4同軸布置，且其截面沿柱長度變化趨勢同鋼管4相一致；所述構(gòu)件的外截面形狀包括圓形、矩形及多邊形。本發(fā)明的制作步驟如下I)對鋼管進(jìn)行選型制作；2)采用離心成型工藝將UHPC材料澆注在鋼管內(nèi)表面；3)成型后倒出鋼管中多余的料漿，在90°C、相對濕度90%的環(huán)境中蒸汽養(yǎng)護(hù)48小時；4)將養(yǎng)護(hù)好的鋼管UHPC在工程結(jié)構(gòu)中安裝到位；5)在安裝好的鋼管UHPC外圍綁扎鋼筋骨架，并按施工圖組裝外模板到位；6)澆注ECC材料，并養(yǎng)護(hù)至規(guī)定時間，然后拆除外模板。高強(qiáng)鋼筋增強(qiáng)ECC-空心鋼管UHPC組合柱構(gòu)件不僅整合了 ECC材料、高強(qiáng)鋼筋和空心鋼管UHPC的優(yōu)點，使得各自的優(yōu)點得以充分發(fā)揮，并有效解決了常規(guī)構(gòu)件耐久性較差的問題，主要有以下優(yōu)點鋼管和UHPC組合使得UHPC材料的高抗壓強(qiáng)度在柱構(gòu)件中得以充分發(fā)揮，鋼管的環(huán)向約束更是使得構(gòu)件的承載力得以成倍增長；空心構(gòu)造提高了構(gòu)件的抗彎剛度，增加了構(gòu)件受壓穩(wěn)定性；有利于離心成型工藝的使用，避免了直接澆注時可能產(chǎn)生的蜂窩缺陷，有利于UHPC材料的高溫養(yǎng)護(hù)，使得構(gòu)件的預(yù)制質(zhì)量有著良好的保障；ECC材料和高強(qiáng)鋼筋進(jìn)一步增強(qiáng)了構(gòu)件的承載力，提高了構(gòu)件的延性，使構(gòu)件的耐久性得到了良好的保證；施工時可先利用安裝好的預(yù)制空心鋼管UHPC做承力構(gòu)件進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的施工， 鋼管外圍的ECC材料和鋼筋骨架可以后期澆注，也可與上部結(jié)構(gòu)平行施工，有利于加快施工速度，縮短建設(shè)周期；另外該構(gòu)件具有良好的延性、抗震性和抗疲勞性；


圖I為圓形高強(qiáng)鋼筋增強(qiáng)ECC-空心鋼管UHPC組合柱構(gòu)件橫截面示意圖；圖2為矩形高強(qiáng)鋼筋增強(qiáng)ECC-空心鋼管UHPC組合柱構(gòu)件橫截面示意圖；圖3為六邊形高強(qiáng)鋼筋增強(qiáng)ECC-空心鋼管UHPC組合柱構(gòu)件橫截面示意圖；；圖中1、ECC材料，2、縱向鋼筋，3、箍筋，4、鋼管，5、UHPC材料，6、空腔。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖所示，構(gòu)件的制作過程如下首先對鋼管I進(jìn)行選型并制作，然后采用離心成型工藝將UHPC材料5澆注在鋼管 I內(nèi)表面，成型后倒出鋼管I中多余的料漿，在90°c、相對濕度90%的環(huán)境中蒸汽養(yǎng)護(hù)48小時后儲存?zhèn)溆?；工程施工時將預(yù)制好的空心鋼管UHPC按施工圖紙安裝就位，然后在其外圍按圖紙要求綁扎鋼筋，并組裝外模板，澆注ECC材料1，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定時間后拆除外模板。需要說明的是，預(yù)制的空心鋼管UHPC安裝就位后可以作為承力構(gòu)件進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的施工，鋼筋骨架和ECC材料可在后期或與上部結(jié)構(gòu)平行施工。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)鋼筋增強(qiáng)ECC-空心鋼管UHPC組合柱構(gòu)件及制作方法，其特征在于包括 ECC材料(I)、澆筑在ECC材料內(nèi)的鋼筋骨架、鋼管(4)、澆注于鋼管內(nèi)壁的UHPC材料(5)以及空腔(6);所述的鋼筋骨架由縱向鋼筋(2)和箍筋(3)組成，箍筋⑶置于縱向鋼筋⑵ 的外側(cè)，形成限制縱向鋼筋⑵位移的封閉環(huán)形；構(gòu)件中間留有空腔(6);所述的縱向鋼筋 (2)及箍筋(3)均采用高強(qiáng)鋼筋；所述的高強(qiáng)鋼筋是指屈服強(qiáng)度500MPa及以上的鋼筋；所述的UHPC材料(5)為抗壓強(qiáng)度150Mpa及以上摻入或不摻入鋼纖維的超高性能混凝土。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高強(qiáng)鋼筋增強(qiáng)ECC-空心鋼管UHPC組合柱構(gòu)件及制作方法，其特征在于所述的鋼管(4)的截面形狀為圓形，其沿長度方向是等截面或變截面直管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高強(qiáng)鋼筋增強(qiáng)ECC-空心鋼管UHPC組合柱構(gòu)件及制作方法，其特征在于所述的空腔(6)采用采用圓形截面，與鋼管(4)同軸布置，且其截面沿柱長度變化趨勢同鋼管(4)相一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高強(qiáng)鋼筋增強(qiáng)ECC-空心鋼管UHPC組合柱構(gòu)件及制作方法，其特征在于所述構(gòu)件的外截面形狀包括圓形、矩形及多邊形。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高強(qiáng)鋼筋增強(qiáng)ECC-空心鋼管UHPC組合柱構(gòu)件及制作方法，其特征在于空心鋼管UHPC部分采用離心工藝預(yù)制成型，外包ECC和鋼筋骨架部分現(xiàn)場施工成型。
全文摘要
本發(fā)明是高強(qiáng)鋼筋增強(qiáng)ECC-空心鋼管UHPC組合柱構(gòu)件及其制作方法，尤其適用于高層、重載、大跨度結(jié)構(gòu)的墩柱構(gòu)件領(lǐng)域。該構(gòu)件包括ECC材料、澆筑在ECC材料內(nèi)的鋼筋骨架、鋼管、澆注于鋼管內(nèi)壁的超高性能混凝土及空腔；本發(fā)明不僅整合了ECC材料、高強(qiáng)鋼筋和空心鋼管超高性能混凝土的優(yōu)點，使得各自的優(yōu)點得以充分發(fā)揮，而且較好解決了鋼管和鋼筋的銹蝕問題，有效提高了構(gòu)件的耐久性，延長了構(gòu)件的生命周期，降低了后期養(yǎng)護(hù)、維修及加固成本；并且該構(gòu)件具有較強(qiáng)的承載力、延性、抗震性及抗疲勞性。本發(fā)明采用部分預(yù)制生產(chǎn)、部分現(xiàn)場澆注的施工方法，不僅有利于構(gòu)件質(zhì)量的保證，而且預(yù)制部分可直接作為承力構(gòu)件支撐上部結(jié)構(gòu)的施工，有利于加快施工速度，縮短建設(shè)周期。
文檔編號E04C3/34GK102587578SQ20121007476
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者徐海賓, 王利 申請人:河南理工大學(xué)