專(zhuān)利名稱(chēng)：預(yù)制智能frp-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于碳纖維傳感的混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備工藝，屬于智能材料與結(jié)構(gòu)、土木工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
預(yù)制混凝土技術(shù)是工業(yè)化生產(chǎn)的標(biāo)志。自從19世紀(jì)末預(yù)制混凝土技術(shù)開(kāi)始運(yùn)用到工程中，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛用于工業(yè)與民用建筑、橋梁道路、水工建筑、大型容器等工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，發(fā)揮著不可替代的作用。
預(yù)制混凝土和現(xiàn)澆混凝土相比主要有以下優(yōu)點(diǎn)1)產(chǎn)品質(zhì)量好。預(yù)制混凝土產(chǎn)品大部分在工廠制作，生產(chǎn)條件好，質(zhì)量易于控制。據(jù)調(diào)查(Basler，1963)，預(yù)制混凝土工廠生產(chǎn)的混凝土強(qiáng)度變異系數(shù)為7%，而施工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的現(xiàn)澆混凝土強(qiáng)度變異系數(shù)為17%。預(yù)制工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品在強(qiáng)度、密實(shí)性、耐久性、防水性等方面都比現(xiàn)場(chǎng)澆注的混凝土更有保證; 同時(shí)工廠生產(chǎn)可以使用復(fù)雜、精細(xì)的模板，預(yù)制構(gòu)件的造型富于變化，混凝土表面質(zhì)量好可以不用粉刷直接作為清水混凝土構(gòu)件使用。2)生產(chǎn)效率高。預(yù)制混凝土產(chǎn)品大部分在工廠用機(jī)械化、自動(dòng)化的方式生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高于現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土的生產(chǎn)方式。3)工人勞動(dòng)條件好。由于多采用機(jī)械化和自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備，工人勞動(dòng)條件和勞動(dòng)強(qiáng)度都好于現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆混凝土的施工方式。4)對(duì)環(huán)境影響小。相對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)澆筑構(gòu)件，預(yù)制混凝土構(gòu)件在工廠制作可以嚴(yán)格控制廢水、廢料和噪音污染。5)節(jié)約資源、利于社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。由于工廠生產(chǎn)預(yù)制混凝土多采用高強(qiáng)材料和預(yù)應(yīng)力技術(shù)，和普通現(xiàn)澆混凝土相比可以大量節(jié)省材料，還可以大量利用廢舊混凝土、礦渣、粉煤灰、工業(yè)廢料等來(lái)生產(chǎn)預(yù)制混凝土產(chǎn)品。同時(shí)，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的拆除也相對(duì)容易，且拆除構(gòu)件修復(fù)后重復(fù)利用率高。這些對(duì)充分合理利用自然資源， 保證社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
早期預(yù)制混凝土主要用于建筑中的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如非承重墻板、建筑裝飾構(gòu)件等。 隨著科技的不斷發(fā)展以及社會(huì)化大生產(chǎn)的需要，預(yù)制混凝土技術(shù)有了迅速的發(fā)展，具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，已可用于承重性構(gòu)件。近來(lái)，在預(yù)制結(jié)構(gòu)中采用了高強(qiáng)材料和預(yù)應(yīng)力技術(shù)，大幅提高了預(yù)制結(jié)構(gòu)的性能，出現(xiàn)了諸如大跨度預(yù)應(yīng)力梁、折板、T型板、預(yù)應(yīng)力拼接的節(jié)點(diǎn)等新型結(jié)構(gòu)，且在土木工程中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在大跨橋梁結(jié)構(gòu)。
預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)安裝也多采用機(jī)械化方式施工，不需要或需要很少現(xiàn)澆混凝土作業(yè)，減少了現(xiàn)澆混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，施工方便快捷，受季節(jié)和天氣的影響較小。利用清水混凝土構(gòu)件或預(yù)先做好建筑飾面的混凝土構(gòu)件可以在安裝后直接投入使用，省去了裝修過(guò)程。采用預(yù)制混凝土技術(shù)，在確保工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上施工工期可以顯著縮短，在勞動(dòng)力成本逐漸增高和以人為本的社會(huì)要求下，從而帶來(lái)綜合經(jīng)濟(jì)效益的提高。
近年來(lái)，隨著材料的不斷發(fā)展與更新，纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料(FRP)被用于土木工程中，其抗拉強(qiáng)度為普通碳鋼的5倍以上，而密度只有鋼材的1/3至1/5，且具有良好的耐腐蝕/耐久性，自開(kāi)發(fā)以來(lái)便一直倍受關(guān)注。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)是FRP復(fù)合材料中非常重要的一類(lèi)，具有超過(guò)一般纖維材料的優(yōu)越力學(xué)性能和物化性能，密度只有普通低碳鋼的四分之一，但拉伸強(qiáng)度卻有10倍左右，具有比普通金屬材料更高的抗疲勞性能，熱膨脹系數(shù)幾乎為零，抗腐蝕性能優(yōu)良。高強(qiáng)度碳纖維的彈性模量(230GPa)與普通低碳鋼的基本相當(dāng)，但是高彈性模量碳纖維的彈性模量可達(dá)到普通鋼鐵的3倍以上。此外，碳纖維還具有良好的導(dǎo)電性和壓阻效應(yīng)。利用其電學(xué)性能可以制作智能傳感器，國(guó)內(nèi)外對(duì)其進(jìn)行了較多研究。利用其優(yōu)良的力學(xué)性能以及施工上的便利可以用來(lái)加固或者修復(fù)損傷結(jié)構(gòu)，由于FRP復(fù)合材料具有良好的抗腐蝕性能，國(guó)內(nèi)外(特別是北歐、美國(guó)等冬季需要使用大量融雪鹽的國(guó)家和地區(qū))正在積極開(kāi)展用FRP復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼材(如制作成FRP筋埋入混凝土)制作混凝土結(jié)構(gòu)的研究，以避免混凝土中鋼材腐蝕所帶來(lái)的危害。由于FRP這些特性， 被視為預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的一種較為理想材料。
預(yù)制普通混凝土結(jié)構(gòu)雖然在土工工程中已大量運(yùn)用，但存在著跨度小、自重大、抗裂性能差等缺點(diǎn)；預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土的出現(xiàn)，雖然使得跨度、自重、抗裂性能都有了較好的提高，但也存在一些缺陷1)耐久性，預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕以及混凝土碳化等嚴(yán)重影響預(yù)應(yīng)力混凝土的耐久性；2)預(yù)應(yīng)力損失，管道摩阻力損失(由于預(yù)應(yīng)力材料在管道內(nèi)進(jìn)行張拉，越遠(yuǎn)離張拉端，損失越大)都對(duì)預(yù)應(yīng)力有著嚴(yán)重的影響；3)預(yù)制質(zhì)量，預(yù)應(yīng)力混凝土管道壓漿的質(zhì)量很難得到保證。
而FRP-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)，由于FRP有著較好的耐久性，且FRP粘貼在混凝土的表面，能對(duì)混凝土及內(nèi)部的鋼筋進(jìn)行較好的保護(hù)，阻礙混凝土的碳化且能保證施工質(zhì)量。然而，也存在著一些不足1)通常粘貼材料利用率低，且未能充分利用FRP高強(qiáng)特性；2)脆性缺陷，F(xiàn)RP是完全線彈性材料，屬典型的脆性破壞，在地震荷載作用下，存在能量吸收率低、 延性不足；3)界面較弱，工藝相對(duì)復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種預(yù)制智能FRP-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備工藝， 該預(yù)制方法能滿足預(yù)制廠大規(guī)模生產(chǎn)的需求，且工藝簡(jiǎn)單，適合工廠化機(jī)械化預(yù)制生產(chǎn)，制作效率高、質(zhì)量保證率高。且該復(fù)合結(jié)構(gòu)能充分提高FRP復(fù)合材料的利用率，保證FRP層與混凝土結(jié)構(gòu)的粘結(jié)效果，減少混凝土和鋼筋的用量，減輕構(gòu)件的自重，提高結(jié)構(gòu)的延性，且具備自傳感功能，最大程度地發(fā)揮結(jié)構(gòu)安全使用性能。該智能結(jié)構(gòu)可用于橋梁結(jié)構(gòu)以及高層、大跨、大型復(fù)雜建筑中。且預(yù)制工藝簡(jiǎn)單，便于大規(guī)模生產(chǎn)。
技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種預(yù)制智能FRP-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備工藝，其特征是包括以下步驟第一步、場(chǎng)地的選擇及場(chǎng)地錨固板的安置根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的數(shù)量選擇場(chǎng)地，并在場(chǎng)地兩邊安裝好錨固FRP層的場(chǎng)地錨固板；第二步、智能FRP層的制備根據(jù)場(chǎng)地的大小，對(duì)碳纖維及其它纖維進(jìn)行下料， 并在碳纖維上安裝好電極；第三步、FRP層的張拉錨固對(duì)FRP層分層浸潰，在FRP片材張拉前涂抹結(jié)構(gòu)膠并在結(jié)構(gòu)膠上鋪灑粒徑在2. 5-15mm的石子，在結(jié)構(gòu)膠半固化狀態(tài)下張拉FRP層并錨固于場(chǎng)地錨固板；第四步、模板的制作與安裝根據(jù)構(gòu)件的大小制作相應(yīng)的模板，先安裝好構(gòu)建兩邊的模板和兩側(cè)的模板，并在兩邊的模板和兩側(cè)的模板內(nèi)部安裝圓弧形模板，并固定好；第五步、鋼筋籠的綁扎與安裝以及錨固板底板的安裝將綁扎好鋼筋籠安放于模板內(nèi)，同時(shí)在兩側(cè)的模板上通過(guò)梁側(cè)螺桿錨固梁側(cè)錨固板底板，在圓弧形模板上通過(guò)梁底螺桿錨固梁底錨固板底板；第六步、澆筑混凝土 配置構(gòu)建所需的混凝土，并澆筑、振搗密實(shí)；第七步、FRP層錨固對(duì)構(gòu)件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到其強(qiáng)度的70-90%，釋放30%以?xún)?nèi)的預(yù)應(yīng)力，在梁底錨固板底板上錨固梁底錨固板頂板，然后剪斷模板與模板間的FRP層，并通過(guò)梁側(cè)錨固板頂板錨固于構(gòu)建兩邊的梁側(cè)錨固板底板上。
在所述的第二步中，在碳纖維及其它纖維進(jìn)行下料時(shí)下面墊一層隔離材料。
圓弧形模的弧度為1/4圓弧，圓弧的半徑一般為構(gòu)建高的1/8-1/4。
本發(fā)明預(yù)制智能FRP-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)主要包含復(fù)合結(jié)構(gòu)的組成與設(shè)計(jì)、 預(yù)制技術(shù)、錨固技術(shù)。
、復(fù)合結(jié)構(gòu)的組成與設(shè)計(jì)復(fù)合結(jié)構(gòu)由智能FRP層、混凝土 (梁/板等)、錨固件組成。
I)智能FRP層主要采用碳纖維與高延性的纖維混雜。
這里所提到的混雜包括兩方面的涵義。
一方面是力學(xué)性能的混雜。即，通過(guò)不同種類(lèi)碳纖維之間的混雜(包括碳纖維種類(lèi)選取、混雜比例設(shè)定以及各種纖維在截面上的分布形式等)，來(lái)提高復(fù)合材料的初始彈性模量、承載能力及所需要的其他性能；當(dāng)高彈性模量纖維出現(xiàn)損傷后，其他纖維(中模量碳纖維、高強(qiáng)碳纖維或高延性纖維)可繼續(xù)發(fā)揮作用，從而使混雜纖維復(fù)合材料具有良好穩(wěn)定的二次剛度，而且其二次剛度、最大承載力及極限應(yīng)變等指標(biāo)可通過(guò)合理的混雜設(shè)計(jì)進(jìn)行有效優(yōu)化和控制。
另一方面是傳感性能的混雜。通過(guò)混雜低成本高延性的纖維材料(如，玄武巖纖維、玻璃纖維等纖維)，可以較好改善智能混雜FRP層的測(cè)量穩(wěn)定性，也可以很大程度的降低復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)的成本。此外，通過(guò)混雜高彈模碳纖維可以有效減小智能混雜FRP復(fù)合材料小電阻變化率所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變范圍，同時(shí)使電阻變化率隨應(yīng)變呈階躍式變化，通過(guò)合理的混雜設(shè)計(jì)可保證每個(gè)電阻階躍與結(jié)構(gòu)的某一特定破壞階段(形式)相對(duì)應(yīng)，使智能FRP-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)具有基于混凝土結(jié)構(gòu)破壞階段的預(yù)警功能?；祀s技術(shù)不僅有效避免纖維復(fù)合材料“脆性”缺陷，綜合提高了混雜纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能，而且優(yōu)化了混雜纖維復(fù)合材料的自傳感功能，同時(shí)由于碳纖維的價(jià)格昂貴，混雜其他纖維也降低了智能FRP層板的制作價(jià)格，使其更能廣泛地用于實(shí)際工程中。
2) FRP層智能化主要利用碳纖維的壓阻效應(yīng)和導(dǎo)電性，根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)的需要，在 FRP層安裝電極，然后直接通過(guò)儀器可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
3)復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)根據(jù)工程中實(shí)際構(gòu)件的受力情況，選擇合適的FRP層及相關(guān)的錨固件并配置好相應(yīng)強(qiáng)度的混凝土構(gòu)件，由FRP-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)來(lái)承擔(dān)構(gòu)件所受的荷載。2、復(fù)合結(jié)構(gòu)的預(yù)制技術(shù)復(fù)合結(jié)構(gòu)在預(yù)制廠預(yù)制，根據(jù)復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及市場(chǎng)需求量，能夠很好地進(jìn)行人員的調(diào)配，流水線作業(yè)，大大提高工作效率，以供市場(chǎng)的需求。
預(yù)制構(gòu)件的預(yù)制流程基本都是在預(yù)制場(chǎng)完畢，工業(yè)化勞動(dòng)生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)環(huán)境穩(wěn)定，構(gòu)件的定形和標(biāo)準(zhǔn)化有利于機(jī)械化生產(chǎn)，而且按標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格檢查出廠產(chǎn)品，能夠較好地保證預(yù)制質(zhì)量。同時(shí)，能夠?qū)?gòu)件進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù)。在工期緊張的情況下，可以選擇采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，這樣做可以節(jié)省工期。
構(gòu)件采用的模板可以選用鋼模也可選用木模。兩端角做成圓弧形，減小應(yīng)力集中， 以及FRP層在圓弧處對(duì)混凝土有較好的約束。
FRP層與混凝土之間的粘結(jié)采用“濕法”粘結(jié)。這樣做能夠保證FRP層與混凝土界面有較好的粘結(jié)，同時(shí)便于施工。
、錨固技術(shù)錨固板分為梁底錨固板和兩端錨固板。根據(jù)安全使用等級(jí)對(duì)兩部位的錨固板進(jìn)行設(shè)計(jì)。梁底錨固板的安全等級(jí)低于兩端的錨固板，當(dāng)FRP層的拉應(yīng)力達(dá)到其抗拉強(qiáng)度的 50%-80%時(shí)(具體可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體形式及性能要求進(jìn)行設(shè)計(jì))，梁底的錨固板出現(xiàn)破壞， 同時(shí)界面出現(xiàn)剝離以及滑移，然后梁底錨固板上的荷載慢慢轉(zhuǎn)移到兩端錨固板，由兩端錨固板來(lái)承擔(dān)。通過(guò)梁底錨固板的破壞以及界面的剝離和滑移，吸收能量，提高結(jié)構(gòu)的破壞延性。當(dāng)梁底錨固板完全破壞時(shí)，結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了較大的變形，延性充分得到了提高。只要鋼筋混凝土構(gòu)件不出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞，就可以置換FRP層，重新錨固，便于修復(fù)。
錨固分為整塊FRP板在預(yù)制場(chǎng)地處的錨固和每個(gè)構(gòu)件上FRP板的錨固。
對(duì)于整塊FRP板，將FRP層通過(guò)千斤頂張拉超過(guò)原預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值的5%_10%，然后錨固于預(yù)制場(chǎng)地兩邊的鋼板上，鋼板具有足夠強(qiáng)度和剛度，防止預(yù)應(yīng)力損失。
每個(gè)構(gòu)件上FRP板的錨固，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定強(qiáng)度后，放張一定預(yù)應(yīng)力量。然后錨固梁底的錨固板，然后放張全部的預(yù)應(yīng)力，剪斷梁間的FRP板，并將該部分錨固于兩端的錨固板。
有益效果界面粘結(jié)性能和預(yù)制復(fù)合結(jié)構(gòu)的質(zhì)量得到充分保證。智能FRP層與混凝土界面通過(guò) “濕法粘結(jié)”，且所有制作工藝流程都在預(yù)制廠完成，能充分保證FRP層與混凝土界面的粘結(jié)效果以及復(fù)合結(jié)構(gòu)質(zhì)量。
預(yù)制工藝簡(jiǎn)單，適用于大面積澆筑。預(yù)制流程可以分為智能FRP層的制作與張拉， 模板的制作，鋼筋籠的綁扎，澆筑混凝土以及錨固板的錨固。簡(jiǎn)單的工藝流程，便于預(yù)制場(chǎng)制作構(gòu)件。機(jī)械化制作工藝，更能提高工作效率，保證較快的施工速度，以供市場(chǎng)需求。
安全性能得到了充分保障。構(gòu)件采用雙錨固板錨固，即構(gòu)件的兩端各有兩個(gè)錨固板，一個(gè)是位于梁底錨固，另一個(gè)是位于梁邊錨固。梁底錨固板的安全設(shè)計(jì)等級(jí)略低于梁邊錨固板，梁底錨固主要用于FRP層預(yù)應(yīng)力的錨固，梁邊的錨固板主要用于安全保障，即梁底錨固板出現(xiàn)破壞后，界面出現(xiàn)剝離或滑移等現(xiàn)象，梁邊的錨固板仍然處于工作狀態(tài)，對(duì)智能 FRP層仍起到錨固作用，從而達(dá)到“小震不壞，中震可修，大震不倒”或“壞而不倒”的效果， 充分提高了構(gòu)件的安全性能。
可修復(fù)性強(qiáng)。構(gòu)件用于結(jié)構(gòu)后，構(gòu)件在以后的服役中，如果出現(xiàn)一般的疲勞破壞或者可修復(fù)性的破壞，可直接置換智能FRP層。如果出現(xiàn)損失較大的破換，可直接置換整個(gè)構(gòu)件。這樣只是在局部對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)或者建筑物的正常使用影響程度小。
薄弱位置得到加強(qiáng)。梁的底板錨固端為薄弱位置。通過(guò)將端部直角改為圓弧形， FRP層對(duì)混凝土有較好的加強(qiáng)，減小了薄弱位置出現(xiàn)破壞的可能性。
綜合力學(xué)性能改善和提高。智能FRP層與鋼筋混凝土芯粘結(jié)，通過(guò)復(fù)合智能FRP層可以大幅提高復(fù)合結(jié)構(gòu)的綜合力學(xué)性能，如承載能力(開(kāi)裂荷載、屈服荷載、極限荷載等)、 二次剛度、抗疲勞、抗蠕變能力等力學(xué)性能。
抗腐蝕及耐久性能的提高。智能FRP層具有優(yōu)異的抗化學(xué)腐蝕性能，通過(guò)粘結(jié)FRP 層后可有效防止智能FRP-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋的腐蝕，從而提高復(fù)合結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性能和壽命周期。
預(yù)應(yīng)力及錨固技術(shù)充分發(fā)揮了材料的性能特征。FRP復(fù)合材料具有高的抗拉強(qiáng)度，通常的粘貼無(wú)法發(fā)揮出其高抗拉強(qiáng)度高的特征，通過(guò)預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以充分發(fā)揮其高強(qiáng)等材料特性；而且鋼板錨固能夠防止在較大受力情況下智能FRP層與鋼筋混凝土界面間的滑移，有效降低智能FRP-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)在制作及服役過(guò)程中的預(yù)應(yīng)力損失。此外，預(yù)應(yīng)力FRP層可大幅提高復(fù)合結(jié)構(gòu)的抗開(kāi)裂能力和裂縫出現(xiàn)后的抗裂縫發(fā)展的能力；同時(shí)，預(yù)應(yīng)力的施加可一定程度的減少了鋼筋用量，降低成本。
智能化提高了復(fù)合結(jié)構(gòu)的安全性和附加值。基于碳纖維自身的壓阻效應(yīng)及導(dǎo)電性，使FRP-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)具有良好的自監(jiān)測(cè)功能，達(dá)到一材兩用的效果，可以大幅提高復(fù)合結(jié)構(gòu)的安全性和附加值；此外，通過(guò)預(yù)應(yīng)力和混雜非導(dǎo)電的纖維材料可以大幅改善和提高智能FRP復(fù)合材料的自傳感性能，特別是測(cè)量的穩(wěn)定性和精度。另外，通過(guò)監(jiān)測(cè)碳纖維的電阻變化，可以對(duì)智能FRP-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力損失進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
碳纖維與其他纖維的混雜，能充分發(fā)揮各種纖維的力學(xué)性能，也更有利于智能FRP 層及復(fù)合結(jié)構(gòu)的自傳感性能，同時(shí)也有效降低了 FRP的成本，使其適合廣泛用于實(shí)際工程中。從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，F(xiàn)RP復(fù)合材料的一材兩用既節(jié)約了材料，降低了成本，同時(shí)又能創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。從生產(chǎn)角度，預(yù)制工藝簡(jiǎn)單，便于大規(guī)模預(yù)制。


圖I智能FRP層及錨固俯視示意圖；圖2 “濕法”粘貼工藝示意圖；圖3場(chǎng)地模板安放構(gòu)造示意圖；圖4 I旲板構(gòu)造不意圖；圖5鋼筋籠及梁底和兩邊底板安放示意圖；圖6預(yù)制智能FRP-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)造示意圖。
圖7三種不同構(gòu)件的撓度-荷載對(duì)比示意圖。
圖中I、預(yù)制場(chǎng)地，2、智能FRP層，3、張拉用錨固板，4、模板，5、圓弧模板，6、梁邊模板，7梁側(cè)模板，8、梁底錨固板底板，9、梁側(cè)錨固板底板，10、梁底螺桿，11、梁側(cè)螺桿，12 鋼筋籠，13、粗骨料，14澆筑鋼筋混凝土，15、電極，16、梁底錨固板頂板，17、梁側(cè)錨固板頂板，18鋼筋混凝土。
具體實(shí)施例方式I)錨固板的制作。
錨固板分為梁底錨固板和端部錨固板。根據(jù)荷載的設(shè)計(jì)等級(jí)和安全設(shè)計(jì)破壞狀態(tài)分別對(duì)梁底錨固板和端部錨固板進(jìn)行設(shè)計(jì)。端部錨固板的破壞等級(jí)高于梁底錨固板，確保梁底錨固在FRP層達(dá)到其極限強(qiáng)度的50%-80%發(fā)生破壞，兩端的錨固板始終處于工作狀態(tài)。
每一個(gè)錨固板均包括頂板和底板。錨固板內(nèi)表面制作成波紋狀，建議波紋深為O.6-1. 2_，可以增加智能FRP層與錨固板之間的機(jī)械鉚合能力。根據(jù)預(yù)制鋼筋混凝土的尺寸以及智能FRP層的張力力度確定錨固板的尺寸(長(zhǎng)度、寬度、厚度)以及錨固板上的開(kāi)孔大小。
2)鋼筋籠的綁扎。
根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)構(gòu)件的配筋要求，對(duì)混凝土構(gòu)件的鋼筋籠進(jìn)行綁扎，綁扎符合規(guī)范規(guī)定。
3)模板的制作根據(jù)構(gòu)件的設(shè)計(jì)尺寸，選擇和制作相應(yīng)的模板。模板可以選用鋼模也可選用木模。模板分為構(gòu)件兩側(cè)的模板、兩邊的模板、及其兩邊底角的圓弧模板(圖4所示)。兩側(cè)的模板的由構(gòu)件的長(zhǎng)和寬決定，兩邊的模板由構(gòu)件的寬和高決定。圓弧模板的弧度為1/4圓弧。圓弧的半徑一般為梁高的1/8-1/4。建議圓弧模板采用鋼模制作這樣便于固定。
4)預(yù)制工藝流程根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的數(shù)量和尺寸，選擇合適的場(chǎng)地，將場(chǎng)地清理干凈，并在兩端安裝好場(chǎng)地錨固板(圖I所示)。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)纖維進(jìn)行下料，下料的長(zhǎng)度要滿足預(yù)制要求(包括纖維的錨固及千斤頂?shù)膹埨?，選擇合適的碳纖維(模量、強(qiáng)度)及其它纖維的種類(lèi)及尺寸(長(zhǎng)度、寬度、厚度)，將碳纖維置于其它纖維內(nèi)側(cè)。同時(shí)在纖維的下面墊一層塑料紙作為隔離材料，避免在后面浸潰刷膠時(shí)，纖維與場(chǎng)地粘結(jié)。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求在需要布置電極的部位，首先去除該部位碳纖維表面的浸潤(rùn)劑，然后涂抹導(dǎo)電膠，導(dǎo)電膠沿碳纖維寬度方向進(jìn)行均勻涂抹；為了增大電極和碳纖維的接觸面以及減少電極和纖維之間的接觸電阻，碳纖維上下表面皆涂抹導(dǎo)電膠，同時(shí)要嚴(yán)格控制導(dǎo)電膠的寬度(通常要小于O. 5cm)，減少對(duì)混雜纖維布力學(xué)性能的影響。導(dǎo)電膠涂抹完畢后， 平直放置經(jīng)過(guò)去除表面氧化層的導(dǎo)線，在表面放置塑料紙，避免相鄰的纖維布相互粘結(jié)，不利于分層浸膠。電極的數(shù)量可以根據(jù)智能FRP層的長(zhǎng)短、損傷定位精度等多個(gè)因素進(jìn)行考慮，通常情況下相鄰兩個(gè)電極之間的距離不小于20cm。
在電極已制作好后對(duì)選擇的纖維進(jìn)行分層刷膠浸潰，浸潰范圍為梁底錨固板之間，且在刷膠的過(guò)程中對(duì)纖維布施加一定的預(yù)拉力，保證纖維始終處于平直的狀態(tài)。
智能FRP片材與混凝土界面采用“濕法”粘結(jié)，等浸潰完畢直接在FRP片材上表面涂一層結(jié)構(gòu)膠，在結(jié)構(gòu)膠上鋪灑粒徑在10-15mm的石子(石子需要用水清洗干凈)(圖2所示)。
在結(jié)構(gòu)膠處于半固化狀態(tài)下，根據(jù)預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的大小或者是智能FRP層應(yīng)變的大小對(duì)FRP板進(jìn)行控制張拉，拉到超過(guò)原先設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力的大小或應(yīng)變5%-10%時(shí)，停止張拉，并錨固于預(yù)制場(chǎng)地兩邊的鋼板錨固件上，避免預(yù)應(yīng)力損失。對(duì)需要安裝梁底錨固板底板的部位做好標(biāo)記，并標(biāo)明相應(yīng)的開(kāi)口位置。待標(biāo)記完畢后，慢慢放張預(yù)應(yīng)力。然后在標(biāo)記的位置開(kāi)孔，以便后面的螺桿錨固。
此時(shí)結(jié)構(gòu)膠仍半固化狀態(tài)下，再次張拉FRP層，張拉量超過(guò)原先設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力的大小或應(yīng)變5%-10%，并再次錨固好。在FRP板的兩側(cè)相應(yīng)位置安裝兩側(cè)的模板，接著安裝兩邊的模板，將模板固定好。最后在模板兩端角放入圓弧形模板，并固定好，以防止在澆筑混凝土?xí)r出現(xiàn)滑移等現(xiàn)象，影響澆筑質(zhì)量。且相鄰兩個(gè)構(gòu)件的模板之間留有一定的距離，以備將相鄰模板間剪斷后的FRP層能夠有足夠的長(zhǎng)度錨固于梁兩端的錨固件上(圖3所示)。最后再次檢查模板的安裝質(zhì)量。
將預(yù)先制作好的鋼筋籠和梁底、兩邊的錨固板底板均放入模板中，并插好螺桿，螺桿一端超出底板一定的距離，用于錨固頂板；另一端在模板內(nèi)留有一定的長(zhǎng)度，這樣做能更好的與混凝土連接。同時(shí)將兩個(gè)底板和螺桿通過(guò)焊接或其他方式錨固于模板與鋼筋籠子上，避免在澆筑混凝土?xí)r造成兩底板和螺桿有位移上的挪動(dòng)或者傾斜(圖5所示)。
再一次檢查模板的質(zhì)量、以及錨固板底板以及螺桿的固定質(zhì)量，以及FRP板的錨固質(zhì)量，以防止在澆筑混凝土出現(xiàn)不必要的事故。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，配置相應(yīng)強(qiáng)度的混凝土，并置于模板中(此時(shí)的結(jié)構(gòu)膠處于半固化狀態(tài))，振搗混凝土，以保證混凝土澆筑的質(zhì)量。
對(duì)構(gòu)件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到其強(qiáng)度的70-90%，放張部分預(yù)應(yīng)力，這部分預(yù)應(yīng)力由界面承擔(dān)。在梁底錨固板底板刷一層結(jié)構(gòu)膠，安裝頂板，并用螺母錨固好。
將預(yù)應(yīng)力全部放張，拆除模板，將相鄰模板間的智能FRP層從中間用剪刀共剪斷， 并在智能FRP層相應(yīng)位置開(kāi)孔以使其能錨固于梁兩邊的錨固螺桿上，接著對(duì)梁底錨固板兩邊的智能FRP層進(jìn)行分層浸潰，并在混凝土表面及梁兩邊錨固板底板刷一層結(jié)構(gòu)膠，將智能FRP層從圓弧處至梁邊錨固板底板與混凝土充分粘結(jié)，且將開(kāi)孔處套于螺桿上，最后錨固好頂板。
依此，重復(fù)進(jìn)行下一批的預(yù)制。
采用本發(fā)明雙錨固HCFRP-混凝土復(fù)合梁，在載荷的作用下?lián)隙让黠@優(yōu)于單錨固 HCFRP-混凝土復(fù)合梁和普通的鋼筋混凝土梁，其測(cè)試曲線如圖7所示。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)制智能FRP-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備工藝，其特征是包括以下步驟 第一步、場(chǎng)地的選擇及場(chǎng)地錨固板的安置根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的數(shù)量選擇場(chǎng)地，并在場(chǎng)地兩邊安裝好錨固FRP層的場(chǎng)地錨固板； 第二步、智能FRP層的制備根據(jù)場(chǎng)地的大小，對(duì)碳纖維及其它纖維進(jìn)行下料，并在碳纖維上安裝電極； 第三步、FRP層的張拉錨固對(duì)FRP層分層浸潰，在FRP片材張拉前涂抹結(jié)構(gòu)膠并在結(jié)構(gòu)膠上鋪灑粒徑在2. 5-15mm的石子，在結(jié)構(gòu)膠半固化狀態(tài)下張拉FRP層并錨固于場(chǎng)地錨固板； 第四步、模板的制作與安裝根據(jù)構(gòu)件的大小制作相應(yīng)的模板，先安裝好構(gòu)件兩端和兩側(cè)的模板，并在兩端和兩側(cè)的模板內(nèi)部安裝圓弧形模板，并固定好； 第五步、鋼筋籠的綁扎與安裝以及錨固板底板的安裝將綁扎好的鋼筋籠安放于模板內(nèi)，同時(shí)在兩側(cè)的模板上通過(guò)構(gòu)件側(cè)螺桿錨固梁側(cè)錨固板底板，在圓弧形模板上通過(guò)梁底螺桿錨固梁底錨固板底板； 第六步、澆筑混凝土 配置構(gòu)件所需的混凝土，并澆筑、振搗密實(shí)； 第七步、FRP層錨固對(duì)構(gòu)件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到其強(qiáng)度的70-90%，釋放30%以?xún)?nèi)的預(yù)應(yīng)力，在梁底錨固板底板上錨固梁底錨固板頂板，然后剪斷模板與模板間的FRP層，并通過(guò)梁側(cè)錨固板頂板錨固于構(gòu)件兩邊的梁側(cè)錨固板底板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的預(yù)制智能FRP-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備工藝，其特征是在所述的第二步中，在碳纖維及其它纖維進(jìn)行下料時(shí)下面墊一層隔離材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的預(yù)制智能FRP-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備工藝，其特征是圓弧形模的弧度為1/4圓弧，圓弧的半徑一般為構(gòu)件高的1/8-1/4。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種預(yù)制智能FRP-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備工藝，包括以下步驟第一步、場(chǎng)地的選擇及場(chǎng)地錨固板的安置；第二步、智能FRP層的制備；第三步、FRP層的張拉錨固；第四步、模板的制作與安裝；第五步、鋼筋籠的綁扎與安裝以及錨固板底板的安裝；第六步、澆筑混凝土；第七步、FRP層錨固對(duì)構(gòu)件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到其強(qiáng)度的70-90%，釋放預(yù)應(yīng)力，在梁底錨固板底板上錨固梁底錨固板頂板，然后剪斷模板與模板間的FRP層，并通過(guò)梁側(cè)錨固板頂板錨固于構(gòu)建兩邊的梁側(cè)錨固板底板上。該預(yù)制復(fù)合結(jié)構(gòu)不僅具備高承載能力、自傳感功能、高耐久性、高安全性、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)；其預(yù)制工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，且適合工廠化大規(guī)模預(yù)制生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B28B23/04GK102922602SQ201210443620
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者楊才千, 焦友進(jìn), 吳智深, 王紅濤, 楊小聰 申請(qǐng)人:東南大學(xué)