徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋及其制備方法
【專利摘要】一種徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋及其制備方法，由多根鋼片和玻璃纖維經(jīng)樹脂基質(zhì)粘結(jié)復(fù)合而成。鋼片繞復(fù)合筋軸線環(huán)向均勻布置于復(fù)合筋中心，鋼片與玻璃纖維之間及玻璃纖維之間充滿樹脂基質(zhì)。鋼片末端至復(fù)合筋表面的區(qū)域?yàn)閺?fù)合筋外層，浸膠后的螺旋纖維束在復(fù)合筋表面螺旋纏繞形成有間隔的肋，復(fù)合筋表面密布砂粒。其制備方法是將經(jīng)過前處理的鋼片與浸膠后的玻璃纖維束一同穿過若干塊分紗板，而后進(jìn)入拉擠模具拉擠成型，將經(jīng)過浸膠處理后的螺旋纖維束經(jīng)螺旋纏繞設(shè)備對成型后的復(fù)合筋表面進(jìn)行繞紗，之后對其進(jìn)行噴砂、加熱固化、切割得到預(yù)期產(chǎn)品。具有抗拉強(qiáng)度高，耐腐蝕，有良好的抗疲勞性能，有較好的延性，因而結(jié)構(gòu)的安全性高，制作采用的拉擠工藝成熟，質(zhì)量易于控制等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是土木工程用結(jié)構(gòu)材料，具體涉及一種徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]玻璃纖維增強(qiáng)塑料筋(即GFRP筋)與鋼筋相比具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、疲勞性能好及高性價比等優(yōu)點(diǎn)，因而在土木工程中具有巨大的應(yīng)用前景，但是GFRP筋與鋼筋相比存在不足，其抗拉模量相對較小，在相同荷載作業(yè)下混凝土梁的撓度和裂縫寬度明顯大于鋼筋混凝土梁。同時玻璃纖維增強(qiáng)材料是線彈性材料，在受拉過程中不存在屈服階段，呈脆性破壞，使得GFRP筋混凝土結(jié)構(gòu)的延性較低，混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中破壞無明顯征兆，材料使用的安全性不高。而鋼材彈性模量較高，有明顯的屈服階段，在這種情況下鋼芯纖維復(fù)合材料的研究受到了重視。這種材料內(nèi)芯由金屬材料和連續(xù)纖維材料組成，通過樹脂使二者粘合在一起，外層則由纖維材料和樹脂包裹。理論上鋼芯纖維復(fù)合材料綜合了鋼與纖維增強(qiáng)材料(即FRP材料)的優(yōu)點(diǎn)，既解決了鋼材在混凝土結(jié)構(gòu)中的腐蝕問題也解決了纖維增強(qiáng)塑料筋(即FRP筋)的模量低，結(jié)構(gòu)延性差的問題。
[0003]鄭百林等人提出了 GFRP包覆筋的概念，內(nèi)芯由鋼等高延性材料組成，外層由繞芯柱纏繞的連續(xù)纖維和樹脂包裹而成(結(jié)構(gòu)混雜GFRP棒拉伸力學(xué)性能試驗(yàn)測試[J].玻璃鋼/復(fù)合材料.2001, (3):8-11)。崔益華等人提出了鋼纖維與FRP纖維(其為構(gòu)成FRP材料的纖維材料)混雜復(fù)合加強(qiáng)筋(混雜型高模量高韌性復(fù)合材料加強(qiáng)筋[J].復(fù)合材料學(xué)報.2006，23(2):93-98)，顧興宇等人則采用玄武巖纖維與鋼絲采用拉擠成型進(jìn)行復(fù)合，二者均是使較細(xì)的鋼纖維/鋼絲均勻分布在復(fù)合筋中(高模量玄武巖纖維-鋼絲復(fù)合筋的力學(xué)性能[J].長沙理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010，7 (3): 19-23.)。吳智深、吳剛等人采用纖維材料與鋼筋進(jìn)行復(fù)合，普通鋼外層被纖維材料和樹脂所包裹(鋼-連續(xù)纖維復(fù)合筋(SFCB)力學(xué)性能試驗(yàn)研究與理論分析[J].土木工程學(xué)報，2010，43 (3):53-61)。歐進(jìn)萍等人采用高強(qiáng)鋼絞線/鋼絲作為芯材與纖維材料復(fù)合，采用拉擠成型工藝生產(chǎn)，使多根鋼絞線并排在一起被纖維和樹脂包裹在復(fù)合筋的中心(纖維增強(qiáng)塑料鋼絞線復(fù)合筋[P].中國:200610009936.6，2007.01.17)。以上幾種復(fù)合形式對于FRP筋(纖維增強(qiáng)塑料筋)的性能具有一定的改善，但仍存在鋼芯與纖維材料粘結(jié)性不足，材料受力不均衡，利用不充分等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋及其制備方法，可以提高玻璃纖維增強(qiáng)材料與鋼芯的變形協(xié)同作用，提高玻璃纖維增強(qiáng)筋的抗拉模量及改善其延性。
[0005]為了解決上述問題本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋，其特征在于:由多根鋼片和玻璃纖維經(jīng)樹脂基質(zhì)粘結(jié)復(fù)合而成；鋼片繞復(fù)合筋軸線環(huán)向均勻布置于復(fù)合筋中心，鋼片與玻璃纖維之間及玻璃纖維之間充滿樹脂基質(zhì)；鋼片末端至復(fù)合筋表面的區(qū)域?yàn)閺?fù)合筋外層，其具有一定的厚度，浸膠后的螺旋纖維束在復(fù)合筋表面螺旋纏繞形成有間隔的肋，復(fù)合筋表面密布砂粒。
[0006]所述徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋為圓形柱狀筋。
[0007]所述的鋼片在復(fù)合筋的橫斷面上每根鋼片截面沿復(fù)合筋的徑向布置，為矩形薄鋼片。
[0008]所述的玻璃纖維與鋼片沿縱向相互平行順直鋪設(shè)，玻璃纖維均勻分布于鋼片之間和復(fù)合筋外層。
[0009]所述的螺旋纖維束采用玻璃纖維或碳纖維或芳綸纖維。
[0010]所述的復(fù)合筋外層的厚度結(jié)合復(fù)合筋的尺寸、鋼片尺寸以及鋼片的數(shù)量而定，厚度不低于1mm。
[0011]一種徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋制備方法，其特征在于:采用現(xiàn)有拉擠成型工藝，將經(jīng)過前處理的鋼片與浸膠后的玻璃纖維束一同穿過若干塊分紗板，而后進(jìn)入拉擠模具拉擠成型，將經(jīng)過浸膠處理后的螺旋纖維束經(jīng)螺旋纏繞設(shè)備對成型后的復(fù)合筋表面進(jìn)行繞紗，之后對其進(jìn)行噴砂、加熱固化、切割得到復(fù)合筋。
[0012]所述的分紗板以一定間距排列，以便固定鋼片及使玻璃纖維束的分布逐漸過渡到材料成型后纖維分布的設(shè)計要求。
[0013]與現(xiàn)有鋼芯纖維復(fù)合筋相比本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0014]本發(fā)明通過增大鋼材與復(fù)合材料樹脂基質(zhì)的接觸面積來提升鋼材與玻璃纖維復(fù)合材料的變形協(xié)同作用，從而能較好地發(fā)揮鋼材與纖維增強(qiáng)材料各自的優(yōu)點(diǎn)，該材料具有以下優(yōu)點(diǎn):抗拉強(qiáng)度高，耐腐蝕，有良好的抗疲勞性能，有較好的延性，因而結(jié)構(gòu)的安全性高，制作采用的拉擠工藝成熟，質(zhì)量易于控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋橫斷面示意圖。
[0016]圖2是徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋A(yù)-A剖面圖。
[0017]圖3是徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋主視示意圖。
[0018]圖中:1.玻璃纖維，2.樹脂基質(zhì)，3.鋼片，4.螺旋纖維束，5.砂粒。

【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1-3所示，徑向布置八根鋼片的圓形柱狀玻璃纖維復(fù)合筋主要由玻璃纖維1、樹脂基質(zhì)2、鋼片3復(fù)合而成。實(shí)際制作中可結(jié)合需要確定所需鋼片3的根數(shù)及尺寸以及玻璃纖維I的用量。八根鋼片3繞筋材軸線環(huán)向均勻布置于復(fù)合筋中心，橫截面上每根鋼片3截面沿復(fù)合筋的徑向布置，鋼片3周圍充滿樹脂基質(zhì)2與玻璃纖維1，玻璃纖維I與鋼片3沿縱向相互平行順直鋪設(shè)，浸膠后的螺旋纖維束4在復(fù)合筋表面螺旋纏繞形成有間隔的肋，復(fù)合筋表面密布砂粒5。
[0020]該復(fù)合筋的制備方法是將一定量浸膠后的玻璃纖維I與八根鋼片3經(jīng)分紗板調(diào)整后使鋼片3位于中心位置，玻璃纖維I均勻分布于鋼片3之間及復(fù)合筋外層，復(fù)合筋外層厚度為1.5mm,以保證復(fù)合筋的整體性。進(jìn)過浸膠后的玻璃纖維和定好位的鋼片一同通過拉擠模具拉擠成型后，再在復(fù)合筋表層采用繞紗機(jī)以一定間距繞上螺旋纖維束4以提高復(fù)合筋的橫向受力并形成有間隔的肋，所用螺旋纖維束4為玻璃纖維，然后在復(fù)合筋表層噴上砂粒5，最后經(jīng)過進(jìn)一步凝膠固化切割得到復(fù)合筋。
【權(quán)利要求】
1.一種徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋，其特征在于:由多根鋼片(3)和玻璃纖維(I)經(jīng)樹脂基質(zhì)(2)粘結(jié)復(fù)合而成；鋼片(3)繞復(fù)合筋軸線環(huán)向均勻布置于復(fù)合筋中心，鋼片(3)與玻璃纖維⑴之間及玻璃纖維⑴之間充滿樹脂基質(zhì)(2);鋼片(3)末端至復(fù)合筋表面的區(qū)域?yàn)閺?fù)合筋外層，其具有一定的厚度，浸膠后的螺旋纖維束(4)在復(fù)合筋表面螺旋纏繞形成有間隔的肋，復(fù)合筋表面密布砂粒(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋，其特征在于:所述徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋為圓形柱狀筋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋，其特征在于:所述的鋼片(3)在復(fù)合筋的橫斷面上每根鋼片截面沿復(fù)合筋的徑向布置，為矩形薄鋼片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋，其特征在于:所述的玻璃纖維(I)與鋼片(3)沿復(fù)合筋縱向相互平行順直鋪設(shè)，玻璃纖維(I)均勻分布于鋼片(3)之間和復(fù)合筋外層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋，其特征在于:所述的螺旋纖維束(4)采用玻璃纖維或碳纖維或芳綸纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋，其特征在于:所述的復(fù)合筋外層的厚度結(jié)合復(fù)合筋的尺寸、鋼片(3)尺寸以及鋼片(3)的數(shù)量而定，厚度不低于1_。
7.一種徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋制備方法，其特征在于:采用現(xiàn)有拉擠成型工藝，將經(jīng)過前處理的鋼片(3)與浸膠后的玻璃纖維束一同穿過若干塊分紗板，而后進(jìn)入拉擠模具拉擠成型，將經(jīng)過浸膠處理后的螺旋纖維束(4)經(jīng)螺旋纏繞設(shè)備對成型后的復(fù)合筋表面進(jìn)行繞紗，之后對其進(jìn)行噴砂、加熱固化、切割得到復(fù)合筋。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的徑向布置鋼片玻璃纖維復(fù)合筋制備方法，其特征在于:所述的分紗板以一定間距排列，以便固定鋼片(3)及使玻璃纖維束的分布逐漸過渡到材料成型后纖維分布的設(shè)計要求。
【文檔編號】E04C5/03GK104295005SQ201410487163
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】何雄君, 王江, 甘帆, 封孝欣, 代力, 楊文瑞, 趙霞 申請人:武漢理工大學(xué)