本發(fā)明屬于建筑與土木工程材料領(lǐng)域，特別涉及一種SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋及其制備方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要使用鋼筋作為加強(qiáng)筋，而多年以來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，鋼筋具有以下弊端：其一，鋼筋銹蝕問題十分嚴(yán)重，尤其在海洋、港口等沿海地區(qū)的結(jié)構(gòu)中，鋼筋銹蝕造成結(jié)構(gòu)承載力大大降低，無法達(dá)到預(yù)期的使用壽命，且巨額的維修和改造費(fèi)用造成資源的浪費(fèi)；其二，鋼筋屈服后產(chǎn)生過大的變形會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生永久殘余位移，使得結(jié)構(gòu)的整體承載能力降低。尤其在發(fā)生地震時(shí)，鋼筋的永久塑性變形是造成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)功能性破壞的主要原因，如果發(fā)生強(qiáng)余震，還會(huì)威脅生命安全。

為了解決鋼筋的銹蝕問題，玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（GFRP）因其優(yōu)異的耐腐蝕性能而受到廣泛關(guān)注，由于GFRP是一種脆性材料，其在抗震結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用受到限制。如果GFRP筋混凝土結(jié)構(gòu)能夠引入延性，那么不僅可以解決銹蝕問題，而且在地震作用時(shí)能耗散大量能量，其在抗震結(jié)構(gòu)中的使用將不再受限。鎳鈦形狀記憶合金（Ni-Ti SMA絲：Nickel-Titanium Shape Memory Alloy wires）具有超彈性和形狀記憶功能，可恢復(fù)應(yīng)變高達(dá)6%~8%，屈服應(yīng)力在400~500MPa左右，極限強(qiáng)度超過1000MPa，極限變形高達(dá)25%，遠(yuǎn)高于一般金屬。目前，通過將Ni-Ti SMA絲和GFRP絲束以及樹脂基體混雜制成的SMA-GFRP超彈性（超彈性：是指試樣在外力作用下產(chǎn)生遠(yuǎn)大于其彈性極限應(yīng)變量的應(yīng)變，在卸載時(shí)應(yīng)變可自動(dòng)恢復(fù)的現(xiàn)象）復(fù)合筋及其制備方法尚未見有所報(bào)道，且三者的最優(yōu)纖維混雜比例為研究核心。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本一種SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋, 該復(fù)合筋包括SMA絲、GFRP絲束以及通過拉擠工藝固化在SMA絲和GFRP絲束之間的柔性乙烯基酯樹脂基體， 所述SMA絲（1）、GFRP絲束（2）以及柔性乙烯基酯樹脂基體（3）的體積百分比分別為24%、44%和32%。

如此設(shè)計(jì)，非線性、超彈性的SMA絲使得SMA-GFRP復(fù)合筋具有旗形的滯回曲線和延性，在反復(fù)循環(huán)荷載下產(chǎn)生的損傷積累最小，可以有效提高混凝土結(jié)構(gòu)在連續(xù)強(qiáng)地震事件下的抗震性能性能，且對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最小的破壞，這明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的鋼筋通過屈服后產(chǎn)生永久變形來實(shí)現(xiàn)延性。另外，用Ni-Ti SMA絲和GFRP絲混雜制成的新型復(fù)合筋稱為SMA-GFRP復(fù)合筋兼具延性和耐腐蝕性兩個(gè)特征，很好地解決了GFRP筋在抗震結(jié)構(gòu)中使用受限的問題。此外，基體材料采用柔性乙烯基酯樹脂基體，是由雙酚型或酚醛型環(huán)氧樹脂與甲基丙烯酸反應(yīng)得到的一種變性環(huán)氧樹脂，為熱固性樹脂，這種熱固性樹脂粘接強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度大、延伸率高，可以保證高延伸率的SMA絲能夠充分發(fā)揮其延性，通過滯回作用提高能量耗散能力。

作為優(yōu)化，將SMA-GFRP復(fù)合筋用于梁柱的塑性鉸區(qū)域，在框架的其他地方仍采用GFRP筋作為加強(qiáng)筋，由于目前Ni-Ti形狀記憶合金的成本較高，這樣，既可以達(dá)到預(yù)期效果，又節(jié)約了成本。

作為優(yōu)化，所述SMA絲和GFRP絲束平行放置。

作為優(yōu)化，所述SMA絲和GFRP絲束環(huán)狀放置。

一種SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋的制備方法，具體步驟為：

a、將體積百分比為24%的直徑為0.5mm的極細(xì)SMA絲和44%的GFRP絲束平行放置，并用柔性乙烯基酯樹脂基體通過拉擠工藝固化在兩種纖維之間，柔性乙烯基酯樹脂基體的體積百分比為32%，通過拉擠工藝成型，截面形式采用與鋼筋相同的圓形；

b、為增強(qiáng)SMA-GFRP筋與混凝土間的錨固，SMA-GFRP筋的表面做成異形或表面粘砂處理。

一種SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋的制備方法，具體步驟為：

a、將體積百分比為24%的直徑為0.5mm的極細(xì)SMA絲和44%的GFRP絲束環(huán)狀放置，并用柔性乙烯基酯樹脂基體通過拉擠工藝固化在兩種纖維之間，柔性乙烯基酯樹脂基體的體積百分比為32%，通過拉擠工藝成型，截面形式采用與鋼筋相同的圓形；

b、為增強(qiáng)SMA-GFRP筋與混凝土間的錨固，SMA-GFRP筋的表面做成異形或表面粘砂處理。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明，兼具延性和耐腐蝕性兩個(gè)特征，很好地解決了GFRP筋在抗震結(jié)構(gòu)中使用受限的問題，將SMA-GFRP復(fù)合筋用于塑性鉸區(qū)域，提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能，減小了連續(xù)地震后的殘余位移積累，使結(jié)構(gòu)在連續(xù)地震災(zāi)害下的整體性能得到提升。另外，該新型復(fù)合筋強(qiáng)度高、延性好，且具有形狀記憶功能，隨著生產(chǎn)技術(shù)的逐漸成熟，可以在抗震結(jié)構(gòu)中推廣使用。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋作進(jìn)一步說明：

圖1是本SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1為SMA絲、2為GFRP絲束、3為柔性乙烯基酯樹脂基體。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：如圖1所示，本SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋，該復(fù)合筋包括SMA絲1、GFRP絲束2以及通過拉擠工藝固化在SMA絲1和GFRP絲束2之間的柔性乙烯基酯樹脂基體3；所述SMA絲1和GFRP絲束2平行放置。

一種SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋的制備方法，具體步驟為：

a、將體積百分比為24%的直徑為0.5mm的極細(xì)SMA絲1和44%的GFRP絲束2平行放置，并用柔性乙烯基酯樹脂基體3通過拉擠工藝固化在兩種纖維之間，柔性乙烯基酯樹脂基體3的體積百分比為32%，通過拉擠工藝成型，截面形式采用與鋼筋相同的圓形；

b、為增強(qiáng)SMA-GFRP筋與混凝土間的錨固，SMA-GFRP筋的表面做成異形或表面粘砂處理。

實(shí)施例2：如圖2所示，本SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋，該復(fù)合筋包括SMA絲1、GFRP絲束2以及通過拉擠工藝固化在SMA絲1和GFRP絲束2之間的柔性乙烯基酯樹脂基體3；所述SMA絲1和GFRP絲束2環(huán)狀放置。

一種SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋的制備方法，具體步驟為：

a、將體積百分比為24%的直徑為0.5mm的極細(xì)SMA絲1和44%的GFRP絲束2環(huán)狀放置，并用柔性乙烯基酯樹脂基體3通過拉擠工藝固化在兩種纖維之間，柔性乙烯基酯樹脂基體3的體積百分比為32%，通過拉擠工藝成型，截面形式采用與鋼筋相同的圓形；

b、為增強(qiáng)SMA-GFRP筋與混凝土間的錨固，SMA-GFRP筋的表面做成異形或表面粘砂處理。

對(duì)比實(shí)施例1：如圖1所示，本SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋，該復(fù)合筋包括SMA絲1、GFRP絲束2以及通過拉擠工藝固化在SMA絲1和GFRP絲束2之間的柔性乙烯基酯樹脂基體3；所述SMA絲1和GFRP絲束2平行放置。

一種SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋的制備方法，具體步驟為：

a、將體積百分比為31.75%的直徑為0.5mm的極細(xì)SMA絲1和35.25%的GFRP絲束2平行放置，并用柔性乙烯基酯樹脂基體3通過拉擠工藝固化在兩種纖維之間，柔性乙烯基酯樹脂基體3的體積百分比為33%，通過拉擠工藝成型，截面形式采用與鋼筋相同的圓形；

b、為增強(qiáng)SMA-GFRP筋與混凝土間的錨固，SMA-GFRP筋的表面做成異形或表面粘砂處理。同實(shí)施例1相比，只是SMA絲、CFRP絲束與柔性乙烯基酯樹脂基體的體積百分比有變化。

對(duì)比實(shí)施例2：如圖2所示，本SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋，該復(fù)合筋包括SMA絲1、GFRP絲束2以及通過拉擠工藝固化在SMA絲1和GFRP絲束2之間的柔性乙烯基酯樹脂基體3；所述SMA絲1和GFRP絲束2環(huán)狀放置。

一種SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋的制備方法，具體步驟為：

a、將體積百分比為31.75%的直徑為0.5mm的極細(xì)SMA絲1和35.25%的GFRP絲束2環(huán)狀放置，并用柔性乙烯基酯樹脂基體3通過拉擠工藝固化在兩種纖維之間，柔性乙烯基酯樹脂基體3的體積百分比為33%，通過拉擠工藝成型，截面形式采用與鋼筋相同的圓形；

b、為增強(qiáng)SMA-GFRP筋與混凝土間的錨固，SMA-GFRP筋的表面做成異形或表面粘砂處理。同實(shí)施例2相比，只是SMA絲、CFRP絲束與柔性乙烯基酯樹脂基體的體積百分比有變化。

對(duì)比實(shí)施例3：如圖1所示，本SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋，該復(fù)合筋包括SMA絲1、GFRP絲束2以及通過拉擠工藝固化在SMA絲1和GFRP絲束2之間的柔性乙烯基酯樹脂基體3；所述SMA絲1和GFRP絲束2平行放置。

一種SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋的制備方法，具體步驟為：

a、將體積百分比為40%的直徑為0.5mm的極細(xì)SMA絲1和28%的GFRP絲束2平行放置，并用柔性乙烯基酯樹脂基體3通過拉擠工藝固化在兩種纖維之間，柔性乙烯基酯樹脂基體3的體積百分比為32%，通過拉擠工藝成型，截面形式采用與鋼筋相同的圓形；

b、為增強(qiáng)SMA-GFRP筋與混凝土間的錨固，SMA-GFRP筋的表面做成異形或表面粘砂處理。同實(shí)施例1相比，只是SMA絲、CFRP絲束與柔性乙烯基酯樹脂基體的體積百分比有變化。

對(duì)比實(shí)施例4：如圖2所示，本SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋，該復(fù)合筋包括SMA絲1、GFRP絲束2以及通過拉擠工藝固化在SMA絲1和GFRP絲束2之間的柔性乙烯基酯樹脂基體3；所述SMA絲1和GFRP絲束2環(huán)狀放置。

一種SMA-GFRP超彈性復(fù)合筋的制備方法，具體步驟為：

a、將體積百分比為40%的直徑為0.5mm的極細(xì)SMA絲1和28%的GFRP絲束2環(huán)狀放置，并用柔性乙烯基酯樹脂基體3通過拉擠工藝固化在兩種纖維之間，柔性乙烯基酯樹脂基體3的體積百分比為32%，通過拉擠工藝成型，截面形式采用與鋼筋相同的圓形；

b、為增強(qiáng)SMA-GFRP筋與混凝土間的錨固，SMA-GFRP筋的表面做成異形或表面粘砂處理。同實(shí)施例2相比，只是SMA絲、CFRP絲束與柔性乙烯基酯樹脂基體的體積百分比有變化。

對(duì)比實(shí)施例5：單一SMA絲，同實(shí)施例2相比，只是SMA絲體積百分比為68%、CFRP絲束體積百分比為0%，柔性乙烯基酯樹脂基體的體積百分比為32%。

對(duì)比實(shí)施例6：單一GFRP絲，同實(shí)施例2相比，只是SMA絲體積百分比為0%、CFRP絲束體積百分比為68%，柔性乙烯基酯樹脂基體的體積百分比為32%。

對(duì)上述實(shí)施例和對(duì)比實(shí)施例進(jìn)行了數(shù)據(jù)檢測，結(jié)果如下表：

通過表中各項(xiàng)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)施例1和實(shí)施例2較優(yōu)，且實(shí)施例2為最優(yōu)。

上述具體實(shí)施方式僅是本發(fā)明的具體個(gè)案，并非是對(duì)本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，皆應(yīng)落入本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。