本發(fā)明涉及建筑技術(shù)領(lǐng)域的混凝土結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)方法，尤其涉及的是一種碳纖維布包裹鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

混凝土結(jié)構(gòu)是以混凝土材料為主制作的建筑材料結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)代建筑工程中常用的建筑材料之一，尤其常見的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，是通過在混凝土結(jié)構(gòu)中配以適量的鋼筋構(gòu)成。單純的混凝土結(jié)構(gòu)，因為其是使用水泥、砂、石子等按照一定比例加水拌制而成，故其僅僅具有良好的抗壓強度，而抗拉強度則很低。故在實際使用中，尤其是在需要將外界壓力轉(zhuǎn)化為內(nèi)部拉力的梁結(jié)構(gòu)中，一般是通過在混凝土結(jié)構(gòu)中插入鋼筋結(jié)構(gòu)來增強整體結(jié)構(gòu)的抗拉強度。鋼筋結(jié)構(gòu)的抗拉強度本來就比較高，同時因為鋼筋和混凝土，這兩種材料的溫度線膨脹系數(shù)接近，故常配合在一起使用，構(gòu)成所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。所述鋼筋結(jié)構(gòu)，一般是由多根較粗較長的受力鋼筋縱向排列成骨架，其中，所述受力鋼筋需要采用至少三根，大多情況下，采用四根，并根據(jù)實際建筑需要，彼此距離一定的距離，分散縱向平行設(shè)置。然后配合橫向的至少兩組箍筋，圍成一個鋼筋籠，再澆注水泥混凝土，形成整體的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

在目前建筑技術(shù)中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料的耐久性，一直還是土木工程領(lǐng)域研究的熱點。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用時，因為荷載緣故，尤其是拉伸受力，往往導(dǎo)致所述混凝土結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)受力裂縫，并且，隨著使用時間的增加，裂縫會慢慢發(fā)展，甚至暴露其中的鋼筋于空氣中，乃至暴露于空氣和水汽中，導(dǎo)致鋼筋銹蝕加快，從而影響其結(jié)構(gòu)強度，帶來一定的危險，并縮短整體結(jié)構(gòu)的使用壽命。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進和發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種碳纖維布包裹鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)方法，用于增加混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉強度，并延緩混凝土結(jié)構(gòu)中受力裂縫的發(fā)展速度，從而抑制鋼筋在空氣中暴露所導(dǎo)致的銹蝕，進而有助于防止產(chǎn)生對鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)的傷害，并減少鋼筋的使用量。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種碳纖維布包裹鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)，包括在混凝土中配以鋼筋，其中，所述鋼筋外表面包裹至少一層碳纖維布。

所述的混凝土結(jié)構(gòu)，其中，所述鋼筋構(gòu)成鋼筋籠，包括至少三根縱向平行排列且不共面的受力鋼筋，和至少兩組橫向的箍筋，所述箍筋設(shè)置在所述鋼筋之間。

所述的混凝土結(jié)構(gòu)，其中，所述碳纖維布采用48k數(shù)目以上的大絲束碳纖維絲織造。

一種所述的混凝土結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方法，其中，包括以下步驟：

a.拉緊所述碳纖維布的至少一組碳纖維絲束;

b.所述拉緊的碳纖維絲束與所述鋼筋的長度方向平行設(shè)置;

c.所述碳纖維布包裹所述鋼筋；

d.所述碳纖維布采用碳纖維配套樹脂浸漬膠粘結(jié)于所述鋼筋外表面，構(gòu)成碳纖維布包裹鋼筋；

e.填充混凝土，形成完整的混凝土結(jié)構(gòu)。

所述的實現(xiàn)方法，其中，在所述步驟g之前，所述鋼筋還采用以下加工處理步驟：

e.平行排列至少三根所述碳纖維布包裹鋼筋；

f.使用至少兩組箍筋將平行排列的所述碳纖維布包裹鋼筋固定。

所述的實現(xiàn)方法，其中，所述碳纖維布采用完全包裹的方式包裹所述鋼筋。

所述的實現(xiàn)方法，其中，所述碳纖維布采用條狀包裹的方式包裹所述鋼筋。

所述的實現(xiàn)方法，其中，所述碳纖維布還配套樹脂浸漬膠，所述樹脂浸漬膠為雙組份改性環(huán)氧樹脂膠粘劑。

本發(fā)明所提供的碳纖維布包裹鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)方法，由于采用了碳纖維布對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋進行包裹，有效地增加了所述混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉強度，并延緩了混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)展速度，從而抑制了鋼筋在空氣中的暴露以及暴露所導(dǎo)致的銹蝕，進而防止了對鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)的傷害，并在保證強度的前提下，可以有效減少混凝土結(jié)構(gòu)中所需要的鋼筋截面積，節(jié)約鋼材使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明碳纖維布包裹鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)的碳纖維增強復(fù)合材料與熱軋鋼筋的典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。

圖2是本發(fā)明碳纖維布包裹鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋籠結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明碳纖維布包裹鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)中的碳纖維布包裹鋼筋的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明碳纖維布包裹鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋籠斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種新型碳纖維布包裹鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實例對本發(fā)明進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的碳纖維布包裹鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)，如圖2所示，采用由多根鋼筋搭結(jié)成鋼筋籠，包括縱向平行分開排列的受力鋼筋1，配合沿著所述受力鋼筋1的長度方向上，所排列分布的至少兩組橫向的箍筋2。所述鋼筋籠為一立體結(jié)構(gòu)，包括至少三根，通常為四根，縱向平行分開排列且不共面的受力鋼筋1，所述受力鋼筋1，一般比較粗，也比較長，用于承受所述混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力，主要是拉伸應(yīng)力。每兩根所述受力鋼筋1之間由至少兩根所述箍筋2連接；所述箍筋2沿著所述受力鋼筋1長度方向分開分布，以取得較佳的捆綁固定所述受力鋼筋1的效果。

每根所述受力鋼筋1的外圍，包裹至少一層碳纖維布11，如圖3所示。而所述碳纖維布11的包裹層數(shù)則取決于所述混凝土結(jié)構(gòu)的尺寸大小，具體來說，就是根據(jù)國家《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》要求，結(jié)合施工需要的實際情況，再考慮到各層所述碳纖維布11的共同工作系數(shù)和抗疲勞能力，并且還要避免脆性破壞，在進行綜合考慮后加以具體確定，但是，一般不宜超過5層。同時，可以根據(jù)實際施工需要，既可以采用完全包裹的方式，也可以采用條狀包裹的方式，只要是保證可以覆蓋所述受力鋼筋1的長度方向，以幫助所述受力鋼筋1承擔(dān)部分拉伸應(yīng)力即可。具體來說，所述碳纖維布11，緊貼所述受力鋼筋1外圍，最佳方案是拉緊后，完全纏繞覆蓋所述受力鋼筋1，并且，所述碳纖維布11的一組纖維方向與所述受力鋼筋1長度方向大致平行設(shè)置，以達到最佳的抗拉伸效果。

在具體施工時，使用所述碳纖維布11包裹所述受力鋼筋1，非常便捷，只需要將所述碳纖維布11其中的一組纖維絲方向保持與所包裹的所述受力鋼筋1的長度方向大致平行，并在所述受力鋼筋1的長度方向上拉緊后再包裹所述受力鋼筋1即可。

將所述碳纖維布以拉緊狀態(tài)，包裹覆蓋在所述受力鋼筋1的外表面，并保持其中一組碳纖維絲的方向與所述鋼筋長度方向大致平行，就可以幫助所述受力鋼筋1承擔(dān)部分拉伸應(yīng)力，同時，考慮到同等截面的碳纖維的抗拉伸應(yīng)力強度，遠遠超過鋼筋，故而使用所述碳纖維布11以上述方式，即其中一組碳纖維絲以大致平行于所述受力鋼筋1的長度方向，拉緊后包裹覆蓋所述受力鋼筋1的外表面后，就可以大大減少所述受力鋼筋1承擔(dān)同等的拉伸應(yīng)力所需要的直徑，所以，在保證所述混凝土結(jié)構(gòu)強度的前提下，使用碳纖維布包裹鋼筋，可以節(jié)約大量建筑鋼筋的使用。

本發(fā)明中，所述碳纖維布11，優(yōu)選為使用大絲束的碳纖維絲織造，即在其絲束中單絲數(shù)量較多，多于48000根（48k根單絲），可以在保證絲束具有一定強度的前提下，降低所述碳纖維布11的生產(chǎn)成本，從而降低所述混凝土結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本。

所述混凝土結(jié)構(gòu)在制作時，首先，沿著所述碳纖維布11的一組碳纖維絲束的方向，拉緊所述碳纖維絲束，再以所述拉緊的碳纖維絲束大致平行于所述受力鋼筋長度方向，包裹每根所述受力鋼筋1的外表面，可以采用完全包裹的方式，也可以采用條狀包裹的方式，包裹每根所述受力鋼筋1的外表面。然后采用碳纖維配套樹脂浸漬膠，或碳纖維布加固配套膠，尤其是雙組份改性環(huán)氧樹脂膠粘劑，將其粘結(jié)于所述鋼筋外表面，形成對所述受力鋼筋1的包裹，最佳是將每根所述受力鋼筋1完全包裹。最后將至少三根，通常為四根，包裹后的所述受力鋼筋1平行排列，形成一立體柱形的結(jié)構(gòu)，然后使用至少兩組箍筋2將其連接固定，形成鋼筋籠結(jié)構(gòu)，如圖4的鋼筋籠斷面結(jié)構(gòu)示意圖所示；再填充混凝土3，形成完整的混凝土結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，也可以直接在一根或數(shù)根碳纖維布11包裹后的所述受力鋼筋1旁，填充混凝土。

在建筑領(lǐng)域，通常使用碳纖維布從澆筑好的混凝土外面包裹鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，用于減少混凝土的開裂可能，從而減少其內(nèi)部的鋼筋在空氣中的暴露機會。但實際上，這種做法無法抵抗混凝土的爆裂應(yīng)力，導(dǎo)致碳纖維布不能足夠?qū)崿F(xiàn)對鋼筋的暴露和銹蝕問題。

碳纖維通常是將丙烯等纖維在無氧狀態(tài)下“蒸烤”炭化制成，把碳纖維在平面上排列或編織成片，再用樹脂加固，例如使用環(huán)氧樹脂材料加固，例如采用碳纖維布配套a、b膠水，按照1：2的比例配合而成，成為碳纖維增強復(fù)合材料，這種材料具有質(zhì)量輕，抗拉強度高的優(yōu)點。

在中國建筑工業(yè)出版社出版的《frp加固混凝土結(jié)構(gòu)》一書中，包括了一張圖表，見附圖1，其顯示了碳纖維增強復(fù)合材料與熱軋鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線對比圖，圖中111為碳纖維增強復(fù)合材料cfrp(carbonfiberreinforcedpolymer/plastic)，222為普通熱軋鋼筋，x軸代表應(yīng)變（單位%），y軸代表應(yīng)力（單位mpa）。圖中可見，普通熱軋鋼筋222在應(yīng)力略大于250mpa時，即已屈服變形，失去抗拉伸能力；而碳纖維增強復(fù)合材料111卻仍然可以保持彈性拉伸形變直至應(yīng)力高達2500mpa以上。而一種建筑材料能夠具有良好的抗拉性能，尤其在是建筑的梁結(jié)構(gòu)中，就非常重要。

目前所使用的碳纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其比強度、比模量綜合指標(biāo)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。在強度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場合，碳纖維復(fù)合材料都頗具優(yōu)勢。

碳纖維增強復(fù)合材料具有質(zhì)量輕強度高的優(yōu)勢，表現(xiàn)為：其抗拉強度可達3200～4000mpa，這是同截面鋼材的10倍以上，而其比重僅僅為2.0~3.0g/cm³，與之相比較，鋼筋的比重為7.85g/cm³；其使用的單層厚度為0.112～0.167mm，用粘結(jié)劑將它與結(jié)構(gòu)物粘貼后形成一體，厚度僅為2mm左右，不用預(yù)加工，施工方便，不用加壓和起重，并且在提高構(gòu)件靜荷載、動荷載、構(gòu)件剛度、構(gòu)件的抗蠕變和構(gòu)件的耐久性上都有突出的的效果。其基本上不增加構(gòu)件截面，對結(jié)構(gòu)物自重的增加幾乎可以忽略。

而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尤其是鋼筋混凝土的梁結(jié)構(gòu)，在建筑上通常用來承受很大的負重，導(dǎo)致其內(nèi)部很大的拉伸應(yīng)力，這就要求所使用的鋼筋必須具有足夠的抗拉伸強度，主要反映在內(nèi)部鋼筋必須具有一定的截面積，故而對鋼筋的使用量就很大。目前，建材鋼筋的需求占了鋼筋市場的很大份額，再考慮到在目前的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，由于鋼筋暴露在空氣中所導(dǎo)致的銹蝕可能，就要求使用更粗和更多的鋼筋。

本發(fā)明的碳纖維布包裹鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)方法，通過使用碳纖維布包裹受力鋼筋，充分利用了碳纖維布的良好抗拉強度，以及質(zhì)量輕的優(yōu)點，既增加了包裹后鋼筋的抗拉強度，又不增加整個結(jié)構(gòu)的自重，同時還可以防止銹蝕。所述碳纖維布包裹的受力鋼筋，可以延緩所述混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)展速度，并抑制了所述鋼筋在空氣中的暴露，從而減慢了混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的銹蝕速度，因此提高了整個混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，并在保證強度的前提下，還可以降低鋼筋的使用量，從而節(jié)約建筑成本。

本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，例如，改變兩刀座之間排斥分開的作用力來源等等，所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。