本發(fā)明涉及一種建筑構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及材料，尤其涉及一種新型鋼-連續(xù)纖維復(fù)合筋ecc-混凝土復(fù)合梁及其制備方法，屬于建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題一直是土木工程領(lǐng)域的重要研究課題。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕問題十分突出，因鋼筋銹蝕導(dǎo)致許多建筑物、橋梁提前破壞，造成巨大的經(jīng)濟損失。frp筋雖然具有良好的抗腐蝕性能和材料力學(xué)性能。但是frp筋為線彈性材料，不存在類似于鋼筋的屈服平臺，所以frp筋混凝土梁的彎曲破壞表現(xiàn)為脆性破壞，延性較差。

一種綜合鋼筋和frp筋兩種材料優(yōu)點的新型復(fù)合材料：鋼-連續(xù)纖維復(fù)合筋（steel-fibercompositebar，簡稱sfcb）。sfcb是一種以鋼筋為內(nèi)芯外包縱向纖維的新型增強復(fù)合材料，它同時具有強度高、延性好、彈性模量較高、穩(wěn)定的二次剛度及優(yōu)異的耐腐蝕性能等特點。在鋼筋外包裹frp材料，利用frp材料良好的耐腐蝕性保護鋼筋不受侵蝕。由于鋼筋有明顯的屈服點和較好的延性，使得sfcb也存在屈服點。同時在屈服后，由于frp材料還發(fā)揮著作用使得sfcb有明顯的強化階段。目前，sfcb的制備工藝日漸成熟，sfcb運用到工程實際中已成為一種趨勢。

對普通的混凝土受彎梁來說，受拉區(qū)混凝土的開裂加快了鋼筋的銹蝕，繼而造成了混凝土保護層的進(jìn)一步開裂和剝落。

ecc（engineeredcementitiouscomposite，工程用水泥基復(fù)合材料）克服了傳統(tǒng)水泥基材料在抗拉荷載下的軟化性能,表現(xiàn)出與金屬材料類似的偽硬化特征,可實現(xiàn)傳統(tǒng)水泥基材料單一裂紋宏觀開裂發(fā)展模式向多重微細(xì)裂紋穩(wěn)態(tài)開裂模式的轉(zhuǎn)變,具有顯著的非線性變形、優(yōu)良的韌性和能量吸收能力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種新型鋼-連續(xù)纖維復(fù)合筋ecc-混凝土復(fù)合梁及其制備方法，充分利用sfcb強度高、耐腐蝕性、延性好和ecc優(yōu)良的抗拉性能的特點，旨在解決普通鋼筋混凝土梁耐久性能不足和frp筋混凝土梁延性差、裂縫寬度和撓度大的問題。

本發(fā)明是在普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和frp筋混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，引入強度高、延性好、彈性模量較高、具有穩(wěn)定的二次剛度的sfcb和具有優(yōu)良的抗拉能力的工程用水泥基復(fù)合材料ecc，對混凝土梁截面進(jìn)行分層設(shè)計，將受拉縱筋（鋼筋或者frp筋）用sfcb替代，受拉縱筋周圍的部分普通混凝土用ecc代替形成鋼-連續(xù)纖維復(fù)合筋ecc-混凝土復(fù)合梁，受壓區(qū)混凝土仍采用普通混凝土，界面區(qū)無需特殊處理技術(shù)，在澆筑ecc后直接澆筑普通混凝土，并以sfcb作為受拉縱筋，綜合利用sfcb抗拉強度高、耐腐蝕和ecc優(yōu)良的抗拉能力，形成承載能力高和耐久性能好的新型鋼-連續(xù)纖維復(fù)合筋ecc-混凝土復(fù)合梁。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種新型鋼-連續(xù)纖維復(fù)合筋ecc-混凝土復(fù)合梁，包括梁體、鋼筋骨架，所述梁體分為受壓區(qū)和受拉區(qū)，所述受壓區(qū)由混凝土制成，所述鋼筋骨架包括受拉縱筋、受壓縱筋（或者架立鋼筋），其特征是，所述受拉區(qū)由工程用水泥基復(fù)合材料ecc澆筑而成，所述受拉縱筋為鋼-連續(xù)纖維復(fù)合筋，布置在工程用水泥基復(fù)合材料ecc中。

進(jìn)一步地，所述工程用水泥基復(fù)合材料層設(shè)置在梁體整個縱向長度范圍內(nèi)的受拉區(qū)或特定梁段的受拉區(qū)；所述特定梁段是指以梁的彎矩控制截面為對稱中心且其長度為梁長的1/4-1/2的梁段。

進(jìn)一步地，所述工程用水泥基復(fù)合材料澆筑的厚度是受拉縱筋混凝土保護層厚度的2倍。

進(jìn)一步地，所述的混凝土強度等級在c15~c80。

進(jìn)一步地，所述工程用水泥基復(fù)合材料ecc成分包括水泥、石英砂、硅灰、粉煤灰、纖維、水和減水劑；各組成成份的重量百分比為：水泥20%~40%、石英砂20%~30%、硅灰10.0%~15.0%、粉煤灰0%~30.0%、水15%~20%、減水劑0%~1.5%，所述纖維體積摻量為1.5%~2.5%。

進(jìn)一步地，所述石英砂的最大粒徑不超過0.3mm；所述減水劑為聚羧酸系高性能減水劑；所述的sfcb可為gfrp、cfrp、afrp或bfrp；所述石英砂為100~200目的石英砂，水泥采用p.o.42.5水泥。

進(jìn)一步地，所述纖維為聚乙烯醇（polyvinylalcohol，pva）纖維，pva纖維長度為10~15mm、直徑為0.03~0.05mm、彈性模量為35~55gpa、抗拉強度為1500~2500mpa、極限伸長率為8％~12％。

進(jìn)一步地，所述pva聚乙烯醇纖維，體積摻量為2.0%。

進(jìn)一步地，所述工程用水泥基復(fù)合材料ecc的制備方法：將水泥、石英砂、硅灰、粉煤灰投入攪拌機低速攪拌1~2min，使混合料均勻分布；加水，低速攪拌1~2min；加減水劑，高速攪拌2~3min至水泥砂漿能夠自流平；最后加入纖維高速攪拌6~8min至纖維分散均勻。

上述新型鋼-連續(xù)纖維復(fù)合筋ecc-混凝土復(fù)合梁的制備方法，其特征是，

1）按結(jié)構(gòu)施工圖綁扎縱向sfcb受拉主筋、受壓鋼筋（或架立鋼筋）、箍筋等梁中其它鋼筋，且應(yīng)符合綁扎要求；梁端可預(yù)埋吊鉤，方便后期起吊運輸；

2）工程用水泥基復(fù)合材料ecc的澆筑：經(jīng)步驟1）后，在模板上先刷一層脫模劑；將綁扎好的鋼筋籠置于模板中，固定好位置，確保鋼筋籠在澆筑過程中不發(fā)生錯位移動；將嚴(yán)格按上述方法制備而成的工程用水泥基復(fù)合材料ecc澆筑其中，其澆筑厚度是縱向受拉筋混凝土保護層厚度的2倍，也可根據(jù)工程實際情況計算確定；

或者，工程用水泥基復(fù)合材料ecc澆筑一特定梁段，其澆筑厚度是縱向受拉筋混凝土保護層厚度的2倍，也可根據(jù)實際情況計算確定，長度為梁長的1/4~1/2，梁段寬度與梁相同，且該梁段對稱于梁的彎矩控制截面；

3）混凝土的澆筑：在經(jīng)步驟2）后，澆筑混凝土至充滿整個模具，利用振動棒振搗成型；混凝土強度等級在c15~c80；振搗成型后對梁頂面抹平收光，確保復(fù)合梁頂面平整；

4）在澆筑現(xiàn)場養(yǎng)護混凝土復(fù)合梁：在經(jīng)過步驟3）后，在復(fù)合梁上覆蓋土工布或者草簾并灑水，再用塑料布或帆布將土工布或草簾包覆，防止水分過快蒸發(fā)；待復(fù)合梁上層混凝土終凝后拆除模板，只覆蓋土工布或者草簾，定期灑水養(yǎng)護。

本發(fā)明包括普通混凝土、工程用水泥基復(fù)合材料ecc和布置在普通混凝土、工程用水泥基復(fù)合材料ecc中的sfcb，普通混凝土、工程用水泥基復(fù)合材料ecc分層組合，混凝土梁的受壓區(qū)采用普通混凝土，在梁的整個縱向長度范圍內(nèi)或特定梁段的受拉區(qū)澆筑工程用水泥基復(fù)合材料ecc，在普通混凝土與工程用水泥基復(fù)合材料ecc的結(jié)合區(qū)域界面無需采用特殊處理。

梁的整個縱向長度范圍內(nèi)工程用水泥基復(fù)合材料ecc的澆筑厚度是縱向受拉筋混凝土保護層厚度的2倍，也可根據(jù)實際情況計算確定；特定梁段是指以梁的彎矩控制截面為對稱中心且其長度為梁長的1/4~1/2的梁段，其澆筑厚度是縱向受拉筋混凝土保護層厚度的2倍，也可根據(jù)實際情況計算確定。

sfcb可選用國內(nèi)外廠家生產(chǎn)的各種規(guī)格材料sfcb，如外包gfrp、cfrp、afrp或者bfrp等，布置在工程用水泥基復(fù)合材料ecc層內(nèi)。工程用水泥基復(fù)合材料ecc可在梁的整個縱向長度范圍內(nèi)澆筑于梁的受拉區(qū)并具有合適的厚度或者澆筑在某一特定梁段的受拉區(qū)并具有合適的厚度；所述特定梁段是指對稱于梁的彎矩控制截面并具有一定長度的梁段。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明以sfcb作為受拉縱筋，用工程用水泥基復(fù)合材料ecc取代受拉區(qū)部分混凝土以補償混凝土開裂后不能繼續(xù)受拉的特點，控制受彎梁在正常使用狀態(tài)下的變形和裂縫寬度，既可以充分發(fā)揮sfcb強度高的優(yōu)點，減小縱向受拉鋼筋用量，節(jié)約資源，又可以提高混凝土梁的耐久性。因此，本發(fā)明綜合、充分利用了sfcb和工程用水泥基復(fù)合材料ecc的優(yōu)良性能，節(jié)約建材資源，提高結(jié)構(gòu)耐久性。

附圖說明

圖1實施例1中普通混凝土和工程用水泥基復(fù)合材料ecc的分層形式；

圖2為圖1中a-a剖面圖；

圖3為實施例2中普通混凝土和工程用水泥基復(fù)合材料ecc的分層形式；

圖4為圖3中b-b剖面圖；

圖5為圖3中c-c剖面圖；

圖中：1普通混凝土、2工程用水泥基復(fù)合材料ecc、3sfcb。

具體實施方式

本發(fā)明由兩種水泥基材料分層組合而成，其結(jié)構(gòu)要點：用工程用水泥基復(fù)合材料ecc取代受拉區(qū)部分混凝土，受壓區(qū)混凝土仍采用普通混凝土。作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明在梁的整個縱向長度范圍內(nèi)澆筑工程用水泥基復(fù)合材料ecc（見圖1），其澆筑厚度是縱向受拉筋混凝土保護層厚度的2倍，也可根據(jù)實際情況計算確定。作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明在某一特定梁段的受拉區(qū)澆筑工程用水泥基復(fù)合材料ecc（見圖3），該某一特定梁段是指以梁的彎矩控制截面為對稱中心且其長度為梁長的1/4~1/2的梁段，其澆筑厚度是縱向受拉筋混凝土保護層厚度的2倍，也可根據(jù)實際情況計算確定。

另外，本發(fā)明中的縱向受力sfcb布置在工程用水泥基復(fù)合材料ecc層內(nèi)（見圖1、2、3、4、5）。

如圖1、2、3、4、5所示，在本發(fā)明中，鋼-連續(xù)纖維復(fù)合筋ecc-混凝土復(fù)合梁包括普通混凝土（1）、工程用水泥基復(fù)合材料ecc（2）、sfcb（3），其中sfcb布置在工程用水泥基復(fù)合材料ecc層內(nèi)。另外應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)所承擔(dān)荷載的實際情況適當(dāng)?shù)卦诹褐胁贾闷渌浣睢?/p>

以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實施例1

工程用水泥基復(fù)合材料ecc各組分配方為：水泥：硅灰：粉煤灰：水：石英砂：減水劑=（0.2~0.4）:（0.1~0.15）:（0~0.3）:（0.15~0.2）:（0.2~0.3）:（0~0.0015），其中纖維為pva聚乙烯醇纖維，體積摻量為2.0%。

工程用水泥基復(fù)合材料ecc的制備方法：將水泥、石英砂、硅灰、粉煤灰用攪拌機低速攪拌1min，使混合料均勻分布；加水低速攪拌1min；加減水劑，高速攪拌2min，水泥砂漿能夠自流平；最后加入pva纖維高速攪拌6min至纖維分散均勻。

對于在現(xiàn)場澆筑/預(yù)制的一種新型鋼-連續(xù)纖維復(fù)合筋ecc-混凝土復(fù)合梁，具體實施步驟如下：

（1）按結(jié)構(gòu)施工圖綁扎縱向sfcb受拉主筋、受壓鋼筋（或架立鋼筋）、箍筋等梁中其它鋼筋，且應(yīng)符合綁扎要求；梁端可預(yù)埋吊鉤，方便后期起吊運輸。

（2）工程用水泥基復(fù)合材料ecc的澆筑：經(jīng)步驟1）后，在模板上先刷一層脫模劑；將綁扎好的鋼筋籠置于模板中，固定好位置，確保鋼筋籠在澆筑過程中不發(fā)生錯位移動；將嚴(yán)格按上述方法制備而成的工程用水泥基復(fù)合材料ecc澆筑其中，其澆筑厚度是縱向受拉筋混凝土保護層厚度的2倍，也可根據(jù)工程實際情況計算確定。

或者，工程用水泥基復(fù)合材料ecc澆筑一特定梁段，其澆筑厚度是縱向受拉筋混凝土保護層厚度的2倍，也可根據(jù)實際情況計算確定，長度為梁長的1/4~1/2，梁段寬度與梁相同，且該梁段對稱于梁的彎矩控制截面。

（3）普通混凝土的澆筑：在經(jīng)步驟2）后，澆筑普通混凝土至充滿整個模具，利用振動棒振搗成型。普通混凝土強度等級在c15~c80；振搗成型后對梁頂面抹平收光，確保復(fù)合梁頂面平整。

（4）在澆筑現(xiàn)場養(yǎng)護混凝土復(fù)合梁：在經(jīng)過步驟3）后，在復(fù)合梁上覆蓋土工布或者草簾并灑水，再用塑料布或帆布等將土工布或者草簾包覆，防止水分過快蒸發(fā)；待復(fù)合梁上層混凝土終凝后拆除模板，只覆蓋土工布或者草簾，定期灑水養(yǎng)護。

實施例2

對于在現(xiàn)場澆筑/預(yù)制的一種新型鋼-連續(xù)纖維復(fù)合筋ecc-混凝土復(fù)合梁，具體實施步驟如下：

（1）鋼筋籠綁扎及放置同實例1。

（2）工程用水泥基復(fù)合材料ecc澆筑一特定梁段，其澆筑厚度是縱向受拉筋混凝土保護層厚度的2倍，也可根據(jù)實際情況計算確定，長度為梁長的1/4~1/2，梁段寬度與梁相同。且該梁段對稱于梁的彎矩控制截面。

（3）澆筑普通混凝土、振搗成型及養(yǎng)護同實施例1。

所有材料用量及相關(guān)尺寸均需根據(jù)實際工程的需求計算選取。

本發(fā)明的目的是提供一種能廣泛應(yīng)用于土木建筑領(lǐng)域的新型鋼-連續(xù)纖維復(fù)合筋ecc-混凝土復(fù)合梁，它既可以充分發(fā)揮sfcb強度高的優(yōu)點，減小縱向受拉筋用量，節(jié)約資源，又可以提高混凝土梁的耐久性，可用作各類建筑、橋梁等結(jié)構(gòu)的受彎構(gòu)件。