径向布置钢片玻璃纤维复合筋及其制备方法
【专利摘要】一种径向布置钢片玻璃纤维复合筋及其制备方法，由多根钢片和玻璃纤维经树脂基质粘结复合而成。钢片绕复合筋轴线环向均匀布置于复合筋中心，钢片与玻璃纤维之间及玻璃纤维之间充满树脂基质。钢片末端至复合筋表面的区域为复合筋外层，浸胶后的螺旋纤维束在复合筋表面螺旋缠绕形成有间隔的肋，复合筋表面密布砂粒。其制备方法是将经过前处理的钢片与浸胶后的玻璃纤维束一同穿过若干块分纱板，而后进入拉挤模具拉挤成型，将经过浸胶处理后的螺旋纤维束经螺旋缠绕设备对成型后的复合筋表面进行绕纱，之后对其进行喷砂、加热固化、切割得到预期产品。具有抗拉强度高，耐腐蚀，有良好的抗疲劳性能，有较好的延性，因而结构的安全性高，制作采用的拉挤工艺成熟，质量易于控制等优点。
【专利说明】径向布置钢片玻璃纤维复合筋及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是土木工程用结构材料，具体涉及一种径向布置钢片玻璃纤维复合筋及其制备方法。
【背景技术】
[0002]玻璃纤维增强塑料筋(即GFRP筋)与钢筋相比具有高强度、耐腐蚀、疲劳性能好及高性价比等优点，因而在土木工程中具有巨大的应用前景，但是GFRP筋与钢筋相比存在不足，其抗拉模量相对较小，在相同荷载作业下混凝土梁的挠度和裂缝宽度明显大于钢筋混凝土梁。同时玻璃纤维增强材料是线弹性材料，在受拉过程中不存在屈服阶段，呈脆性破坏，使得GFRP筋混凝土结构的延性较低，混凝土结构在使用过程中破坏无明显征兆，材料使用的安全性不高。而钢材弹性模量较高，有明显的屈服阶段，在这种情况下钢芯纤维复合材料的研究受到了重视。这种材料内芯由金属材料和连续纤维材料组成，通过树脂使二者粘合在一起，外层则由纤维材料和树脂包裹。理论上钢芯纤维复合材料综合了钢与纤维增强材料(即FRP材料)的优点，既解决了钢材在混凝土结构中的腐蚀问题也解决了纤维增强塑料筋(即FRP筋)的模量低，结构延性差的问题。
[0003]郑百林等人提出了 GFRP包覆筋的概念，内芯由钢等高延性材料组成，外层由绕芯柱缠绕的连续纤维和树脂包裹而成(结构混杂GFRP棒拉伸力学性能试验测试[J].玻璃钢/复合材料.2001, (3):8-11)。崔益华等人提出了钢纤维与FRP纤维(其为构成FRP材料的纤维材料)混杂复合加强筋(混杂型高模量高韧性复合材料加强筋[J].复合材料学报.2006，23(2):93-98)，顾兴宇等人则采用玄武岩纤维与钢丝采用拉挤成型进行复合，二者均是使较细的钢纤维/钢丝均匀分布在复合筋中(高模量玄武岩纤维-钢丝复合筋的力学性能[J].长沙理工大学学报(自然科学版)，2010，7 (3): 19-23.)。吴智深、吴刚等人采用纤维材料与钢筋进行复合，普通钢外层被纤维材料和树脂所包裹(钢-连续纤维复合筋(SFCB)力学性能试验研究与理论分析[J].土木工程学报，2010，43 (3):53-61)。欧进萍等人采用高强钢绞线/钢丝作为芯材与纤维材料复合，采用拉挤成型工艺生产，使多根钢绞线并排在一起被纤维和树脂包裹在复合筋的中心(纤维增强塑料钢绞线复合筋[P].中国:200610009936.6，2007.01.17)。以上几种复合形式对于FRP筋(纤维增强塑料筋)的性能具有一定的改善，但仍存在钢芯与纤维材料粘结性不足，材料受力不均衡，利用不充分等问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种径向布置钢片玻璃纤维复合筋及其制备方法，可以提高玻璃纤维增强材料与钢芯的变形协同作用，提高玻璃纤维增强筋的抗拉模量及改善其延性。
[0005]为了解决上述问题本发明采用的技术方案是:一种径向布置钢片玻璃纤维复合筋，其特征在于:由多根钢片和玻璃纤维经树脂基质粘结复合而成；钢片绕复合筋轴线环向均匀布置于复合筋中心，钢片与玻璃纤维之间及玻璃纤维之间充满树脂基质；钢片末端至复合筋表面的区域为复合筋外层，其具有一定的厚度，浸胶后的螺旋纤维束在复合筋表面螺旋缠绕形成有间隔的肋，复合筋表面密布砂粒。
[0006]所述径向布置钢片玻璃纤维复合筋为圆形柱状筋。
[0007]所述的钢片在复合筋的横断面上每根钢片截面沿复合筋的径向布置，为矩形薄钢片。
[0008]所述的玻璃纤维与钢片沿纵向相互平行顺直铺设，玻璃纤维均匀分布于钢片之间和复合筋外层。
[0009]所述的螺旋纤维束采用玻璃纤维或碳纤维或芳纶纤维。
[0010]所述的复合筋外层的厚度结合复合筋的尺寸、钢片尺寸以及钢片的数量而定，厚度不低于1mm。
[0011]一种径向布置钢片玻璃纤维复合筋制备方法，其特征在于:采用现有拉挤成型工艺，将经过前处理的钢片与浸胶后的玻璃纤维束一同穿过若干块分纱板，而后进入拉挤模具拉挤成型，将经过浸胶处理后的螺旋纤维束经螺旋缠绕设备对成型后的复合筋表面进行绕纱，之后对其进行喷砂、加热固化、切割得到复合筋。
[0012]所述的分纱板以一定间距排列，以便固定钢片及使玻璃纤维束的分布逐渐过渡到材料成型后纤维分布的设计要求。
[0013]与现有钢芯纤维复合筋相比本发明的优点是:
[0014]本发明通过增大钢材与复合材料树脂基质的接触面积来提升钢材与玻璃纤维复合材料的变形协同作用，从而能较好地发挥钢材与纤维增强材料各自的优点，该材料具有以下优点:抗拉强度高，耐腐蚀，有良好的抗疲劳性能，有较好的延性，因而结构的安全性高，制作采用的拉挤工艺成熟，质量易于控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是径向布置钢片玻璃纤维复合筋横断面示意图。
[0016]图2是径向布置钢片玻璃纤维复合筋A-A剖面图。
[0017]图3是径向布置钢片玻璃纤维复合筋主视示意图。
[0018]图中:1.玻璃纤维，2.树脂基质，3.钢片，4.螺旋纤维束，5.砂粒。
【具体实施方式】
[0019]如图1-3所示，径向布置八根钢片的圆形柱状玻璃纤维复合筋主要由玻璃纤维1、树脂基质2、钢片3复合而成。实际制作中可结合需要确定所需钢片3的根数及尺寸以及玻璃纤维I的用量。八根钢片3绕筋材轴线环向均匀布置于复合筋中心，横截面上每根钢片3截面沿复合筋的径向布置，钢片3周围充满树脂基质2与玻璃纤维1，玻璃纤维I与钢片3沿纵向相互平行顺直铺设，浸胶后的螺旋纤维束4在复合筋表面螺旋缠绕形成有间隔的肋，复合筋表面密布砂粒5。
[0020]该复合筋的制备方法是将一定量浸胶后的玻璃纤维I与八根钢片3经分纱板调整后使钢片3位于中心位置，玻璃纤维I均匀分布于钢片3之间及复合筋外层，复合筋外层厚度为1.5mm,以保证复合筋的整体性。进过浸胶后的玻璃纤维和定好位的钢片一同通过拉挤模具拉挤成型后，再在复合筋表层采用绕纱机以一定间距绕上螺旋纤维束4以提高复合筋的横向受力并形成有间隔的肋，所用螺旋纤维束4为玻璃纤维，然后在复合筋表层喷上砂粒5，最后经过进一步凝胶固化切割得到复合筋。
【权利要求】
1.一种径向布置钢片玻璃纤维复合筋，其特征在于:由多根钢片(3)和玻璃纤维(I)经树脂基质(2)粘结复合而成；钢片(3)绕复合筋轴线环向均匀布置于复合筋中心，钢片(3)与玻璃纤维⑴之间及玻璃纤维⑴之间充满树脂基质(2);钢片(3)末端至复合筋表面的区域为复合筋外层，其具有一定的厚度，浸胶后的螺旋纤维束(4)在复合筋表面螺旋缠绕形成有间隔的肋，复合筋表面密布砂粒(5)。
2.根据权利要求1所述的径向布置钢片玻璃纤维复合筋，其特征在于:所述径向布置钢片玻璃纤维复合筋为圆形柱状筋。
3.根据权利要求1或2所述的径向布置钢片玻璃纤维复合筋，其特征在于:所述的钢片(3)在复合筋的横断面上每根钢片截面沿复合筋的径向布置，为矩形薄钢片。
4.根据权利要求3所述的径向布置钢片玻璃纤维复合筋，其特征在于:所述的玻璃纤维(I)与钢片(3)沿复合筋纵向相互平行顺直铺设，玻璃纤维(I)均匀分布于钢片(3)之间和复合筋外层。
5.根据权利要求4所述的径向布置钢片玻璃纤维复合筋，其特征在于:所述的螺旋纤维束(4)采用玻璃纤维或碳纤维或芳纶纤维。
6.根据权利要求5所述的径向布置钢片玻璃纤维复合筋，其特征在于:所述的复合筋外层的厚度结合复合筋的尺寸、钢片(3)尺寸以及钢片(3)的数量而定，厚度不低于1_。
7.一种径向布置钢片玻璃纤维复合筋制备方法，其特征在于:采用现有拉挤成型工艺，将经过前处理的钢片(3)与浸胶后的玻璃纤维束一同穿过若干块分纱板，而后进入拉挤模具拉挤成型，将经过浸胶处理后的螺旋纤维束(4)经螺旋缠绕设备对成型后的复合筋表面进行绕纱，之后对其进行喷砂、加热固化、切割得到复合筋。
8.根据权利要求7所述的径向布置钢片玻璃纤维复合筋制备方法，其特征在于:所述的分纱板以一定间距排列，以便固定钢片(3)及使玻璃纤维束的分布逐渐过渡到材料成型后纤维分布的设计要求。
【文档编号】E04C5/03GK104295005SQ201410487163
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】何雄君, 王江, 甘帆, 封孝欣, 代力, 杨文瑞, 赵霞 申请人:武汉理工大学