具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁

1.本实用新型涉及预制结构工程技术领域，尤其涉及的是一种具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁。


背景技术：

2.滨海地区的海水海砂资源丰富，在混凝土结构中，采用海水海砂，可以有效解决河砂淡水资源日益枯竭的问题，充分利用当地资源。目前但采用海水海砂的钢筋混凝土结构会产生比较严重的腐蚀问题，降低海水海沙混凝土结构的力学性能和耐久性。
3.外加电流阴极保护(impressed current cathodic protection,简称iccp)是采用辅助阳极材料对混凝土结构内部钢筋施加阴极保护电流，使电位负移至免蚀区域，从而保护钢筋的技术，被公认为是一种可有效预防和延缓钢筋腐蚀的调控方法；结构加固(structural strengthening,简称ss)是采用结构钢或纤维增强聚合物(fibre reinforced polymer,简称frp)等结构加固材料与混凝土结构共同受力变形，从而提高或修复结构力学性能的技术。
4.现有技术中，iccp技术虽然可以抑制滨海环境下的混凝土结构中的钢筋腐蚀，但无法恢复由于钢筋腐蚀导致的结构力学性能劣化；ss技术虽然可提高或恢复结构承载力，但无法从根本上上解决滨海环境下，混凝土结构外部环境和内部有害元素对钢筋的持续侵蚀作用。
5.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

6.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁，旨在解决现有技术中海水海砂导致的钢筋腐蚀而损失的结构承载力的问题。
7.本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：
8.一种具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁，其中，其包括：相互连接的钢筋海水海砂混凝土梁芯和外加电流阴极保护和结构加固系统；
9.所述钢筋海水海砂混凝土梁芯包括：
10.海水海砂混凝土层；
11.钢筋笼，嵌设在所述海水海砂混凝土层内；
12.所述海水海砂混凝土层外设置有若干个抗剪键槽；
13.所述外加电流阴极保护和结构加固系统包括：
14.碳纤维网格，设置在所述海水海砂混凝土层外；
15.导电砂浆保护层，设置在所述碳纤维网络外；
16.所述导电砂浆保护层上设置有若干个凸起部，所述凸起部位于所述抗剪键槽。
17.所述的具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁，其中，所述碳纤
维网格为u型碳纤维网格，所述u型碳纤维网格覆盖所述海水海砂混凝土层的三个依次连接表面；所述海水海砂混凝土层的三个依次连接表面均设置有抗剪键槽。
18.所述的具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁，其中，所述钢筋笼包括：
19.纵向钢筋；
20.若干个箍筋，设置于所述纵向钢筋，并沿所述纵向钢筋的长度方向排列。
21.所述的具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁，其中，所述碳纤维网格采用正交网格，所述碳纤维网格的孔径为10mm-50mm。
22.所述的具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁，其中，所述抗剪键槽的深度为3mm-15mm，所述抗剪键槽的直径或边长为10mm-100mm。
23.所述的具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁，其中，相邻两个所述抗剪键槽之间的间距为20mm-200mm。
24.所述的具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁，其中，所述碳纤维网格通过环氧树脂粘合剂与所述海水海砂混凝土层连接，且所述环氧树脂粘合剂的粘贴面积不超过所述碳纤维网格的面积的10％。
25.所述的具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁，其中，所述导电砂浆保护层包括：水泥砂浆层以及分散在所述水泥砂浆层中的碳纤维短丝。
26.所述的具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁，其中，所述碳纤维网格的纤维束连接有通电导线；且所述通电导线与所述纤维束连接处套设有套管。
27.一种混凝土结构，其中，其包括如上述任一项所述的具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁。
28.有益效果：通过iccp-ss系统和钢筋海水海砂混凝土的复合有效的利用沿海地区的海水海砂资源，预防和延缓钢筋的腐蚀，提高或弥补由于钢筋腐蚀而损失的结构承载力，保证了所述预制叠合梁的耐久性和结构性能。
附图说明
29.图1是本实用新型中叠合梁的截面图。
30.图2是本实用新型中叠合梁模板与橡胶垫层的截面图。
31.图3是本实用新型中叠合梁保护层倒置浇筑示意图。
32.附图标记说明：
33.1、导电砂浆保护层；2、碳纤维网格；3、箍筋；4、纵向钢筋；5、海水海砂混凝土层；6、叠合梁模板；7、叠合梁右侧面橡胶垫层；8、叠合梁底面橡胶垫层；9、叠合梁左侧面橡胶垫层；10、抗剪键槽；11、间隙。
具体实施方式
34.为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
35.请同时参阅图1-图3，本实用新型提供了一种具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海
水海砂混凝土叠合梁的一些较佳实施例。
36.碳纤维网格具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳等优点，是ss技术中广泛应用的材料，同时碳纤维具有优异的导电性和稳定的化学特性，可作为iccp技术的辅助阳极使用。因此可以将碳纤维网格材料开发成一种具有iccp功能和ss功能的组合系统。
37.海水海沙混凝土结构可充分利用滨海地区海水海砂资源，将碳纤维网格开发成一种提供外加电流阴极保护和结构加强功能的复合系统(iccp-ss)来预防、延缓钢筋腐蚀，提高、恢复由于钢筋腐蚀而损失的结构承载力是可行的。提供一种具有外加电流阴极保护和结构加固功能的钢筋海水海砂预制叠合梁是本领域亟待解决的技术问题。
38.如图1所示，具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁包括：相互连接的钢筋海水海砂混凝土梁芯和外加电流阴极保护和结构加固系统；
39.所述钢筋海水海砂混凝土梁芯包括：
40.海水海砂混凝土层5；
41.钢筋笼，嵌设在所述海水海砂混凝土层5内；
42.所述海水海砂混凝土层5外设置有若干个抗剪键槽；
43.所述外加电流阴极保护和结构加固系统包括：
44.碳纤维网格2，设置在所述海水海砂混凝土层5外；
45.导电砂浆保护层1，设置在所述碳纤维网络外；
46.所述导电砂浆保护层1上设置有若干个凸起部，所述凸起部位于所述抗剪键槽。
47.值得说明的是，现有技术中，在利用海水海砂时，通常先对海水进行淡化处理，对海砂进行净化处理，然后采用淡化的海水和净化的海砂制作混凝土，此外还会添加阻锈剂并对钢筋表面涂层防止氯离子的侵蚀。而本技术中，海水海砂混凝土层5是指采用未淡化的海水和/或未净化的海砂作为原料形成的混凝土结构，需要说明的是，本技术中未淡化的海水及未净化的海砂可以是直接作为原材料使用，例如，在未净化的海砂中加入水泥后加入未淡化的海水以形成海水海砂混凝土。由于海水海砂混凝土层5是采用未淡化的海水和/或未净化的海砂制作得到的，因此，海水海砂混凝土层5内部存在有害介质，如氯化物和硫酸盐等有害介质。需要说明的是，本技术在制备具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁时，需要采用电源连接碳纤维网格2和钢筋笼，对钢筋笼进行保护处理以去除有害介质，从而主动干预富含有害介质的海水海砂混凝土层5内的钢筋笼腐蚀。本技术利用外加电流阴极保护和结构加固系统的结构加固和阴极防护的双重功能，将其应用于具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁中，即使在海水海砂混凝土层内部富含有害介质或外部环境恶劣的情况下，钢筋也能得到足够的保护。钢筋笼是指由钢筋扎结形成的笼结构。导电砂浆保护层1是指可以导电的砂浆保护层，具体地，可以在砂浆中掺入导电介质(如碳纤维短丝)形成导电砂浆保护层1。抗剪键槽是指用于浇筑导电砂浆抗剪键的槽，所述砂浆抗剪键用于加强导电砂浆保护层和海水海砂混凝土层的整体性。
48.导电砂浆保护层1不仅与碳纤维网格2连接，而且凸起部位于抗剪键槽内，导电砂浆保护层1的连接更紧密，两者之间的导电性更好，确保海水海砂混凝土层5中的cl离子可以快速转移到导电砂浆保护层1中导电介质进行氧化形成cl2。
49.通过iccp-ss系统和钢筋海水海砂混凝土的复合有效的利用沿海地区的海水海砂资源，预防和延缓钢筋的腐蚀，提高或弥补由于钢筋腐蚀而损失的结构承载力，保证了所述
预制叠合梁的耐久性和结构性能。
50.在本实用新型的一个较佳实施例中，如图1所示，所述碳纤维网格2为u型碳纤维网格，所述u型碳纤维网格覆盖所述海水海砂混凝土层5的三个依次连接表面；所述海水海砂混凝土层5的三个依次连接表面均设置有抗剪键槽。
51.具体地，钢筋海水海砂混凝土梁芯具有6个表面，u型碳纤维网格覆盖海水海砂混凝土层5中三个依次连接的表面。需要说明的是，碳纤维网格2可以覆盖海水海砂混凝土层5中两个相连接的表面，则采用l型碳纤维网格。
52.在本实用新型的一个较佳实施例中，请同时参阅图1和图3，所述钢筋笼包括：
53.纵向钢筋4；
54.若干个箍筋3，设置于所述纵向钢筋4，并沿所述纵向钢筋4的长度方向排列。
55.具体地，纵向钢筋4沿钢筋海水海砂混凝土梁芯的长度方向延伸设置，纵向钢筋4可以有1个或多个，如图1所示，采用3根纵向钢筋4。若干个箍筋3沿纵向钢筋4的长度方向排列，且纵向钢筋4位于箍筋3内并与箍筋3连接。
56.在本实用新型的一个较佳实施例中，所述碳纤维网格2采用正交网格，所述碳纤维网格2的孔径为10mm-50mm，碳纤维网格2中碳纤维含量可根据实际需求调整。
57.具体地，为了确保海水海砂混凝土从碳纤维网格2的孔中穿过，纤维网格的孔径可以根据所采用的海砂的粒径确定。
58.在本实用新型的一个较佳实施例中，所述抗剪键槽的深度为3mm-15mm，所述抗剪键槽的直径或边长为10mm-100mm。
59.具体地，抗剪键槽在海水海砂混凝土层5的长度方向和宽度方向均匀分布形成阵列，抗剪键槽不限定形状，例如可以是圆形或方形。
60.在本实用新型的一个较佳实施例中，相邻两个所述抗剪键槽之间的间距为20mm-200mm。具体地，相邻两个抗剪键槽之间的间距可以根据需要进行调整。
61.在本实用新型的一个较佳实施例中，所述碳纤维网格2通过环氧树脂粘合剂与所述海水海砂混凝土层5连接，且所述环氧树脂粘合剂的粘贴面积不超过所述碳纤维网格2的面积的10％。
62.具体地，环氧树脂粘合剂的粘贴面积是指碳纤维网格2粘贴部位的面积，碳纤维网格2粘贴在海水海砂混凝土层表面时，可在海水海砂混凝土层局部涂抹环氧树脂粘合剂，粘贴面积不可超过所述碳纤维网格2表面积的10％，避免影响外加电流阴极保护的效果。
63.在本实用新型的一个较佳实施例中，所述导电砂浆保护层1包括：水泥砂浆层以及分散在所述水泥砂浆层中的碳纤维短丝。
64.具体地，碳纤维短丝是指短切碳纤维，具体将碳纤维切成若干小段以便碳纤维短丝能够均匀分散在水泥砂浆层中，水泥砂浆层中分散碳纤维短丝以形成导电砂浆保护层1，导电砂浆保护层1可以对海水海砂混凝土层5起到外层物理防护和结构加固作用，还可以在外加电流下形成阴极保护作用。
65.在本实用新型的一个较佳实施例中，所述碳纤维网格2的纤维束连接有通电导线；且所述通电导线与所述纤维束连接处套设有套管，防止浇筑过程中破坏，确保碳纤维网格2与电源的电连接。
66.与现有技术相比，具有如下有益效果：
67.1)本实用新型利用海水海砂代替淡水河砂等日益枯竭的资源，充分利用滨海地区丰富的海水海砂资源用于钢筋海水海砂混凝土叠合梁的浇筑，降低了材料运输成本，极大的提高了海水海砂资源的利用效率，对保护生态环境起到了积极作用，具有较大的社会经济效益。
68.2)本实用新型采用一种基于碳纤维网格和掺有碳纤维短丝的导电砂浆的iccp-ss系统，一方面以碳纤维网格为阳极，以钢筋为阴极，通过外加电流对海水海砂混凝土叠合梁内的钢筋进行保护，可以预防和延缓钢筋的腐蚀；另一方面碳纤维网格可以提供结构加固的作用，用于弥补和提高由于钢筋腐蚀导致的叠合梁力学性能损失，较传统的海水海砂混凝土结构具有更好的力学性能和耐久性。
69.本实用新型实施例的具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁采用如下方法制备，方法包括以下步骤：
70.步骤s100、提供叠合梁模板、垫层、海水海砂混凝土、钢筋笼、碳纤维网格以及掺有碳纤维短丝导电砂浆；所述垫层上设置有若干个凸起。垫层包括：叠合梁右侧面橡胶垫层7、叠合梁底面橡胶垫层8和叠合梁左侧面橡胶垫层9，可以根据需要选择相应位置的垫层。
71.具体地，根据叠合梁截面尺寸，制作叠合梁模板6，将叠合梁底模在箍筋3对应位置开槽，开槽宽度较箍筋3直径大2mm，开槽长度比箍筋3宽度大2mm，以便后续倒置时箍筋3穿过开槽(箍筋3有部分位于海水海砂混凝土5外)；在模板内侧壁和底部放置表面具有凸起的叠合梁右侧面橡胶垫层7、叠合梁底面橡胶垫层8和叠合梁左侧面橡胶垫层9，橡胶垫层表面具有在长度和宽度方向均匀分布的凸起，橡胶垫层表面凸起为方形或圆形，其直径或边长为15mm，凸起间距为40mm。
72.所述掺有碳纤维短丝导电砂浆采用如下方法制备：
73.a1、提供砂浆；
74.a2、搅拌所述砂浆第一时间后加入水；
75.a3、继续搅拌所述砂浆第二时间后加入碳纤维短丝和膨胀剂；
76.a4、继续搅拌所述砂浆第三时间后加入减水剂，以使所述砂浆的平板扩展度大于250mm，得到掺有碳纤维短丝导电砂浆。
77.具体地，砂浆可以采用普通商用砂浆，碳纤维短丝的掺量为2％体积掺量，膨胀剂的作用是防止导电砂浆保护层1开裂，减水剂的作用是提高掺有碳纤维短丝导电砂浆的平板扩展度。第一时间、第二时间以及第三时间根据需要设定。
78.举例说明，采用商用普通砂浆，倒入搅拌机中搅拌2-3分钟使商品砂浆各成分均匀拌和，然后根据其标准水灰比计算得到的相应重量的水倒入搅拌机，搅拌5分钟；将体积掺量2％的碳纤维短丝和一定量的膨胀剂，在搅拌过程中均匀撒入搅拌机，待纤维全部撒入后，继续搅拌2-3min，根据导电砂浆5的平板扩展度，适量加入减水剂，使其平板扩展度大于250mm。
79.制作叠合梁的箍筋3，将叠合梁的箍筋3和裁剪好的纵向钢筋4绑扎为钢筋笼。
80.本技术先浇筑的钢筋海水海砂混凝土梁芯和后续浇筑形成外加电流阴极保护和结构加固系统。
81.步骤s200、在所述叠合梁模板的底部和两侧铺设所述垫层，并放置所述钢筋笼；所述凸起朝向叠合梁模板的中心。
82.具体地，在叠合梁模板6底部铺设垫层，所述垫层长宽分别与叠合梁模板6底部的长宽相对应，在叠合梁模板6侧面铺设垫层，所述垫层长宽分别与叠合梁模板6侧面的长宽相对应。胶垫具有均匀分布的凸起，凸起用于在浇导电砂浆后形成抗剪键槽。举例说明，在叠合梁模板底部铺设具有一定厚度的橡胶垫层：橡胶垫层长宽分别与叠合梁的长宽相对应，橡胶垫层表面具有在长度和宽度方向均匀分布的凸起，用于制作增强海水海砂混凝土和后浇导电砂浆保护层1整体性的抗剪键槽，橡胶垫层的凸起高度为10mm，凸起直径为10mm，间距为100mm。
83.然后将钢筋笼放置在垫层上，使得钢筋笼与垫层的凸起接触，也就是说，通过垫层的凸起支撑钢筋笼。例如，放置入叠合梁模板内的橡胶垫层8上，钢筋笼位置通过箍筋3外侧与叠合梁右侧面橡胶垫层7、叠合梁底面橡胶垫层8和叠合梁左侧面橡胶垫层9的凸起表面接触固定，无需再钢筋笼底面与侧面安装垫块。
84.步骤s300、将所述海水海砂混凝土浇入所述叠合梁模板，并固化以形成海水海砂混凝土层5。
85.具体地，将拌制好的海水海砂混凝土5浇筑至叠合梁模板顶面，为保证浇筑质量，可采用浇筑采用分层浇筑分层振捣的方法，浇筑完成后将叠合梁顶面抹平后，初凝前采用粗钢刷拉毛，初期养护后拆模，并将橡胶垫层拆除露出叠合梁芯的侧面和底面上的抗剪键槽。
86.步骤s400、拆除所述叠合梁模板和所述垫层，以在所述海水海砂混凝土层上形成抗剪键槽。
87.具体地，在混凝土土强度达到所需强度后将钢筋海水海砂混凝土梁芯倒置，再拆除叠合梁模板和垫层，露出梁芯底部、侧面和抗剪键槽，由于凸起部分无法浇入海水海砂混凝土，因此，在拆除垫层后会在海水海砂混凝土层5上凸起的位置形成抗剪键槽。
88.步骤s500、在所述海水海砂混凝土层上所述抗剪键槽所在的一侧连接碳纤维网格2。
89.具体地，在拆模后，将叠合梁倒置，裁剪与叠合梁长度相同，宽度为叠合梁芯两个侧面和底面长度和的正交碳纤维网格2；碳纤维网格2为正交网格，孔径宽度为20mm，单束碳纤维含量为24k；将拌制好的环氧树脂粘合剂分别涂刷在海水海砂混凝土叠合梁芯的两个侧面和底面的局部表面；涂刷面积不可超过所述碳纤维网格表面积的10％，以避免影响外加电流阴极保护的效果；将碳纤维网格2平整的铺设在叠合梁外表面，形成u形包裹，并将碳纤维网格2在与环氧树脂粘合剂接触的部位压紧，粘贴在海水海砂混凝土表面，防止碳纤维网格2移动；将碳纤维网格经向和纬向的纤维束端头连接通电导线，并采用塑料套管进行保护，防止浇筑过程中破坏；根据所用的环氧树脂标准养护时间对粘接部位进行养护。
90.步骤s600、重新安装上所述叠合梁模板后，在所述碳纤维网格上浇入掺有碳纤维短丝导电砂浆，以使掺有碳纤维短丝导电砂浆穿过所述碳纤维网格填充所述抗剪键槽，且与所述钢筋笼连接，而形成导电砂浆保护层1。
91.具体地，将粘贴有碳纤维网格的叠合梁芯倒置放入叠合梁模板，箍筋3穿过底模的箍筋槽，固定叠合梁芯的位置，叠合梁顶面贴紧叠合梁模板底板；浇筑拌制好的导电砂浆浇入叠合梁侧模与贴有碳纤维网的叠合梁芯粗糙面的间隙11至叠合梁模板顶面，浇筑过程中需充分振捣导电砂浆，保证砂浆穿过碳纤维网格2，与充满梁芯表面的抗剪键槽10；砂浆浇
筑完成进行第二阶段养护后拆模，而后定期对所述叠合梁洒水养护至28天规定龄期，从而完成碳纤维网格-钢筋海水海砂混凝土叠合梁预制部分的制作。
92.步骤s700、再次拆除所述叠合梁模板后，采用电源连接所述碳纤维网格和所述钢筋笼，以对所述钢筋笼进行保护处理，得到碳纤维网格iccp-ss钢筋海水海砂混凝土叠合梁。
93.具体地，在拆模后，需在露出的叠合梁钢箍筋3和钢纵筋4端部焊接通电导线，并联接入到直流电源的阴极；将碳纤维网格2连接的通电导线并联接入到直流电源阳极；打开直流电源，施加强度为10ma/m2的直流电流，对钢筋进行保护，防止钢筋腐蚀。
94.基于上述任意一实施例所述的具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁，本实用新型还提供了一种混凝土结构，包括上述任一实施例中所述的具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁，具体如上所述。
95.本实用新型提供的混凝土结构，因设置有上述任一技术方案中所述的具有碳纤维网格砂浆面层的钢筋海水海砂混凝土叠合梁，从而具有以上全部有益效果，在此不再赘述。
96.应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。