专利名称：防止钢筋锈胀导致混凝土开裂的套管及方法
技术领域：
本发明涉及一种防止钢筋锈胀导致混凝土开裂的套管及方法，属于土木工程技术领域。
背景技术：
钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的重要因素。由于混凝土配置原料中不可避免的含有氯离子等有害物质，钢筋的初始锈蚀几乎不可避免。钢筋锈蚀后，锈蚀物造成体积膨胀，会导致包裹在钢筋外围的混凝土开裂。混凝土开裂后，外界有害物质会更容易侵入钢筋界面，造成钢筋锈蚀更加严重。因此，研究一种可以避免混凝土开裂导致钢筋进一步锈蚀的方法是非常重要的。目前的钢筋防锈方法大多是直接对钢筋进行处理，如对钢筋涂刷防锈漆、钢筋外加电流阴极保护或对钢筋外表面进行电镀处理等。但涂刷防锈漆会减小钢筋与混凝土之间的粘结应力，降低钢筋与混凝土的协同工作性能；钢筋外加电流阴极保护的操作复杂，且需要永久消耗电能；钢筋表面电镀处理大大增加了成本，只适合局部使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种防止钢筋锈胀导致混凝土锈胀开裂的套管及方法，套管能够在设计使用寿命内防止钢筋锈胀导致混凝土开裂，增强钢筋混凝土构件的耐久性。为了解决上述技术问题，本发明提供的防止钢筋锈胀导致混凝土开裂的套管，包括一圆筒状套管，沿所述套管的筒壁设有螺旋状镂空，碳纤维束呈螺旋状缠绕在套管的侧面上，碳纤维束的两端分别锚固在套管的两个端面上。优选地，所述套管的两端各设有一个定位凹槽，所述碳纤维束的两端分别定位在所述定位凹槽中并锚固在套管的端面上。进一步地，所述套管筒壁内沿长度方向预埋一根钢棒，所述钢棒两端均露出套管的端面，形成左伸出部和右伸出部，所述左伸出部和右伸出部均带有螺纹，所述碳纤维束的两端分别缠绕在左伸出部和右伸出部上，并由螺母紧固。更进一步地，所述碳纤维束在左伸出部和右伸出部上的缠绕方向与所述螺母的拧紧方向一致。更进一步地，所述钢棒的直径为所述套管筒壁壁厚的1/3。优选地，所述套管采用细骨料混凝土或等强度的水泥砂浆预制。优选地，所述螺旋状镂空的螺距与所述碳纤维束的缠绕螺距相同。本发明还提供了一种防止钢筋锈胀导致混凝土开裂的方法，其包括以下步骤1)在多根纵筋的外围绑扎一圈箍筋；2)在每根纵筋上套上一根预制好的套管；所述套管为圆筒状，沿所述套管的筒壁设有螺旋状镂空，碳纤维束呈螺旋状缠绕在套管的侧面上，碳纤维束的两端分别锚固在套管的两个端面上；3)在所述纵筋的外围再绑扎下一圈箍筋，使所述套管位于相邻的两圈箍筋之间；4)在每根纵筋上再套上一根套管；5)依次重复上述步骤1)至4)，形成由多根纵筋和多圈箍筋构成的钢筋笼；6)在钢筋笼上浇筑混凝土。优选地，每根套管的长度L、外径D1及内径D2采用如下公式计算L = s-d' -10D1 = 3d+3D2 = d+3式中，s——箍筋间距；d'——箍筋直径；d——纵筋直径。本发明的套管，利用碳纤维丝束高抗拉强度、高弹性模量及其良好的耐久性能，在钢筋发生初始锈蚀后碳纤维丝束被动受拉，控制混凝土锈胀裂缝的产生和发展。本发明的防止钢筋锈胀导致混凝土开裂的方法中，采用如上结构的套管，其利用碳纤维丝束为包裹在钢筋外围的混凝土提供持久约束力。
图1为本发明的钢筋笼结构的示意图。图2为本发明套管的截面图。图3为图2的左视图。图4为本发明套管结构示意图。图5为套管左端部的结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的方案进一步说明。如图1、图2和图4所示，本发明的防止钢筋锈胀导致混凝土开裂的套管，套管1套在纵筋2上，套管1的外表面浇筑有混凝土，套管1为圆筒状，套管1的筒壁设有螺旋状镂空8，有利于浇筑混凝土构件时振捣充分，防止混凝土或砂浆与纵筋之间不能很好粘结。套管1采用与外表面浇筑的混凝土相同材料的细骨料混凝土或等强度的水泥砂浆预制，套管筒壁内沿长度方向预埋有一根钢棒4，钢棒4两端均露出套管1的端面，形成左伸出部41和右伸出部42，左伸出部41和右伸出部42的长度为10mm，套管1的两端部分别设有定位凹槽11、12，碳纤维束5的两端分别定位在定位凹槽11、12中并锚固在套管1的端面上，具体地，碳纤维束5的左端固定在左伸出部41上，碳纤维束5的左端从一侧的定位凹槽11处穿入拉紧并以螺旋状缠绕在套管1的侧面，碳纤维束5的右端从定位凹槽12处穿出后拉紧并固定在右伸出部42上，螺旋缠绕在套管1侧面的碳纤维束5可提供握裹力，防止混凝土构件锈胀开裂。定位凹槽11、12可控制碳纤维束5的定位，其尺寸以满足碳纤维束5不滑移为标准。
如图5所示，左伸出部41和右伸出部42均带有螺纹，碳纤维束5的左端缠绕在左伸出部41后通过第一螺母6、第一垫圈7固定，碳纤维束5的右端缠绕在右伸出部42后通过第二螺母、第二垫圈固定。碳纤维束5在左伸出部41的缠绕方向与第一螺母6的拧紧方向一致，碳纤维束5在右伸出部42的缠绕方向与所述第二螺母的拧紧方向一致，第一螺母和第二螺母分别根据钢棒两端螺纹确定其型号，第一垫圈和第二垫圈可以增大受力面积， 同时避免螺母对碳纤维束的直接挤压，并防止碳纤维丝束5在第一螺母或第二螺母下被拧断。如图4所示，螺旋状镂空8的螺距&与螺旋状碳纤维束5的缠绕螺距S1相同。其中，钢棒4的直径为套管1筒壁壁厚的1/3。本发明的防止钢筋锈胀导致混凝土开裂的方法，其包括以下步骤1)在多根纵筋2的外围绑扎一圈箍筋3 ；2)在每根纵筋2上套上一根预制好的套管1，套管1的筒壁设有螺旋状镂空8，碳纤维束5呈螺旋状缠绕在套管1的侧面上，碳纤维束5的两端分别锚固在套管1的两个端面上，套管的筒壁内沿长度方向预埋一根钢棒4，其中套管1的长度L、外径D1、内径&以及钢棒4的直径Φ采用如下公式计算L = s-d' -10D1 = 3d+3D2 = d+3
Γ , D, -D7 / D, -D7φ = ^——/3 = ——
2 / 6式中，s——箍筋间距；d'——箍筋直径；d——纵筋直径；φ——钢棒的直径；3)在纵筋2的外围再绑扎下一圈箍筋3，使得套管1位于相邻的两圈箍筋3之间；4)在每根纵筋2上再套上一根套管1 ；5)依次重复步骤1)和4)，形成由多根纵筋和多圈箍筋构成的钢筋笼；6)在钢筋笼上浇筑混凝土。本发明的纵筋2、箍筋3、预制套管使用的细骨料混凝土或等强度的水泥砂浆均采用构件设计使用的强度等级和和配方，碳纤维丝束5可采用市场常用的类型，根据预计的锈胀应力确定丝束的K数和缠绕圈数。本发明的套管，利用碳纤维丝束高抗拉强度、高弹性模量及其良好的耐久性能，在钢筋发生初始锈蚀后碳纤维丝束被动受拉，控制混凝土锈胀裂缝的产生和发展。在绑扎钢筋笼时，在需要进行防锈胀的钢筋(如角区钢筋)上先布置该套管，然后绑扎钢筋笼，绑扎完成后浇筑混凝土，等混凝土凝结成形后，套管不降低钢筋与混凝土之间的粘结性能，碳纤维丝束可以起到套箍的作用，抵抗由于钢筋锈胀产生的径向应力，防止混凝土锈胀开裂。本发明的防止钢筋锈胀导致混凝土开裂的方法中，采用如上结构的套管，其利用碳纤维丝束为包裹在钢筋外围的混凝土提供持久约束力，防止混凝土锈胀开裂，原理简单，
5操作简便，无需复杂的制作设备；经济实用，碳纤维的用量不大，相对于结构构件来说费用很低；使用的是螺旋状碳纤维丝束，埋在混凝土内对构件造成的影响可以忽略不计，也不会对混凝土和钢筋之间的粘结应力产生影响。
权利要求
1.一种防止钢筋锈胀导致混凝土开裂的套管，其特征是包括一圆筒状套管(1)，沿所述套管(1)的筒壁设有螺旋状镂空(8)，碳纤维束( 呈螺旋状缠绕在套管(1)的侧面上， 碳纤维束(5)的两端分别锚固在套管(1)的两个端面上。
2.根据权利要求1所述的套管，其特征是所述套管(1)的两端各设有一个定位凹槽 (11，12)，所述碳纤维束(5)的两端分别定位在所述定位凹槽(11，12)中并锚固在套管(1) 的端面上。
3.根据权利要求2所述的套管，其特征是所述套管筒壁内沿长度方向预埋一根钢棒 (4)，所述钢棒(4)两端均露出套管(1)的端面，形成左伸出部(41)和右伸出部(42)，所述左伸出部Gl)和右伸出部G2)均带有螺纹，所述碳纤维束(5)的两端分别缠绕在左伸出部(41)和右伸出部(42)上，并由螺母紧固。
4.根据权利要求3所述的套管，其特征是所述碳纤维束(5)在左伸出部Gl)和右伸出部0 上的缠绕方向与所述螺母(6)的拧紧方向一致。
5.根据权利要求3所述的套管，其特征是所述钢棒的直径为所述套管(1)筒壁壁厚的1/3。
6.根据权利要求1所述的套管，其特征是所述套管(1)采用细骨料混凝土或等强度的水泥砂浆预制。
7.根据权利要求1所述的套管，其特征是所述螺旋状镂空(8)的螺距与所述碳纤维束(5)的缠绕螺距相同。
8.一种防止钢筋锈胀导致混凝土开裂的方法，其特征是包括以下步骤1)在多根纵筋⑵的外围绑扎一圈箍筋⑶；2)在每根纵筋( 上套上一根预制好的套管(1)；所述套管(1)为圆筒状，沿所述套管 (1)的筒壁设有螺旋状镂空(8)，碳纤维束( 呈螺旋状缠绕在套管(1)的侧面上，碳纤维束(5)的两端分别锚固在套管(1)的两个端面上；3)在所述纵筋O)的外围再绑扎下一圈箍筋(3)，使所述套管(1)位于相邻的两圈箍筋⑶之间；4)在每根纵筋( 上再套上一根套管(1)；5)依次重复上述步骤1)至4)，形成由多根纵筋和多圈箍筋构成的钢筋笼；6)在钢筋笼上浇筑混凝土。
9.根据权利要求8所述的防止钢筋锈胀导致混凝土开裂的方法，其特征是每根套管 (1)的长度L、外径D1及内径D2采用如下公式计算L = s-d' -10 D1 = 3d+3 D2 = d+3 式中，s—箍筋间距； d'——箍筋直径； d——纵筋直径。
全文摘要
本发明提供一种防止钢筋锈胀导致混凝土开裂的套管，包括一圆筒状套管，沿所述套管的筒壁设有螺旋状镂空，碳纤维束呈螺旋状缠绕在套管的侧面上，碳纤维束的两端分别锚固在套管的两个端面上。本发明还提供了一种利用该套管来防止钢筋锈胀导致混凝土开裂的方法。本发明的套管能够在设计使用寿命内防止钢筋锈胀导致混凝土开裂，增强钢筋混凝土构件的耐久性。
文档编号E04G21/12GK102454256SQ20111027187
公开日2012年5月16日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者吴锋, 周国然, 张章, 时蓓玲 申请人:中交上海三航科学研究院有限公司