一种新型复合材料与珊瑚混凝土结构体系及其施工方法与流程

本发明涉及建筑领域，特别是涉及用于沿海地区、海洋环境和岛礁建设领域中的一种新型高性能复合材料增强珊瑚混凝土结构体系及其施工方法。

背景技术：

在沿海地区和远海岛礁等地区，传统钢筋混凝土结构和钢结构工程存在腐蚀严重，维护周期短等缺点。据测算，2009年我国因腐蚀造成的经济损失超过1万亿元，每秒钟就有1.5吨钢铁被腐蚀。海洋产业腐蚀损失约占全国全部腐蚀损失1/3，达到6000多亿元。海洋工程，尤其是远离陆地的南海岛礁建设工程，还面临原材料海上运输困难、建设成本高、建设周期长、结构耐久性差等技术难题，为国家开展大规模基础设施建设、战略物资储备和海上资源开发等带来诸多不便。

本申请采用的纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Plastic，简称FRP)是指将碳纤维、芳纶纤维、高强玻璃纤维、玄武岩纤维等一种或多种高性能连续纤维浸渍在耐腐蚀性能良好的树脂中形成的复合材料，具有轻质、高强、耐久性好、抗腐蚀能力强、可设计性强等优点。高性能FRP复合材料包括FRP筋材、网格、圆管、型材、蜂窝等多种形式的复合材料，通过不同形式的灵活组合，来满足不同结构的使用要求。

珊瑚混凝土是一种使用珊瑚石为粗骨料、珊瑚砂为细骨料、水泥为胶凝材料，并采用海水拌合而成的混凝土，掺合料和外加剂可视具体情况添加。通过使用不同的水泥材料、外加剂和掺合料来制备具有不同性能的珊瑚混凝土。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种新型复合材料与珊瑚混凝土结构体系及其施工方法，解决了背景技术中提到的不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种新型复合材料与珊瑚混凝土结构体系，所述结构体系包括FRP高性能 增强结构和珊瑚混凝土基材，

所述FRP高性能增强结构是将高性能连续纤维浸渍在树脂中形成的复合材料；

所述珊瑚混凝土基材的成分包括珊瑚石、珊瑚砂、水泥以及海水。

进一步地，所述高性能连续纤维包括碳纤维、芳纶纤维、高强玻璃纤维以及玄武岩纤维中的一种或多种。

进一步地，所述FRP高性能增强结构包括FRP管、FRP筋、FRP网格以及FRP型材中的一种或几种。

进一步地，所述珊瑚混凝土基材中各种成分的重量份数为：珊瑚石22～30份、珊瑚砂45～55份、水泥15～25份以及海水10～20份。

进一步地，所述珊瑚混凝土基材中各种成分的重量份数为：珊瑚石25～28份、珊瑚砂46～48份、水泥18～20份以及海水12～15份。

进一步地，所述树脂为耐腐蚀性能良好的树脂。

进一步地，所述树脂包括环氧树脂。

进一步地，所述珊瑚混凝土基材的成分还包括掺合料和外加剂。

进一步地，所述掺合料包括普通的砂、石或水等；所述外加剂包括固盐剂、保坍剂、减水剂以及消泡剂中的一种或几种。

一种新型复合材料与珊瑚混凝土结构体系，所述方法如下：

S1：以FRP高性能增强材料作为结构体系内部的FRP增强骨架；

S2：根据结构要求，支模板；

S3：珊瑚混凝土制备：(1)对珊瑚骨料进行筛分，以珊瑚砂作为细骨料，珊瑚石作为粗骨料；(2)按比例将水泥与步骤(1)中珊瑚的细骨料和粗骨料进行混合，搅拌均匀；(3)按比例将海水加入到步骤(2)的混合物中，充分搅拌，得珊瑚混凝土；

S4：浇注珊瑚混凝土，并振捣密实，然后进行混凝土养护；

S5：成品保护：①已拆除模板及其支架的结构，在混凝土强度达到设计混 凝土强度等级后，方可承受全部使用荷载；当施工荷载产生的效应比使用荷载产生的效应更为不利时，进行计算，加设临时支撑；②已浇筑的楼板、楼梯踏步的上表面混凝土要加以保护，必须在混凝土强度达到1.2MPa后方可走人。

进一步地，所述FRP增强骨架包括绑扎FRP筋材、网格、FRP管、蜂窝以及型材中的一种或几种。

进一步地，在步骤S3的(1)中，用5mm方孔筛进行筛分，5mm以下的珊瑚砂作为细骨料，5mm以上的珊瑚石作为粗骨料。

进一步地，在步骤S3的(3)中加入掺合料和外加剂。

本发明提供了一种新型复合材料与珊瑚混凝土结构体系及其施工方法，其主要具有的有益效果为：

首先，本发明采用FRP-珊瑚混凝土，本结构体系可使用不同种类的高性能FRP作为增强材料，具有轻质、高强、耐久性好、抗腐蚀能力强、可设计性强等优点。

其次，本发明的结构体系以珊瑚混凝土作为基材，珊瑚混凝土便于就地取材，提高了施工进度，减少了材料的运输成本，解决了远海岛礁地区建筑材料的匮乏等问题。

再次，本发明的结构体系可用海水进行混合，对于近海地区而言，取水方便，成本低。

总之，使得本发明的结构体系具有耐久性好，综合成本低，施工快捷，全寿命周期的综合经济性好，解决了沿海地区、远海岛礁等地区普通钢筋混凝土和钢结构锈蚀严重问题，维护成本高等问题，同时也解决了建筑原材料运输成本高(个别地区海上运输困难)、建设成本高、建设周期长等技术难题。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述的FRP管珊瑚混凝土柱的结构示意图；

图2是本发明实施例所述的FRP型材珊瑚混凝土结构的结构示意图；

图3是本发明实施例所述的FRP筋材珊瑚混凝土结构的结构示意图；

图4是本发明实施例所述的FRP筋、FRP网格珊瑚混凝土结构的结构示意 图；

图5是本发明实施例所述的FRP网格珊瑚混凝土结构的结构示意图；

图6是本发明实施例所述的FRP网格截面示意图。

具体实施方式

下面以具体实验案例为例来说明具体实施方式，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种新型复合材料与珊瑚混凝土结构体系，所述结构体系包括FRP高性能增强结构和珊瑚混凝土基材，

所述FRP高性能增强结构是将高性能连续纤维浸渍在树脂中形成的复合材料；该FRP高性能增强结构包括FRP管5、FRP筋2、FRP网格3以及FRP型材4等中的一种或几种，如图1～6所示，一般而言，跟根据实际强度需要，选择一种或两种或几种，甚至是全部。

所述珊瑚混凝土基材1的成分包括珊瑚石、珊瑚砂、水泥以及海水，如图1～5所示。

作为进一步优选的实施方式，所述高性能连续纤维包括碳纤维、芳纶纤维、高强玻璃纤维以及玄武岩纤维中的一种或多种。

作为进一步优选的实施方式，所述珊瑚混凝土基材中各种成分的重量份数可以为：(1)珊瑚石22份、珊瑚砂55份、水泥15份以及海水20份；(2)珊瑚石30份、珊瑚砂45份、水泥25份以及海水10份；(3)珊瑚石25份、珊瑚砂48份、水泥18份以及海水15份；(4)珊瑚石28份、珊瑚砂46份、水泥20份以及海水12份；(5)珊瑚石26份、珊瑚砂47份、水泥19份以及海水13份。

作为进一步优选的实施方式，所述树脂为耐腐蚀性能良好的树脂。

作为进一步优选的实施方式，所述树脂可为环氧树脂。

作为进一步优选的实施方式，所述珊瑚混凝土基材的成分还包括掺合料和外加剂。

作为进一步优选的实施方式，所述外加剂包括固盐剂、保坍剂、减水剂以 及消泡剂中的至少一种，可选择加入其中任意一种或任意两种或任意多种。

各种成分的重量份数为：固盐剂2～4份，保坍剂0.01～0.1份，减水剂0.001～0.01份，消泡剂0.001～0.01份。

作为进一步优选的实施方式，所述外加剂包括固盐剂、保坍剂、减水剂、缓凝剂、速凝剂以及消泡剂。

作为进一步优选的实施方式，所述掺合料包括普通的砂、石或水等。

实施例2

一种新型复合材料与珊瑚混凝土结构体系，所述方法如下：

S1：以FRP高性能增强结构作为结构体系内部的FRP增强骨架；

S2：根据结构要求，支模板；

S3：珊瑚混凝土制备：

(1)对珊瑚骨料进行筛分，以珊瑚砂作为细骨料，珊瑚石作为粗骨料；

(2)水泥根据实际需要采用不同类型的水泥，无特殊要求使用普通P.O42.5的商品水泥，按比例将水泥与步骤(1)中珊瑚的细骨料和粗骨料进行混合，搅拌均匀；

(3)按比例将海水加入到步骤(2)的混合物中，充分搅拌，得珊瑚混凝土；

S4：浇注珊瑚混凝土，并振捣密实，然后进行混凝土养护；

S5：成品保护：

①已拆除模板及其支架的结构，在混凝土强度达到设计混凝土强度等级后，方可承受全部使用荷载；当施工荷载产生的效应比使用荷载产生的效应更为不利时，进行计算，加设临时支撑；

②已浇筑的楼板、楼梯踏步的上表面混凝土要加以保护，必须在混凝土强度达到1.2MPa后方可走人。

作为进一步优选的实施方式，所述FRP增强骨架包括绑扎FRP筋材、网格、FRP管、蜂窝以及型材中的一种或几种，通过不同形式的灵活组合，来满足不同结构的使用要求。

作为进一步优选的实施方式，在步骤S3的(1)中，用3～8mm方孔筛进行筛分，3～8mm以下的珊瑚砂作为细骨料，3～8mm以上的珊瑚石作为粗骨料。

具体地，可用用5mm方孔筛进行筛分，5mm以下的珊瑚砂作为细骨料，5mm以上的珊瑚石作为粗骨料，当然，也可根据实际情况选择3mm或7mm或8mm等的筛子。

作为进一步优选的实施方式，在步骤S3的(3)中加入掺合料和外加剂，该掺合料和外加剂可视具体情况添加。

作为进一步优选的实施方式，FRP高性能增强材料是指将碳纤维、芳纶纤维、高强玻璃纤维、玄武岩纤维等一种或多种高性能连续纤维浸渍在耐腐蚀性能良好的树脂中形成的复合材料，具有轻质、高强、耐久性好、可设计性强等优点。

所述珊瑚混凝土基材是一种使用珊瑚石为粗骨料、珊瑚砂为细骨料、水泥为胶凝材料，并采用海水拌合而成的混凝土，珊瑚石、珊瑚砂、水泥以及海水的量如实施例1所示。

实施例3

本发明采用FRP-珊瑚混凝土与普通钢筋混凝土相比，主要具有如下优点：

(1)在海洋环境下，同普通钢筋混凝土和钢结构比较，FRP-珊瑚混凝土具有耐腐蚀好、耐久性好、全寿命周期下经济性更好。

(2)在海洋环境下，同FRP增强普通混凝土比较，FRP-珊瑚混凝土具有就地取材(特别是在远海地区)减少运输成本、提高工程进度、施工便捷等优点。

(3)同普通钢筋混凝土比较，FRP-珊瑚混凝土使用海水拌合，节约淡水资源，减少运输成本等优点。

实施例4

本发明采用珊瑚、海水为原料，就地取材，节省大量的成本费、运费等；采用FRP高性能增强材料作为结构体系内部的FRP增强骨架，轻质、高强、耐久性好，运输方便，节省费用；因此，本发明的FRP-珊瑚混凝土结构体系成本大大的降低，对于沿海地区而言，成本降低约32％～50％。

本发明的FRP-珊瑚混凝土结构体系耐腐蚀，寿命长，一般而言，寿命比普 通混凝土机构多3～8年。

据不完全统计，2009年我国因腐蚀造成的经济损失超过1万亿元，每秒钟就有1.5吨钢铁被腐蚀；海洋产业腐蚀损失约占全国全部腐蚀损失1/3，达到6000多亿元。

如果采用本发明的结构体系，不仅成本极大的降低，而且每年节省维修和更换费用至少几百亿，因此，本发明对于本领域而言，具有极其重要的现实意义。

具体实施时，本发明通过使用不同的水泥材料、外加剂和掺合料来制备具有不同性能的珊瑚混凝土，抗压强度为能够达到35Mpa。

本发明通过选用不同形式的FRP复合材料或形状和珊瑚混凝土组合不同的结构体系，来满足结构的承载能力、使用功能和施工工艺等要求，更好地发挥FRP材料和珊瑚混凝土的各自优势。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。