SMA‑GFRP超弹性复合筋的制作方法

本发明属于建筑与土木工程材料领域，特别涉及一种SMA-GFRP超弹性复合筋。

背景技术：

传统的钢筋混凝土结构主要使用钢筋作为加强筋，而多年以来的实践经验可以发现，钢筋具有以下弊端：其一，钢筋锈蚀问题十分严重，尤其在海洋、港口等沿海地区的结构中，钢筋锈蚀造成结构承载力大大降低，无法达到预期的使用寿命，且巨额的维修和改造费用造成资源的浪费；其二，钢筋屈服后产生过大的变形会导致结构发生永久残余位移，使得结构的整体承载能力降低。尤其在发生地震时，钢筋的永久塑性变形是造成钢筋混凝土结构功能性破坏的主要原因，如果发生强余震，还会威胁生命安全。

为了解决钢筋的锈蚀问题，玻璃纤维增强复合材料（GFRP）因其优异的耐腐蚀性能而受到广泛关注，由于GFRP是一种脆性材料，其在抗震结构中的应用受到限制。如果GFRP筋混凝土结构能够引入延性，那么不仅可以解决锈蚀问题，而且在地震作用时能耗散大量能量，其在抗震结构中的使用将不再受限。镍钛形状记忆合金（Ni-Ti SMA丝：Nickel-Titanium Shape Memory Alloy wires）具有超弹性和形状记忆功能，可恢复应变高达6%~8%，屈服应力在400~500MPa左右，极限强度超过1000MPa，极限变形高达25%，远高于一般金属。目前，通过将Ni-Ti SMA丝和GFRP丝束以及树脂基体混杂制成的SMA-GFRP超弹性（超弹性：是指试样在外力作用下产生远大于其弹性极限应变量的应变，在卸载时应变可自动恢复的现象）复合筋及其制备方法尚未见有所报道，且三者的最优纤维混杂比例为研究核心。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是如何克服现有技术的上述缺陷，提供一种SMA-GFRP超弹性复合筋。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种SMA-GFRP超弹性复合筋的制备方法。

本发明的技术方案如下：

本一种SMA-GFRP超弹性复合筋, 该复合筋包括SMA丝、GFRP丝束以及通过拉挤工艺固化在SMA丝和GFRP丝束之间的柔性乙烯基酯树脂基体， 所述SMA丝（1）、GFRP丝束（2）以及柔性乙烯基酯树脂基体（3）的体积百分比分别为24%、44%和32%。

如此设计，非线性、超弹性的SMA丝使得SMA-GFRP复合筋具有旗形的滞回曲线和延性，在反复循环荷载下产生的损伤积累最小，可以有效提高混凝土结构在连续强地震事件下的抗震性能性能，且对混凝土结构产生最小的破坏，这明显优于传统的钢筋通过屈服后产生永久变形来实现延性。另外，用Ni-Ti SMA丝和GFRP丝混杂制成的新型复合筋称为SMA-GFRP复合筋兼具延性和耐腐蚀性两个特征，很好地解决了GFRP筋在抗震结构中使用受限的问题。此外，基体材料采用柔性乙烯基酯树脂基体，是由双酚型或酚醛型环氧树脂与甲基丙烯酸反应得到的一种变性环氧树脂，为热固性树脂，这种热固性树脂粘接强度和抗冲击强度大、延伸率高，可以保证高延伸率的SMA丝能够充分发挥其延性，通过滞回作用提高能量耗散能力。

作为优化，将SMA-GFRP复合筋用于梁柱的塑性铰区域，在框架的其他地方仍采用GFRP筋作为加强筋，由于目前Ni-Ti形状记忆合金的成本较高，这样，既可以达到预期效果，又节约了成本。

作为优化，所述SMA丝和GFRP丝束平行放置。

作为优化，所述SMA丝和GFRP丝束环状放置。

一种SMA-GFRP超弹性复合筋的制备方法，具体步骤为：

a、将体积百分比为24%的直径为0.5mm的极细SMA丝和44%的GFRP丝束平行放置，并用柔性乙烯基酯树脂基体通过拉挤工艺固化在两种纤维之间，柔性乙烯基酯树脂基体的体积百分比为32%，通过拉挤工艺成型，截面形式采用与钢筋相同的圆形；

b、为增强SMA-GFRP筋与混凝土间的锚固，SMA-GFRP筋的表面做成异形或表面粘砂处理。

一种SMA-GFRP超弹性复合筋的制备方法，具体步骤为：

a、将体积百分比为24%的直径为0.5mm的极细SMA丝和44%的GFRP丝束环状放置，并用柔性乙烯基酯树脂基体通过拉挤工艺固化在两种纤维之间，柔性乙烯基酯树脂基体的体积百分比为32%，通过拉挤工艺成型，截面形式采用与钢筋相同的圆形；

b、为增强SMA-GFRP筋与混凝土间的锚固，SMA-GFRP筋的表面做成异形或表面粘砂处理。

本发明的有益效果是：

本发明，兼具延性和耐腐蚀性两个特征，很好地解决了GFRP筋在抗震结构中使用受限的问题，将SMA-GFRP复合筋用于塑性铰区域，提高了结构的抗震性能，减小了连续地震后的残余位移积累，使结构在连续地震灾害下的整体性能得到提升。另外，该新型复合筋强度高、延性好，且具有形状记忆功能，随着生产技术的逐渐成熟，可以在抗震结构中推广使用。

附图说明

下面结合附图对本SMA-GFRP超弹性复合筋作进一步说明：

图1是本SMA-GFRP超弹性复合筋的实施例1的结构示意图；

图2是本SMA-GFRP超弹性复合筋的实施例2的结构示意图。

图中：1为SMA丝、2为GFRP丝束、3为柔性乙烯基酯树脂基体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

实施例1：如图1所示，本SMA-GFRP超弹性复合筋，该复合筋包括SMA丝1、GFRP丝束2以及通过拉挤工艺固化在SMA丝1和GFRP丝束2之间的柔性乙烯基酯树脂基体3；所述SMA丝1和GFRP丝束2平行放置。

一种SMA-GFRP超弹性复合筋的制备方法，具体步骤为：

a、将体积百分比为24%的直径为0.5mm的极细SMA丝1和44%的GFRP丝束2平行放置，并用柔性乙烯基酯树脂基体3通过拉挤工艺固化在两种纤维之间，柔性乙烯基酯树脂基体3的体积百分比为32%，通过拉挤工艺成型，截面形式采用与钢筋相同的圆形；

b、为增强SMA-GFRP筋与混凝土间的锚固，SMA-GFRP筋的表面做成异形或表面粘砂处理。

实施例2：如图2所示，本SMA-GFRP超弹性复合筋，该复合筋包括SMA丝1、GFRP丝束2以及通过拉挤工艺固化在SMA丝1和GFRP丝束2之间的柔性乙烯基酯树脂基体3；所述SMA丝1和GFRP丝束2环状放置。

一种SMA-GFRP超弹性复合筋的制备方法，具体步骤为：

a、将体积百分比为24%的直径为0.5mm的极细SMA丝1和44%的GFRP丝束2环状放置，并用柔性乙烯基酯树脂基体3通过拉挤工艺固化在两种纤维之间，柔性乙烯基酯树脂基体3的体积百分比为32%，通过拉挤工艺成型，截面形式采用与钢筋相同的圆形；

b、为增强SMA-GFRP筋与混凝土间的锚固，SMA-GFRP筋的表面做成异形或表面粘砂处理。

对比实施例1：如图1所示，本SMA-GFRP超弹性复合筋，该复合筋包括SMA丝1、GFRP丝束2以及通过拉挤工艺固化在SMA丝1和GFRP丝束2之间的柔性乙烯基酯树脂基体3；所述SMA丝1和GFRP丝束2平行放置。

一种SMA-GFRP超弹性复合筋的制备方法，具体步骤为：

a、将体积百分比为31.75%的直径为0.5mm的极细SMA丝1和35.25%的GFRP丝束2平行放置，并用柔性乙烯基酯树脂基体3通过拉挤工艺固化在两种纤维之间，柔性乙烯基酯树脂基体3的体积百分比为33%，通过拉挤工艺成型，截面形式采用与钢筋相同的圆形；

b、为增强SMA-GFRP筋与混凝土间的锚固，SMA-GFRP筋的表面做成异形或表面粘砂处理。同实施例1相比，只是SMA丝、CFRP丝束与柔性乙烯基酯树脂基体的体积百分比有变化。

对比实施例2：如图2所示，本SMA-GFRP超弹性复合筋，该复合筋包括SMA丝1、GFRP丝束2以及通过拉挤工艺固化在SMA丝1和GFRP丝束2之间的柔性乙烯基酯树脂基体3；所述SMA丝1和GFRP丝束2环状放置。

一种SMA-GFRP超弹性复合筋的制备方法，具体步骤为：

a、将体积百分比为31.75%的直径为0.5mm的极细SMA丝1和35.25%的GFRP丝束2环状放置，并用柔性乙烯基酯树脂基体3通过拉挤工艺固化在两种纤维之间，柔性乙烯基酯树脂基体3的体积百分比为33%，通过拉挤工艺成型，截面形式采用与钢筋相同的圆形；

b、为增强SMA-GFRP筋与混凝土间的锚固，SMA-GFRP筋的表面做成异形或表面粘砂处理。同实施例2相比，只是SMA丝、CFRP丝束与柔性乙烯基酯树脂基体的体积百分比有变化。

对比实施例3：如图1所示，本SMA-GFRP超弹性复合筋，该复合筋包括SMA丝1、GFRP丝束2以及通过拉挤工艺固化在SMA丝1和GFRP丝束2之间的柔性乙烯基酯树脂基体3；所述SMA丝1和GFRP丝束2平行放置。

一种SMA-GFRP超弹性复合筋的制备方法，具体步骤为：

a、将体积百分比为40%的直径为0.5mm的极细SMA丝1和28%的GFRP丝束2平行放置，并用柔性乙烯基酯树脂基体3通过拉挤工艺固化在两种纤维之间，柔性乙烯基酯树脂基体3的体积百分比为32%，通过拉挤工艺成型，截面形式采用与钢筋相同的圆形；

b、为增强SMA-GFRP筋与混凝土间的锚固，SMA-GFRP筋的表面做成异形或表面粘砂处理。同实施例1相比，只是SMA丝、CFRP丝束与柔性乙烯基酯树脂基体的体积百分比有变化。

对比实施例4：如图2所示，本SMA-GFRP超弹性复合筋，该复合筋包括SMA丝1、GFRP丝束2以及通过拉挤工艺固化在SMA丝1和GFRP丝束2之间的柔性乙烯基酯树脂基体3；所述SMA丝1和GFRP丝束2环状放置。

一种SMA-GFRP超弹性复合筋的制备方法，具体步骤为：

a、将体积百分比为40%的直径为0.5mm的极细SMA丝1和28%的GFRP丝束2环状放置，并用柔性乙烯基酯树脂基体3通过拉挤工艺固化在两种纤维之间，柔性乙烯基酯树脂基体3的体积百分比为32%，通过拉挤工艺成型，截面形式采用与钢筋相同的圆形；

b、为增强SMA-GFRP筋与混凝土间的锚固，SMA-GFRP筋的表面做成异形或表面粘砂处理。同实施例2相比，只是SMA丝、CFRP丝束与柔性乙烯基酯树脂基体的体积百分比有变化。

对比实施例5：单一SMA丝，同实施例2相比，只是SMA丝体积百分比为68%、CFRP丝束体积百分比为0%，柔性乙烯基酯树脂基体的体积百分比为32%。

对比实施例6：单一GFRP丝，同实施例2相比，只是SMA丝体积百分比为0%、CFRP丝束体积百分比为68%，柔性乙烯基酯树脂基体的体积百分比为32%。

对上述实施例和对比实施例进行了数据检测，结果如下表：

通过表中各项数据，可以发现，实施例1和实施例2较优，且实施例2为最优。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，皆应落入本发明的专利保护范围。