一种FRP-钢复合筋笼及其制备的海砂混凝土柱的制作方法

本发明涉及建筑材料技术领域，更具体地，涉及一种frp-钢复合筋笼及其应用的frp-钢复合筋海砂混凝土柱。

背景技术

由于我国基础建设的不断发展，对混凝土材料的需求也越来越大，混凝土柱的浇筑材料河砂作为一种不可再生资源，可开采量越来越少，而海砂储存量却很大，将海砂运用到建筑中势必会成为新的发展方向，然而由于海砂中存在的氯离子会对钢材造成腐蚀，影响结构的安全。目前在桥梁、建筑等工程结构领域中普遍使用的梁构件包括钢筋混凝土（reinforcedconcrete,rc）梁和钢梁，这两种梁构件耐腐蚀性均较差，在野外、沿海或潮湿地等恶劣环境中容易腐蚀和退化，制备海砂混凝土柱会有严重的腐蚀现象存在。frp筋(fiberreinforcedplasticsbars纤维复合材料)耐腐蚀、纵向抗拉强度高、质量轻、电磁绝缘性好，现有技术中也有公开frp管外包frp筋材制备混凝土结构以解决其腐蚀性问题，但frp材料脆性，其应力-应变呈线性关系，没有屈服平台，横向强度约为纵向强度的十分之一，即frp筋抗拉不抗压，不能直接作为柱中纵向受力筋。

因此提供一种既具有防腐性，又能兼顾抗压综合性能的工程结构混凝土柱具有非常重要的意义。

技术实现要素：

本发明要解决要解决的技术问题是克服现有混凝土柱结构抗腐蚀性能和抗压综合性能的缺陷和不足，提供一种frp-钢复合筋笼，复合筋笼由包裹有frp纤维的钢筋和螺旋箍筋绑扎而成，有效地提升了复合筋笼的抗压能力和防腐能力。

本发明的目的是提供一种frp-钢复合筋海砂混凝土柱，混凝土柱包括上述frp-钢复合筋笼和海砂混凝土。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种frp-钢复合筋笼，所述frp-钢复合筋笼包括frp-钢复合筋和螺旋箍筋，所述frp-钢复合筋位于螺旋箍筋内部，所述螺旋箍筋沿着frp-钢复合筋螺旋上升，并与所述frp-钢复合筋固定形成frp-钢复合筋笼，所述frp-钢复合筋包括内芯钢筋和包裹在内芯钢筋外层的frp纤维层。

基于frp材料的劣势，采用frp-钢复合筋作为柱中纵向受力筋应用到混凝土柱中，采用这种筋增强的轴压结构，其内芯钢筋可以承担抗压作用，在偏压结构中时，frp-钢复合筋将兼顾frp和钢筋的综合优势，高强度的包覆层既为结构受拉构件同时又是功能性防腐构件。本发明以frp-钢复合筋作为柱中纵向受力筋，其外部包裹的纤维能达到保护内芯钢筋免受腐蚀的效果，当柱子受轴向压力时，frp-钢复合筋中钢筋发挥其抗压作用；当柱子受偏压时其中布置受拉侧的frp-钢复合筋不仅可以发挥出frp材料高抗拉强度的特性而且可以利用到钢筋抗拉强度高、延性好的综合优势，同时，受压侧的frp-钢复合筋中钢筋发挥其抗压作用。

优选地，所述frp-钢复合筋的芯钢筋的直径为8~16mm，强度等级为二~四级。

优选地，所述frp-钢复合筋外层frp纤维层的厚度为3~7mm。

相对于在混凝土中添加frp纤维，将frp纤维以一定厚度包覆在内芯钢筋的外层的影响为制得的筋为复合筋，两种材料可以共同受力，协调变形，并且外层纤维可以保证内芯钢筋不受氯离子的腐蚀，内芯钢筋的直径和强度等级的选择原因为为保证复合筋中的含钢量，建议取8mm以上的钢筋，太大直径的内芯钢筋可能会造成材料浪费，故建议上限取16mm，具体也可按照柱子对承载力的需求而改变，这里不做强制性限定；强度等级建议为二~四级钢，一级光圆钢筋与frp纤维之间的粘结效果不好；frp纤维层的厚度和纤维本身的厚度的选择原因为frp纤维层的厚度建议从3mm~7mm，若厚度太小，则复合筋的制作难度会加大，做出的复合筋中钢筋不一定会在正中心，外层frp为1~2mm厚度的复合筋产品没有3mm的规整，此外，纤维厚度不宜过大，以免造成材料的浪费；纤维本身的厚度与纤维的种类有关。

frp-钢复合筋的制备方法为：将钢筋外表面涂刷胶黏剂，然后从树脂槽中引出已浸渍完全的纤维丝束包裹整个钢筋通过拉挤模具挤压成型，再通过拉伸机调直，保证纤维方向与钢筋方向一致，螺旋缠绕纤维后粘砂，静置成型，胶黏剂为耐腐蚀性树脂，环氧树脂。frp（纤维增强复合材料）是脆性材料，树脂是塑性材料，相对树脂来说，受荷载作用时纤维的变形很小，可以忽略不计，frp筋变形主要是由树脂变形引起，变形的大小与树脂含量有关，树脂含量低，其可发生的协调变形小，宏观上表现为试件的延伸率很小，纤维含量的提高对frp筋本身的强度和模量有很大的提高。

优选地，所述螺旋箍筋的截面直径为10mm，缠绕直径160mm，间距为50mm。

螺旋箍筋的截面直径、缠绕直径和间距与芯材钢筋以及frp纤维的相关性能参数都会影响到最终得到的frp-钢复合筋笼及其浇筑得到的frp-钢复合筋混凝土柱的抗压性能，螺旋箍筋可以约束纵向受力钢筋，提高核心区混凝土受压承载能力的作用。

优选地，所述frp纤维为纤维体积分数为75%~80%的frp纤维。frp中纤维的体积分数为75%~80%，既可以保留其高抗拉强度的优势，也能保证其延性。

优选地，所述螺旋箍筋通过绑扎或焊接与所述frp-钢复合筋固定形成frp-钢复合筋笼。

所述海砂混凝土为强度等级为c30级的海砂混凝土。

优选地，所述螺旋箍筋为frp螺旋箍筋和/或包裹纤维布的螺旋钢筋。

优选地，所述frp纤维为防腐frp纤维。防腐frp纤维优选为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或多种。

优选地，所述内芯钢筋为带肋钢筋。带肋钢筋与frp之间的粘结效果好。

优选地，所述内芯钢筋位于为所述frp-钢复合筋的中心。中心位置可以使得整个复合筋受力更均匀，防腐效果也均匀。

优选地，所述frp-钢复合筋笼中frp-钢复合筋之间互相平行。在于螺旋箍筋通过绑扎或焊接等方式固定是，frp-钢复合筋之间互相平行有利于保证纵向筋的方向与受力方向相同

优选地，所述frp-钢复合筋笼中frp-钢复合筋的端部绑扎有加固箍筋。

优选地，所述螺旋箍筋为封闭式箍筋。

一种frp-钢复合筋海砂混凝土柱，所述混凝土柱包括所述frp-钢复合筋笼和海砂混凝土。frp-钢复合筋海砂混凝土柱的海砂混凝土浇筑于frp-钢复合筋笼中。混凝土可以浇筑为圆形也可以浇筑为方形，frp-钢复合筋海砂混凝土柱由钢模板预制柱子外形，将绑扎好的frp-钢复合筋笼置于钢模板的中心，并固定好，浇筑海砂混凝土得到。海砂混凝土主要成分包括未经淡化处理的海砂、海水、水泥、粗骨料，海砂混凝土配制过程中可以完全使用海砂，也可以部分使用海砂，可完全使用海水，也可部分使用海水。海砂储量大，开采难度小，运输成本低，以海砂作为基材，可有效解决沿海地区或周围岛礁地区建筑材料缺乏的问题，也避免了过度开采河砂破坏生态环境的现象，有一定的经济效益且具有社会价值，使用海水代替淡水，无需消耗淡水，成本低，节约资源。所述海砂混凝土为强度等级为c30级的海砂混凝土。混凝土配合比根据不同的强度有不同的配比，以下为海砂混凝土c30的配合比为水泥：海砂：石子：水=1:2:3.42:0.6；水灰比为0.60，砂率为0.37。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种frp-钢复合筋笼及其应用的frp-钢复合筋海砂混凝土柱，frp-钢复合筋的芯钢筋外包裹有frp增强材料，当柱子受轴向压力时，frp-钢复合筋中钢筋发挥其抗压作用；当柱子受偏压时其中布置的受拉侧的frp-钢复合筋不仅可以发挥出frp材料高抗拉强度的特性而且可以利用到钢筋抗拉强度高、延性好的综合优势，相应的，受压侧的frp-钢复合筋中钢筋发挥其抗压作用。外部包裹的纤维也能达到保护内芯钢筋免受腐蚀的效果，复合筋外围螺旋箍筋也能很好地约束纵向受力钢筋，提高核心区受压承载能力，应用于frp-钢复合筋海砂混凝土柱中也能达到很好的抗压防腐作用。

附图说明

图1为frp-钢复合筋笼的结构示意图。

图2为frp-钢复合筋海砂混凝土柱的结构示意图。

图3为frp-钢复合筋海砂混凝土柱的方形横向截面图。

图4为frp-钢复合筋海砂混凝土柱的圆形横向截面图。

图5为frp-钢复合筋的截面图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。

实施例1

一种frp-钢复合筋笼，如图1和图5所示，frp-钢复合筋笼，由frp-钢复合筋1和螺旋箍筋2绑扎形成，frp-钢复合筋1包括内芯钢筋101和包裹在内芯钢筋外层的frp纤维层102内芯钢筋101位于为所述frp-钢复合筋1的中心，frp-钢复合筋的内芯钢筋101的直径为8mm，为三级带肋钢筋，frp-钢复合筋外层frp纤维层102的厚度为3mm，frp纤维的厚度为0.170mm，螺旋箍筋2的截面直径为d110mm，缠绕直径d2160mm，间距为d50mm，frp-钢复合筋的条数为6条，frp-钢复合筋笼中frp-钢复合筋之间互相平行与螺旋箍筋绑扎，frp-钢复合筋笼中frp-钢复合筋的端部绑扎有加固箍筋3。

实施例2

一种frp-钢复合筋海砂混凝土柱，如图2、图3和图5所示，frp-钢复合筋笼和海砂混凝土4，所述海砂混凝土浇筑于frp-钢复合筋笼中成圆形，frp-钢复合筋笼，由frp-钢复合筋1和螺旋箍筋2绑扎形成，frp-钢复合筋1包括芯钢筋101和包裹在内芯钢筋外层的frp纤维层102，frp-钢复合筋的内芯钢筋101的直径为8mm，为三级带肋钢筋，frp-钢复合筋外层frp纤维层102的厚度为3mm，frp纤维103的厚度为0.170mm，螺旋箍筋2的截面直径为d110mm，缠绕直径d2160mm，间距为d50mm。

实施例3

一种frp-钢复合筋海砂混凝土柱，如图2、图4和图5所示，frp-钢复合筋笼和海砂混凝土4，所述海砂混凝土浇筑于frp-钢复合筋笼中成方形，frp-钢复合筋笼由frp-钢复合筋1和螺旋箍筋2绑扎形成，frp-钢复合筋1包括内芯钢筋101和包裹在内芯钢筋外层的frp纤维层102，frp-钢复合筋的内芯钢筋101的直径为10mm，为三级带肋钢筋，frp-钢复合筋外层frp纤维层102的厚度为3mm，frp纤维103的厚度为0.170mm，螺旋箍筋2的截面直径为d110mm，缠绕直径d2160mm，间距为d50mm。

实施例4

一种frp-钢复合筋笼，如图1和图5所示，frp-钢复合筋笼，由frp-钢复合筋1和螺旋箍筋2绑扎形成，frp-钢复合筋1包括芯钢筋101和包裹在芯钢筋外层的frp纤维层102，芯钢筋101位于为所述frp-钢复合筋1的中心，frp-钢复合筋的芯钢筋101的直径为10mm，为三级带肋钢筋，frp-钢复合筋外层frp纤维层102的厚度为3mm，frp纤维的厚度为0.170mm，螺旋箍筋2的截面直径为d110mm，缠绕直径d2160mm，间距d50mm，frp-钢复合筋的条数为6条，frp-钢复合筋笼中frp-钢复合筋之间互相平行与螺旋箍筋绑扎，frp-钢复合筋笼中frp-钢复合筋的端部绑扎有加固箍筋3。相比仅有内芯10mm三级带肋钢筋受拉承载力分别提高约1.57。

实施例5

一种frp-钢复合筋笼，如图1和图5所示，frp-钢复合筋笼，由frp-钢复合筋1和螺旋箍筋2绑扎形成，frp-钢复合筋1包括芯钢筋101和包裹在芯钢筋外层的frp纤维层102，芯钢筋101位于为所述frp-钢复合筋1的中心，frp-钢复合筋的芯钢筋101的直径为10mm，为三级带肋钢筋，frp-钢复合筋外层frp纤维层102的厚度为5mm，frp纤维的厚度为0.170mm，螺旋箍筋2的截面直径为d110mm，缠绕直径d2160mm，间距为d50mm，frp-钢复合筋的条数为6条，frp-钢复合筋笼中frp-钢复合筋之间互相平行与螺旋箍筋绑扎，frp-钢复合筋笼中frp-钢复合筋的端部绑扎有加固箍筋3。相比仅有内芯10mm三级带肋钢筋受拉承载力分别提高约2.47。

实施例6

一种frp-钢复合筋笼，如图1和图5所示，frp-钢复合筋笼，由frp-钢复合筋1和螺旋箍筋2绑扎形成，frp-钢复合筋1包括芯钢筋101和包裹在芯钢筋外层的frp纤维层102，芯钢筋101位于为所述frp-钢复合筋1的中心，frp-钢复合筋的芯钢筋101的直径为10mm，为三级带肋钢筋，frp-钢复合筋外层frp纤维层102的厚度为7mm，frp纤维的厚度为0.170mm，螺旋箍筋2的截面直径为d110mm，缠绕直径d2160mm，间距为d50mm，frp-钢复合筋的条数为6条，frp-钢复合筋笼中frp-钢复合筋之间互相平行与螺旋箍筋绑扎，frp-钢复合筋笼中frp-钢复合筋的端部绑扎有加固箍筋3。相比仅有内芯10mm三级带肋钢筋受拉承载力分别提高约3.28。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。