一种纤维增强复合材料筋的连接方法

本发明属于土木工程结构的，尤其涉及一种纤维增强复合材料筋的连接方法。

背景技术：

1、纤维增强复合材料筋是一种由纤维增强塑料筋外裹超高性能水泥基复合材料层组成的新型筋材，具有较高的抗压和抗拉强度。在干湿交替、冷热循环、氯离子等腐蚀环境中具有较好的耐腐蚀性能；在电磁绝缘性要求较高的环境中具有独特优势，同时还具有极好的抗疲劳性能。例如，专利公开号cn115012581a公开了一种纤维增强复合材料筋混凝土梁构件及其制备方法，具体公开了纤维增强复合材料筋及其制备方法。

2、纤维增强复合材料筋在荷载作用下主要有三部分参与受力：内部纤维增强塑料筋、超高性能水泥基复合材料层及其内嵌的织物纤维束。当采用纤维增强复合材料筋的混凝土结构的长度大于纤维增强复合材料筋的长度时，就需要对纤维增强复合材料筋进行连接。目前，主要通过连接纤维增强塑料筋的方式实现纤维增强复合材料筋的连接，纤维增强塑料筋通常采用搭接、套筒灌浆等方式进行连接。例如专利公开号cn210482760u公开了用于装配式结构的钢筋套筒灌浆连接搭接接头，该方法同样可以对纤维增强塑料筋进行连接。传统方法虽可连接纤维增强塑料筋，但却导致纤维增强复合材料筋的使用受限。原因在于，纤维增强塑料筋搭接时不仅需要较大的搭接区域长度以保证连接质量，而且连接区域的纤维增强塑料筋需要错开，这显著增大了连接区域纤维增强塑料筋外侧的超高性能水泥基复合材料层的厚度。外侧复合材料层厚度的提高将引起纤维增强复合材料筋材之间的净距减小，不仅不利于外侧超高性能水泥基复合材料层的施工，也不利于连接区域普通混凝土的浇筑。套筒灌浆除具有以上问题外，其采用的灌浆料多为不具有拉伸延性的水泥基材料。在混凝土构件的受拉区域，纤维增强复合材料筋的套筒连接位置处极易因不具有拉伸延性而破坏，危及结构的整体安全。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提出一种纤维增强复合材料筋的连接方法，该连接方法对纤维增强复合材料筋外侧的超高性能水泥基复合材料层及其内嵌的织物纤维束进行连接，可避免该筋材内部的纤维增强塑料筋在搭接时增大筋材整体截面面积的缺点，同时具有连接可靠、便于筋材预制车间操作、节约复合筋材等优点。由于搭接区域采用了较高密度的织物经向纤维束和纬向纤维束，同时后浇筑了超高性能工程水泥基复合材料，可保证搭接区域具有较高的抗拉强度、可靠性，以及对搭接区域的足够握裹约束，解决了纤维增强复合材料筋连接时纤维增强塑料筋搭接导致的筋材截面面积增大、搭接区域纤维增强塑料筋抗剪强度不足等问题，可以有效的减少纤维增强复合材料筋的材料浪费，提高材料的利用率，降低材料成本。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种纤维增强复合材料筋的连接方法，所述纤维增强复合材料筋包括织物筋笼骨架，织物筋笼骨架内设有纤维增强塑料筋，织物筋笼骨架与纤维增强塑料筋之间及织物筋笼骨架外周浇筑有水泥基复合材料；纤维增强复合材料筋两端的织物筋笼骨架和纤维增强塑料筋裸露，未浇筑水泥基复合材料；所述纤维增强复合材料筋的端部织物筋笼骨架的裸露长度大于纤维增强塑料筋的裸露长度；连接方法包括以下步骤：将两根待连接的纤维增强复合材料筋同轴放置，并分别将待连接端裸露在外的织物筋笼骨架和纤维增强塑料筋对齐，两根纤维增强塑料筋抵接，两个织物筋笼骨架之间的径向纤维束和纬向纤维束相互搭接，在连接区域浇筑水泥基复合材料使两根纤维增强复合材料筋连接为一个整体。

4、所述两个织物筋笼骨架内的纤维束相互搭接的区域长度不小于100mm。

5、在连接区域的织物筋笼骨架外包裹增强织物将两个织物筋笼骨架连接，增设的增强织物其径向纤维束的总面积需不小于纤维增强塑料筋的横截面积。

6、所述纤维增强复合材料筋裸露在外的织物筋笼骨架和纤维增强塑料筋的长度相同，两个织物筋笼骨架之间不进行搭接。

7、所述纤维增强塑料筋的直径为6～25mm，抗拉强度大于450mpa，抗剪切强度大于110mpa，极限应变大于1.2％；纤维增强复合材料筋中水泥基复合材料的厚度为10～20mm。

8、所述连接区域浇筑水泥基复合材料的厚度不小于纤维增强复合材料筋中水泥基复合材料的厚度。当纤维增强复合材料筋中的水泥基复合材料层厚度较低时，可局部增大连接区域部分的水泥基复合材料层厚度，但相邻纤维增强复合材料筋的净间距需满足混凝土构件中浇筑混凝土的最小间距要求。如不满足最小间距要求，对于底部筋材可采取对所在矩形区域整体浇筑的方式处理。

9、所述织物筋笼骨架和增强织物均由径向纤维束和纬向纤维束编织而成，径向纤维束和纬向纤维束中的纤维为碳纤维、玻璃纤维、pbo纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维。

10、所述增强织物的网孔净间距不小于10mm，以便于水泥基复合材料完全渗透入连接区域内部。当水泥基复合材料短纤维掺量较大时，可进一步放宽网孔间距至50mm以上。

11、所述连接区域和纤维增强复合材料筋中的水泥基复合材料主要由以下重量份原料制得：水泥300-400份、石灰石粉40-60份、硅灰90-110份、矿粉350-400份、石英砂200-300份、水115-149份和减水剂10-15份；水泥基复合材料中还掺杂有pe纤维，pe纤维的体积掺量为1.5-2.0％。水泥基复合材料的抗压强度大于100mpa，抗拉强度15～20mpa，极限拉伸应变3.0～8.0％。

12、优选的，水泥：石灰石粉：硅灰：矿粉：石英砂：水：减水剂重量比为350：50：100：375：250：115～149：12.5。

13、所述水泥为p.o52.5r硅酸盐水泥；石灰石粉为重钙型，其粒径为1-10μm；矿粉粒径为5-100μm；石英砂由粒径为70-120μm和325μm石英砂混合组成；减水剂为液态减水剂。

14、本发明的有益效果：

15、(1)该方法不再对纤维增强塑料筋进行连接，可避免因纤维增强塑料筋连接引起的筋材净间距减小、后浇混凝土质量难控制等问题，提高纤维增强复合材料筋混凝土构件的可靠性和安全性。

16、(2)通过外侧超高性能水泥基复合材料层内的纤维束交错连接，不需要额外的采用其他连接材料。

17、(3)外侧复合材料层内可额外的采用增强织物进行局部加强，具有足够的连接可靠性和安全性。

18、(4)增强织物为柔软结构，连接时在搭接区域进行绑扎固定操作简单易行。

19、(5)在固定好待连接的纤维增强复合材料筋和织物后，进行外侧超高性能水泥基复合材料层的浇筑即可完成连接，操作简便、工艺简单，利于工厂预制生产。

技术特征：

1.一种纤维增强复合材料筋的连接方法，所述纤维增强复合材料筋包括织物筋笼骨架，织物筋笼骨架内设有纤维增强塑料筋，织物筋笼骨架与纤维增强塑料筋之间及织物筋笼骨架外周浇筑有水泥基复合材料；其特征在于，纤维增强复合材料筋两端的织物筋笼骨架和纤维增强塑料筋裸露，未浇筑水泥基复合材料，且织物筋笼骨架的裸露长度大于纤维增强塑料筋的裸露长度；连接方法包括以下步骤：将两根待连接的纤维增强复合材料筋同轴放置，并分别将待连接端裸露在外的织物筋笼骨架和纤维增强塑料筋对齐，两根纤维增强塑料筋抵接，两个织物筋笼骨架之间的径向纤维束和纬向纤维束相互搭接，在连接区域浇筑水泥基复合材料使两根纤维增强复合材料筋连接为一个整体。

2.根据权利要求1所述纤维增强复合材料筋的连接方法，其特征在于，所述两个织物筋笼骨架内的纤维束相互搭接的区域长度不小于100mm。

3.根据权利要求1所述纤维增强复合材料筋的连接方法，其特征在于，在连接区域的织物筋笼骨架外包裹增强织物将两个织物筋笼骨架连接。

4.根据权利要求3所述纤维增强复合材料筋的连接方法，其特征在于，将所述织物筋笼骨架的裸露长度大于纤维增强塑料筋的裸露长度替换为织物筋笼骨架和纤维增强塑料筋的长度相同，两个织物筋笼骨架之间不进行搭接。

5.根据权利要求1-4任一项所述纤维增强复合材料筋的连接方法，其特征在于，所述纤维增强塑料筋的直径为6～25mm；纤维增强复合材料筋中水泥基复合材料的厚度为10～20mm。

6.根据权利要求5所述纤维增强复合材料筋的连接方法，其特征在于，所述连接区域浇筑水泥基复合材料的厚度不小于纤维增强复合材料筋中水泥基复合材料的厚度。

7.根据权利要求3所述纤维增强复合材料筋的连接方法，其特征在于，所述织物筋笼骨架和增强织物均由径向纤维束和纬向纤维束编织而成，径向纤维束和纬向纤维束中的纤维为碳纤维、玻璃纤维、pbo纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维。

8.根据权利要求7所述纤维增强复合材料筋的连接方法，其特征在于，所述增强织物中的网孔间距不小于10mm。

9.根据权利要求1所述纤维增强复合材料筋的连接方法，其特征在于，所述连接区域和纤维增强复合材料筋中的水泥基复合材料主要由以下重量份原料制得：水泥300-400份、石灰石粉40-60份、硅灰90-110份、矿粉350-400份、石英砂200-300份、水115-149份和减水剂10-15份；水泥基复合材料中还掺杂有pe纤维，pe纤维的体积掺量为1.5-2.0％。

10.根据权利要求9所述纤维增强复合材料筋的连接方法，其特征在于，所述水泥为p.o52.5r硅酸盐水泥；石灰石粉为重钙型，其粒径为1-10μm；矿粉粒径为5-100μm；石英砂由粒径为70-120μm和325μm石英砂混合组成；减水剂为液态减水剂。

技术总结
本发明提出了一种纤维增强复合材料筋的连接方法，属于土木工程结构的技术领域。本发明所述纤维增强复合材料筋包括织物筋笼骨架，织物筋笼骨架内设有纤维增强塑料筋，织物筋笼骨架与纤维增强塑料筋之间及织物筋笼骨架外周浇筑有水泥基复合材料；纤维增强复合材料筋两端的织物筋笼骨架和纤维增强塑料筋裸露，所述纤维增强复合材料筋的端部织物筋笼骨架的裸露长度大于纤维增强塑料筋的裸露长度；连接方法包括以下步骤：将两根待连接的纤维增强复合材料筋同轴放置，并分别将待连接端裸露在外的织物筋笼骨架和纤维增强塑料筋对齐，两根纤维增强塑料筋抵接，两个织物筋笼骨架之间的纤维束搭接，在连接区域浇筑水泥基复合材料。

技术研发人员：董志芳,邓明科,高永辉
受保护的技术使用者：商丘师范学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15