一种用于GFRP筋混凝土裂缝控制的基体及其制作方法

摘要

本发明涉及一种用于GFRP筋混凝土裂缝控制的基体，其组成及重量配比为：水泥15%~30%、水5%~15%、粉煤灰5%~15%、砂子20%~40%、石子15%~30%、减水剂0.1%~1%和改性聚丙烯单丝纤维0.23%~0.6%。还公开了一种用于GFRP筋混凝土裂缝控制的基体的制作方法，采用纤维先掺法，包括以下步骤：按重量配合比称量出所需的水泥、粉煤灰、砂子、粗骨料、减水剂和纤维；将砂子和粗骨料加入搅拌机，启动搅拌机，搅拌1-2分钟；再加入水泥和粉煤灰，搅拌1-2分钟后，边搅拌，边手动加入纤维，使纤维均匀分布；加完纤维后，再搅拌6分钟，使纤维分散均匀；将减水剂加入水中，适当搅拌，向搅拌桶里缓慢加水，加完水以后，再搅拌3-5分钟。本发明制成的基体有良好的和易性、粘聚性、保水性、可施工性好。

说明书

技术领域

本发明属于筋混凝土裂缝控制的技术领域，具体而言涉及一种用于GFRP筋混凝土裂缝控制的基体及其制作方法。

背景技术

FRP筋作为一种已经研究较为成熟的筋材，但国内在一些民用建筑、公共建筑中一直没有得到广泛的推广使用。然而FRP筋有着质量轻、抗拉强度高、抗腐蚀、耐疲劳及无需定期维护、好的耐久性和可靠性、抗电磁干扰等优势。但由于GFRP材料弹性模量仅40GPa左右，所以GFRP筋混凝土结构受力开裂裂缝过宽，难以满足现行规范要求，严重阻碍了该项技术在混凝土配筋应用方面的推广。然而，在混凝土添加纤维对延缓混凝土结构开裂及提高混凝土韧性有较好的作用。在国际上，通常制备ECC材料来改善基体材料的韧性，ECC通常是以水泥、粉煤灰、石英砂作为基体, 用外添加剂和纤维做增强材料，在纤维体积掺量小于2%的情况下,其极限拉应变通常在3%~7%的范围内，但在推广上存在问题是性价比过低，只能在一些特殊建筑物中使用。按本发明制备的纤维混凝土比ECC材料每立方便宜300至500元,又能有效的控制GFRP筋混凝土裂缝开展，因此，研究GFRP纤维混凝土结构，对于推广GFRP材料的应用和对桥梁工程、港口码头未来建设有巨大的意义。国内对于GFRP筋混凝土结构研究，2000 年高丹盈等人通过对62 根GFRP 筋混凝土梁和钢筋混凝土梁对比，得出配筋率对GFRP 抗裂承载力的影响有限，但在配筋范围内抗弯承载力随着配筋率的增加而增加，并建立了抗裂弯矩和抗弯承载力的计算方法。2007 年翁春光通过5根GFRP 梁和1 根钢筋混凝土梁的对比，得出了GFRP混凝土梁的设计一般受容许裂缝宽度及挠度的控制，提出了GFRP 筋混凝土梁开裂弯矩公式。在公式推导中，把梁看出均质体，而GFRP 筋弹性模量约为混凝土两倍，假设不尽合理。2011年周继凯、王海玲在《GFRP筋混凝土受弯构件设计方法试验研究 》文章中建立了GFRP筋混凝土构件的力学特性， 1）GFRP筋混凝土受弯构件正截面受弯破坏前有明显预兆，如挠度大、裂缝宽等，适筋配筋破坏过程中表现出了较好的延性。2）建立了GFRP筋混凝土受弯构件正截面承载力的计算公式、裂缝宽度计算公式、挠度计算公式及实用设计方法，建议正常使用极限状态以挠度值作为控制标准，为今后建立设计规程提供参考。3）指出采用面积等代方法设计GFRP筋混凝土受弯构件正截面承载能力是安全、高效的，给出了不满足正常使用极限状态时验算放宽标准。4）配箍率、剪跨比、纵筋配筋率是影响GFRP筋混凝土受弯构件斜截面抗剪承载力的主要因素，配箍率对承载力影响最大，剪跨比影响其破坏形式，抗剪承载力随着剪跨比的增大减小。5）建立了GFRP筋混凝土受弯构件斜截面承载力、裂缝宽度、开裂荷载的计算公式。6）进行了GFRP筋混凝土结构施工工艺探讨，指出了现场弯折加工注意因素，总结了GFRP筋直筋、弯曲筋的锚固长度和GFRP筋现场搭接长度设计参数。现有技术中对于研究GERP筋混凝土的裂缝控制措施研究不是很多。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种能对GERP筋混凝土的裂缝做到很好控制的基体及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：提供一种用于GFRP筋混凝土裂缝控制的基体，其组成及重量配比为：水泥15%~30%、水5%~15%、粉煤灰5%~15%、砂子20%~40%、粗骨料15%~30%、减水剂0.1%~1%和改性聚丙烯单丝纤维0.23%~0.6%。

进一步地，还包括粗骨料，所述粗骨料为连续连续级配，粒径范围为5~16mm，且每立方混凝土粗骨料掺量不超过560kg。

进一步地，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。

进一步地，所述水泥和粉煤灰为胶凝材料，所述水与胶凝材料的质量比值在0.2~0.4。

进一步地，所述基体的组成及重量配比为：水泥20.57%、水11.75%、粉煤灰8.81%、砂子34.72%、粗骨料23.11%、减水剂0.48%、改性聚丙烯单丝纤维0.56%。

本发明提供的一种用于GFRP筋混凝土裂缝控制的基体的制作方法，采用纤维先掺法，包括以下步骤：

步骤一、按重量配合比称量出所需的水泥、粉煤灰、砂子、粗骨料、减水剂和纤维；

步骤二、将砂子和粗骨料加入搅拌机，启动搅拌机，搅拌1-2分钟；再加入水泥和粉煤灰，搅拌1-2分钟后，边搅拌，边手动加入纤维，使纤维均匀分布；加完纤维后，再搅拌6分钟，使纤维分散均匀；

步骤三、将减水剂加入水中，适当搅拌，向搅拌桶里缓慢加水，加完水以后，再搅拌3-5分钟。

本发明的有益效果：

1、为GFRP筋混凝土梁的裂缝控制提供了一种解决方案，同时为GFRP筋在桥梁工程、港口码头工程中的推广起到了一定作用。

2、原料易得、成本较低。

聚丙烯纤维市场已经较为成熟，在国内就能买到，价格相对较低。本发明采用的基体组成有石子，在提高混凝土韧性，控制裂缝的前提下，相对ECC来说，成本大为降低。

3、对加工环境及操作要求较低。

在进行GFRP筋混凝土材料基体制备中，与普通的混凝土制备环境相同，便于施工。

4、按本发明制成的基体有良好的和易性、粘聚性、保水性、可施工性好。

5、本发明制成的基体对GFRP筋混凝土材料有着良好的抗裂、限裂作用，且有较好的韧性。

附图说明

图1是GFRP筋普通混凝土梁的正截面抗弯实验裂缝与荷载的关系曲线图；

图2是GFRP筋纤维混凝土梁的正截面抗弯实验裂缝与荷载关系图；

图3是本发明的纤维先掺法流程图；

图4是本发明的GFRP筋纤维混凝土裂缝发展图形。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本发明中所述的“内、外”的含义指的是相对于设备本身而言，指向设备内部的方向为内，反之为外，而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“左、右”的含义指的是阅读者正对附图时，阅读者的左边即为左，阅读者的右边即为右，而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

由图1、图2可以看出按本发明制备GFRP筋纤维混凝土起到了良好的控制裂缝发展的作用；图4为按本发明最佳基体配合比制作的GFRP筋纤维混凝土梁做正截面受弯实验的裂缝发展图形，由图可以看出其裂缝细而密，有效的提高了梁的韧性，裂缝得到有效控制。

本发明的用于GFRP筋混凝土裂缝控制的基体配合比及其制作方法的基体组成及重量配比：水泥15%~30%、水5%~15%、粉煤灰5%~15%、砂子20%~40%、粗骨料15%~30%、减水剂0.1%~1%、改性聚丙烯单丝纤维0.23%~0.6%。

减水剂为聚羧酸高效减水剂。

本发明基体组成中，粗骨料为连续级配，粒径范围为5~16mm，且每立方混凝土掺量不超过560kg。

本发明基体组成中，改性聚丙烯单丝纤维的最佳体积掺量为0.7%~1.2%。

如图3所示，本发明一种专用于GFRP筋混凝土裂缝控制的基体配合比及其制作方法的基体制备过程，采用先掺纤维法，具体步骤为：

步骤A、按GFRP筋混凝土基体重量配合比称量出所需的水泥、粉煤灰、砂子、粗骨料、减水剂、纤维。

步骤B、将重量配比依次为34.72%、23.11%的砂子、粗骨料加入搅拌机，启动搅拌机，搅拌1~2分钟，再加入重量配比分别为11.75%、8.81%的水泥、粉煤灰，搅拌1~2分钟后，边搅拌，边手动向里面加入重量配比为0.56%的纤维，尽量使纤维能够均匀分布，加完纤维后，再干拌6分钟，使纤维能够分散均匀，若搅拌量较大，适当加长时间。

步骤C、将重量配比为0.48%的减水剂加入重量配比为11.75%的水中，适当搅拌，向搅拌桶里缓慢加水，加完水以后，再搅拌3~5分钟即可。

我们通过将纤维混凝土与GFRP筋相结合，利用纤维混凝土的高韧性，起到抗裂、限裂的作用。纤维混凝土的抗裂性能与纤维掺量有关系，本发明将给出GFRP筋混凝土基体的最佳纤维掺量范围。本发明在基体中掺入了粗骨料，从而降低了造价，但是需要控制粗骨料连续级配的粒径范围及每立方最大掺量，本发明也将给出。

本发明通过对GFRP混凝土基体配合比的改进及其制备方法的调整，既能使基体具有好的和易性、粘聚性和保水性，又能有效的控制裂缝发展，且价格低廉，从而具有可靠地施工性，也有效地提高了GFRP筋混凝土材料的抗裂、限裂能力，以正常使用极限状态为标准，为GFRP筋混凝土材料的推广有很大意义。

本发明所使用的水泥、粉煤灰和砂子在建材市场即可买到；本发明的减水剂为普通的化工原料，在市场上即可买到；本发明所使用的聚丙烯纤维采用的是北京中纺纤建改性聚丙烯单丝纤维，也在市场上可买到；本发明采用的GFRP筋为普通玻璃纤维筋，在市场上即可买到。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。