CN103496865A - 一种混杂frp网格增强ecc及用于加固混凝土结构 - Google Patents

Abstract

一种混杂FRP网格增强ECC及用于加固混凝土结构，属于建筑领域。超高韧性混凝土中包括混杂纤维筋网格，所述的混杂纤维筋指碳纤维筋、芳纶纤维筋、高强玻璃纤维筋、玄武岩纤维筋或聚乙烯醇纤维筋中的任意两种；混杂纤维筋网格为两种纤维筋依次间隔放置在一层平面上，然后在其上的另外方向上再放置一层依次间隔的两种纤维筋，两种纤维筋形成交叉的网格。采用混杂FRP网格增强ECC加固钢筋混凝土梁、板、剪力墙和柱等或素混凝土工程。混杂FRP网格与单一纤维FRP网格相比，可提高加固结构的变形能力、抗震性能和耐久性。

Description

一种混杂FRP网格增强ECC及用于加固混凝土结构

技术领域

本发明的目的在于提供了一种混杂纤维聚合物FRP增强超高韧性混凝土（ECC）加固混凝土结构的新技术和新材料，适用于混凝土构件（梁、板、剪力墙、柱）加固维护和性能提升，属于建筑技术领域。

背景技术

超高韧性水泥基复合材料ECC（Engineered Cementitious Composites,简称ECC）是一种基于细观力学设计的先进复合材料，用水泥、掺合料和砂为基体，高性能纤维为增韧材料的高韧性、高抗裂材料，其极限拉伸应变到达2-3%，最大可达到5%，为普通高性能混凝土的300～500倍，为钢筋屈服应变的15～20倍。ECC达到极限拉伸应变时，裂缝宽度仅为50～80μm，甚至小于50μm，且具有应***化和多裂缝开展特性。

ECC独特的超韧性、高抗裂性能，彻底改变了传统混凝土脆性大、易开裂的状况，可以用于开发新的水泥制品（如水泥电杆）、结构抗震与加固、桥梁与道路工程、海洋采油平台和众多结构的加固与维护。

混杂FRP网格为将碳纤维、聚乙烯醇纤维、芳纶纤维、耐碱玻璃纤维或玄武岩纤维筋等高性能纤维筋按照间隔放置，然后用环氧胶粘结而形成的交叉网络，网格的节点之间不会错动，完全不同于土工布之类的网格材料。混杂FRP网格在继承传统单一FRP材料高强度、轻质、耐腐蚀等优点的基础上，弥补了单一FRP延性不足的缺点，混杂FRP与混凝土具有着良好的锚固和机械咬合作用，很好地解决了界面剥离及滑移问题，而且由于其内埋式的使用方式，在耐久性、防火性方面均得到了极大的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种混杂FRP网格增强ECC用于加固混凝土结构的技术和新材料。用该材料加固混凝土结构，可显著提高抗震性能、承载力和变形能力。

为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明一种混杂FRP网格增强ECC，超高韧性混凝土中包括混杂纤维筋网格，所述的混杂纤维筋指碳纤维筋、芳纶纤维筋、高强玻璃纤维筋、玄武岩纤维筋或聚乙烯醇纤维筋中的任意两种。混杂纤维筋网格为两种纤维筋依次间隔放置在一层平面上，然后在其上的另外一个方向上再放置一层依次间隔的两种纤维筋，两种纤维筋形成交叉的网格。

所述的混杂纤维筋网格中纤维筋的角度有多种，也即网格的形状，如正方形、菱形的等。

所述的超高韧性混凝土是指具有超高韧性、高抗裂和高耐久性的水泥基复合材料。

一种混杂FRP网格增强ECC用于加固混凝土结构的方法，具体制作步骤包括如下：

1）按照设计要求，确定混杂纤维筋网格中纤维筋的直径、间距和纤维筋的夹角，将两种纤维筋依次间隔放置在一层平面上，然后在其上另外一个方向上如垂直等再放置一层依次间隔的两种纤维筋，两种纤维筋形成交叉的网格，其中各交点是用环氧胶粘结在一起，两种纤维筋表面均有喷砂，运至工地；

2）将需要加固的混凝土结构（如混凝土墙、板、梁或柱）表面砂浆打磨掉，露出骨料，涂环氧胶底胶，然后在其上固定牢靠加工好的混杂纤维网格；

3）按照设计要求拌合超高韧性混凝土（ECC），流动性满足施工要求，强度满足设计要求。

4）将拌合好的超高韧性混凝土（ECC）喷射、现浇或抹在固定有混杂纤维筋网格的地方，超高韧性混凝土（ECC）厚度根据设计要求，FRP的超高韧性混凝土保护层12-20mm。

5）对ECC进行保湿养护。

同传统的钢筋混凝土相比，FRP网格由于低磁性，可以用于医院、实验室等对磁性要求很高的特殊建筑。FRP网格使用方便，施工简单迅捷，可用于各种构件，特别适用于板、墙和梁等。纤维筋网格增强超高韧性混凝土是一种新型复合材料,是一种可以按照实际应用需求进行加工和控制的定向新型复合材料。它是由多轴纤维编织网和精细抗裂高韧性水泥基复合材料结合而成的,采用碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维和玄武岩纤维筋等作为加强材料。

采用该技术的优点：

1、FRP网格具有高抗腐蚀、高耐久的特点，比用钢筋具有更高的耐久性。

2、加固外墙、柱和梁、楼板，可以克服钢筋加固形成热桥的不足。

3、FRP网格的间距可以根据需要设计，做得较小，有效控制既有混凝土裂缝开展，减小裂缝宽度。

4、FRP网格中FRP直径可以根据结构承载力的要求，变细或***。

5、FRP网格可用于加固受腐蚀的工厂厂房、海洋环境、桥梁等结构。

6、FRP由于低磁性，可以用于医院等对磁性有严格要求的特殊建筑。

7、混杂FRP网格的延性明显优于单一FRP网格。

8、混杂FRP网格角度可根据设计需要变化，以充分利用FRP的强度和变形能力。

9、ECC的抗裂性能优越，与FRP网格的握裹性能良好。

10、ECC与既有混凝土的界面粘结性能优越，可以确保加固部分与旧结构协同工作。

11、EEC具有良好的抗震性能、耗能能力强，是抗震加固的理想材料。

因此，一种混杂FRP网格增强ECC用于加固混凝土结构综合了混杂FRP网格和超高韧性混凝土ECC的优点，具有很好的抗震性能、良好的变形性能及耐腐蚀性能，将在地震地区桥梁、超高层建筑、大跨结构等工程，或在海洋环境、受化学腐蚀的结构工程中具有推广应用价值，可以用于混凝土结构的抗震加固维护，也可以用于对电磁性要求严格的建筑结构。

附图说明

图1为碳纤维、聚乙烯醇纤维二种混杂纤维FRP网格及加固混凝土结构。

图2为芳纶纤维、耐碱玻璃纤维二种混杂纤维FRP网格加固混凝土结构。

图3为碳纤维与玄武岩纤维二种混杂纤维FRP网格加固混凝土结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

现结合附图1对本发明作进一步说明：首先按照设计要求工厂制备混杂纤维网格；将待加固混凝土结构表面处理干净，涂环氧底胶（界面剂）；固定纤维FRP网格；在混杂FRP网格周围浇筑、喷射或抹超高韧性混凝土。

本实施例中的FRP网格中纤维筋的直径12mm，混杂FRP网格为碳纤维、聚乙烯醇纤维二种混杂纤维增强FRP。为了提高FRP与ECC的界面粘结强度，可以在FRP束表面做喷砂处理。

超高韧性混凝土抗压强度40-45MPa。

碳纤维抗拉强度4420MPa，弹性模量2.0×10⁵MPa，延伸率1.7%；聚乙烯醇纤维抗拉强度1420MPa，弹性模量1.6×10⁵MPa，延伸率4.9%。

纤维筋角度为±55°、±45°。

ECC保护层厚度为20mm。

用本实例1的材料，加固钢筋混凝土梁，当梁截面尺寸为300mm×450mm，长度为2300mm时，加固比未加固钢筋混凝土梁的承载力提高39.4%，延性指标提高48.9%，极限荷载时挠度减少28.2%.

实施例2：

除了混杂纤维不同于实施例1以外，其余相同。结合图2进行说明。

本实施例中的FRP网格中纤维筋的直径12mm，混杂FRP网格为芳纶纤维、耐碱玻璃纤维二种混杂纤维筋。

超高韧性混凝土抗压强度40-45MPa。

芳纶纤维抗拉强度2420MPa，弹性模量1.8×10⁵MPa，延伸率2.2%；耐碱纤维抗拉强度2210MPa，弹性模量1.7×10⁵MPa，延伸率3.8%。

纤维筋角度为±45°。

ECC保护层厚度为20mm。

也可换成图3所示的碳纤维与玄武岩纤维网格增强超高韧性混凝土加固混凝土结构的形式。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种混杂FRP网格增强ECC，其特征在于，超高韧性混凝土中包括混杂纤维筋网格，所述的混杂纤维筋指碳纤维筋、芳纶纤维筋、高强玻璃纤维筋、玄武岩纤维筋或聚乙烯醇纤维筋中的任意两种；混杂纤维筋网格为先两种纤维筋依次间隔放置在一层平面上，然后在其上再另一方向放置一层依次间隔的两种纤维筋，两种纤维筋形成交叉的网格。

2.按照权利要求1的一种混杂FRP网格增强ECC，其特征在于，所述的混杂纤维筋网格中纤维筋的角度有多种。

3.一种混杂FRP网格增强ECC用于加固混凝土结构的方法，具体制作步骤包括如下：

1）按照设计要求，确定混杂纤维筋网格中纤维筋的直径、间距和纤维筋的夹角，将两种纤维筋依次间隔放置在一层平面上，然后在其上另一方向再放置一层依次间隔的两种纤维筋，两种纤维筋形成交叉的网格，其中各交点是用环氧胶粘结在一起，两种纤维筋表面均有喷砂，运至工地；

2）将需要加固的混凝土结构表面砂浆打磨掉，露出骨料，涂环氧胶底胶，然后在其上固定牢靠已经加工好的混杂纤维网格；

3）按照设计要求拌合超高韧性混凝土（ECC），流动性满足施工要求，强度满足设计要求。

4）将拌合好的超高韧性混凝土（ECC）喷射、现浇或抹在固定有混杂纤维筋网格的地方，超高韧性混凝土（ECC）厚度根据设计要求，FRP的超高韧性混凝土保护层12-20mm。

5）对ECC进行保湿养护。

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