CN106193455A - 一种超高性能混凝土圆柱永久模板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高性能混凝土圆柱永久模板，包括钢筋笼和超高性能混凝土层，所述钢筋笼包括筒状外层永久模板钢筋笼、相隔一定间隙地同心设置于所述外层永久模板钢筋笼内的筒状核心混凝土钢筋笼、垂直交叉地固定连接外层永久模板钢筋笼和核心混凝土钢筋笼的拉结钢筋，所述的外层永久模板箍筋及外层永久模板纵筋包裹于超高性能混凝土层中。本发明还提供该超高性能混凝土圆柱永久模板的制备方法。本发明采用二次成型，可以充分增强永久模板及其内部核心混凝土粘结力，从而增强永久模板圆柱整体性，同时将核心混凝土钢筋笼预留在永久模板内，作为主要受力筋，可以减少现场施工时绑扎钢筋的步骤，加快施工速度，适用于工业化生产，并且耐久性优异。

Description

一种超高性能混凝土圆柱永久模板及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种超高性能混凝土圆柱永久模板及其制备方法。

背景技术

在进行混凝土浇筑时，需要使用模板以得到设计形状的混凝土构件。传统上均采用木模、钢模、铝合金模等模板，浇筑混凝土前需安装模板，混凝土达到强度后需要拆除模板。模板工程是混凝土结构施工的重要组成部分，施工周期长，费用高。

二战以后，为提高施工速度，开发了永久模板，模板使用后不拆除，作为结构的一部分使用。永久模板由于其施工简便，节省工期，现已开始逐步应用于各类混凝土工程中。不仅具有满足浇筑混凝土的支撑成型功能，又能成为建筑结构中的保留部分，既可参与建筑物承重，又能改善结构的受力性能和使用性能。根据建筑物的需要，永久性模板还可以附带具有防水、保温、隔热、隔声、装饰、提高耐久性、减少周转次数等功能，做到一次成型，省却了砂浆抹面、找平、二次装修、防水保温处理、面层装修装饰等工序，因而可以大大节约工程施工动量和装饰、装修费用。由于永久性模板不需要拆模，可以节约大量由于拆模和倒运模板所耗费的时间和费用，极大地缩短了工期，降低工程造价，并减少工人的劳动强度。

目前国外的永久模板主要有以下几种形式：（1）ICT保温模板，是在美国混凝土协会推动下积极应用的一项新技术，并形成了以此项技术为核心的“新型混凝土结构住宅体系”。（2）SRC结构施工无支撑模板，这是一种专用于劲性钢筋混凝土结构（SRC）施工的永久模板，由于现在由工厂加工制作，生产效率高，产品精度得以保障，且无需支承。（3）预制高强砂浆薄壁模板，由日本西松公司开发，内侧设有抗剪连接件并加工形成凹凸面，经现场浇筑混凝土，确保成型整体构件。（4）混凝土预制柱模，由日本大林组公司开发的为适应高强混凝土要求而研究设计的混凝土预制柱模，其成型方式有两种：离心成型法和流入成型法。

20世纪90年代以来，我国建筑结构体系取得了巨大的发展，随着高层建筑和超高层建筑的大量兴建，以及大规模的基础建设、城市交通和高速公路的飞速发展，我国的建筑施工技术有了很大的进步，我国建筑业也不断地引进国外的模板、脚手架体系，并研制开发了各类永久性新型模板，主要的研究有：（1）采用FRP（纤维增强聚合物）作为混凝土工程永久性模板，玻璃钢抗拉强度和抗冲击性能高的特点有效弥补了混凝土抗拉强度低的特点，可以大幅度提高梁的抗折强度。（2）钢丝网混凝土薄板模板，是一种广义的钢纤维混凝土构件，强度高、弹塑性性能高，耐久性高。（3）肋筋模板钢——混凝土组合板，克服了广泛采用的压型钢板作为底模与钢——混凝土组合梁相结合的结构形式的不足，极大程度地改善了构件的延性。

近年来，随着超高性能混凝土的发展，国内外也开展了超高性能混凝土永久模板的研究，其中较多研究的活性粉末混凝土。

2005年，北京交通大学钟永梅基于活性粉末混凝土超高的抗压强度，提出活性粉末混凝土永久模板，其构件的抗压力学性能优越，施工技术有了很大的改进，单构件的抗拉抗折方面的力学性能有所欠缺，需要进一步改进。

在超高性能混凝土中掺入钢纤维，可以有效克服高强混凝土抗压强度高而抗拉、抗折性能差的缺陷。哈尔滨工业大学和长沙理工大学均开展过钢纤维高性能混凝土的材料力学实验，具有较高的研究意义和工程应用前景。

目前超高性能混凝土永久模板成型主要有两种方式，离心法和浇筑法。

然而离心成型超高性能混凝土永久模板时，由于超高性能混凝土中没有粗骨料的阻挡，密度较大的钢纤维在离心作用下会集中分布在永久模板的外层，甚至造成钢纤维大量暴露在外表面，并且锈蚀从而使超高性能混凝土的阻裂性、韧性和耐久性等性能降低。同时，不均匀分布的钢纤维会导致超高性能混凝土构件的力学性能不均匀，外层永久模板混凝土整体性遭到破坏，增加构件承载力的不确定因素，影响相关的构件强度设计，同时也降低了构件抗剪和正截面抗弯的能力。上述这些问题，会使离心的超高性能混凝土构件使用时的安全性、耐久性乃至承载能力不能达到预期的目的，对结构工程的安全造成威胁。

浇筑法成型时，由于超高性能混凝土密实度很高，超高性能混凝土永久模板脱模后内表面非常光滑，使用时永久模板与后浇填芯混凝土的粘结不良，常常会导致两种材料不能协同工作，开裂荷载过低，无法充分发挥材料的性能，过早出现裂缝，造成耐久性下降，尤其是在反复荷载下，两者各自工作更为严重，力学性能大大降低。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种超高性能混凝土圆柱永久模板以改善混凝土永久模板与后浇核心混凝土之间的粘结力，从而提高结构的整体性能，提高其强度以及长期使用性，同时其预留核心混凝土配筋，可以省去现场绑扎钢筋工作，直接浇筑核心混凝土，大大减少了施工的工作量，减少工期。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种超高性能混凝土圆柱永久模板，包括钢筋笼和包裹所述钢筋笼一部分的超高性能混凝土层，所述钢筋笼包括筒状外层永久模板钢筋笼、相隔一定间隙地同心设置于所述外层永久模板钢筋笼内的筒状核心混凝土钢筋笼、垂直交叉地固定连接外层永久模板钢筋笼和核心混凝土钢筋笼的拉结钢筋，所述的外层永久模板钢筋笼包括若干平行设置的环形外层永久模板箍筋、沿纵向均匀固定连接在各外层永久模板箍筋之间的外层永久模板纵筋，所述的核心混凝土钢筋笼包括若干平行设置的核心混凝土箍筋、沿纵向均匀固定连接在各核心混凝土箍筋之间的核心混凝土纵筋，所述的外层永久模板箍筋及外层永久模板纵筋包裹于超高性能混凝土层中。

进一步地，所述超高性能混凝土层由二次离心成型，第一次离心成型时加入的超高性能混凝土中不含钢纤维,第二次离心成型时加入的超高性能混凝土中含有钢纤维,成型后永久模板的内表面粗糙。

进一步地，所述超高性能混凝土层具有超高强度和超高耐久性,抗压强度超过130MPa，电量值不超过40C。

进一步地，所述超高性能混凝土层厚度为不超过圆柱直径的1/20，且不低于30mm。

进一步地，所述外层永久模板箍筋、外层永久模板纵筋、拉结钢筋、核心混凝土箍筋和核心混凝土纵筋均通过焊接固定连接。

进一步地，所述外层永久模板箍筋距超高性能混凝土层外表面的距离不小于10mm，且不超过壁厚的40%；且采用直径为6~12mm的钢筋制成。

进一步地，所述外层永久模板纵筋采用直径为8~20mm的钢筋制成，且配筋率为0.8%-1.5%。

进一步地，所述拉结钢筋采用直径为6~20mm的变形钢筋，且沿永久模板长度方向每1米最少布置相互垂直交叉的两根拉结钢筋。

进一步地，所述核心混凝土纵筋2的配筋率为0.8%-1.2%。

本发明提供了一种所述的超高性能混凝土圆柱永久模板的制备方法，包括步骤：

1、按照圆柱的尺寸，配筋率和保护层要求，设计外层永久模板钢筋笼和核心混凝土钢筋笼；

2、制作外层永久模板钢筋笼以及核心混凝土钢筋笼，并通过拉结钢筋将它们焊接连接，形成钢筋笼；

3、将所述钢筋笼放置在外模中；

4、制备不含钢纤维的超高性能混凝土，将适量拌合好的超高性能混凝土浇筑入模，合上外模，对外层永久模板纵筋和核心混凝土纵筋加拉应力后，进行第一次离心成型；

5、制备含钢纤维的超高性能混凝土，将适量拌合好的超高性能混凝土泵入第一次离心成型后的永久模板中，进行第二次离心成型；

6、按照超高性能混凝土养护需要进行养护；

7、拆模后，得到超高性能混凝土圆柱永久模板。

本发明相对于现有技术具有如下优点：

1、永久模板采用二次离心成型，解决了一次离心成型时钢纤维外露的问题。

2、在永久模板中增加了拉结钢筋，可以有效提高永久模板和后浇混凝土的整体性，提高结构在反复荷载以及长期荷载下的受力性能。

3、在永久模板中预设了核心混凝土的配筋,减少了现场施工中钢筋工程的工作，实施方法简单，减少施工工期。

4、采用超高性能混凝土作为结构物保护层，能够有效提高恶劣环境条件下建筑物的耐久性。

附图说明

图1是圆柱永久模板横截面示意图。

图中所示为：1-超高性能混凝土层；2-外层永久模板箍筋；3-外层永久模板纵筋；4-拉结钢筋；5-核心混凝土箍筋；6-核心混凝土纵筋。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的目的作进一步的描述。

实施例

如图1所示，一种超高性能混凝土圆柱永久模板，所述圆柱直径600mm，长1500mm，包括钢筋笼和包裹所述钢筋笼一部分的超高性能混凝土层1，所述钢筋笼包括筒状外层永久模板钢筋笼、相隔一定间隙（50mm）地同心设置于所述外层永久模板钢筋笼内的筒状核心混凝土钢筋笼、垂直交叉地固定连接外层永久模板钢筋笼和核心混凝土钢筋笼的拉结钢筋4，所述的外层永久模板钢筋笼包括若干平行设置的环形外层永久模板箍筋2、沿纵向均匀固定连接在各外层永久模板箍筋2之间的外层永久模板纵筋3，所述的核心混凝土钢筋笼包括7个平行设置的核心混凝土箍筋5、沿纵向均匀固定连接在各核心混凝土箍筋5之间的核心混凝土纵筋6，所述的外层永久模板箍筋2及层外层永久模板纵筋3包裹于超高性能混凝土层1中。

上述超高性能混凝土圆柱永久模板的制备包括步骤：

1、按照圆柱的尺寸，配筋率和保护层厚度要求，设计永久模板钢筋笼和核心混凝土钢筋笼；

2、制作外层永久模板钢筋笼以及核心混凝土钢筋笼，并通过拉结钢筋4将它们焊接连接，形成钢筋笼；

3、将所述钢筋笼放置在外模中；

4、制备不含钢纤维的超高性能混凝土，将适量拌合好的超高性能混凝土浇筑入模，合上外模，对外层永久模板纵筋3和核心混凝土纵筋6施加拉应力后，进行第一次离心成型；

5、制备含钢纤维的超高性能混凝土，将适量拌合好的超高性能混凝土泵入第一次离心成型后的永久模板中，进行第二次离心成型；

6、带模具在40℃蒸汽养护至24小时；

7、拆模后，永久模板在85℃蒸汽养护至72小时

8、待其冷却后，向永久模板内部浇灌C50的微膨胀核心混凝土，养护28天。

本实施例中，所述超高性能混凝土层1厚50mm，采用超高性能混凝土，不掺钢纤维时实测抗压强度150.3MPa，掺钢纤维时实测抗压强度165.1MPa。所述钢纤维为混凝土体积掺量的2%，所含钢纤维直径为0.18mm，长6mm。

所述外层永久模板箍筋2采用直径10mm的HPB300的钢筋，距超高性能混凝土层1外表面15mm。

所述外层永久模板纵筋3采用直径为16mm的HRB500的变形钢筋，距内表面约9mm。

所述拉结钢筋4采用直径为8mm的HRB335变形钢筋。

所述核心混凝土实测强度58.4MPa。

本实施例，测试方法参照GB 50010-2010混凝土结构设计规范。设置拉结钢筋的永久模板圆柱，实测开裂荷载为77.9MPa，相较不配拉结筋的永久模板圆柱提高18.5%；极限荷载为91.4MPa，提高6.5%。且从开裂到破坏的荷载增量增大，延性变强。

综上，本超高性能混凝土圆柱永久模板可以增强圆柱的整体性能，提高其力学性能，同时内部配制了核心混凝土钢筋，现场无需绑扎钢筋笼，简化施工步骤，缩短工期。

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。

Claims (10)

1.一种超高性能混凝土圆柱永久模板，其特征在于：包括钢筋笼和包裹所述钢筋笼一部分的超高性能混凝土层（1），所述钢筋笼包括筒状外层永久模板钢筋笼、相隔一定间隙地同心设置于所述外层永久模板钢筋笼内的筒状核心混凝土钢筋笼、垂直交叉地固定连接外层永久模板钢筋笼和核心混凝土钢筋笼的拉结钢筋（4），所述的外层永久模板钢筋笼包括若干平行设置的环形外层永久模板箍筋（2）、沿纵向均匀固定连接在各外层永久模板箍筋（2）之间的外层永久模板纵筋（3），所述的核心混凝土钢筋笼包括若干平行设置的核心混凝土箍筋（5）、沿纵向均匀固定连接在各核心混凝土箍筋（5）之间的核心混凝土纵筋（6），所述的外层永久模板箍筋（2）及层外层永久模板纵筋（3）包裹于超高性能混凝土层（1）中。

2.根据权利要求1所述超高性能混凝土圆柱永久模板，其特征在于：所述超高性能混凝土层（1）由二次离心成型，第一次离心成型时加入的超高性能混凝土中不含钢纤维,第二次离心成型时加入的超高性能混凝土中含有钢纤维,成型后永久模板的内表面粗糙。

3.根据权利要求1所述超高性能混凝土圆柱永久模板，其特征在于：所述超高性能混凝土层（1）具有超高强度和超高耐久性,抗压强度超过130MPa，电量值不超过40C。

4.根据权利要求1所述超高性能混凝土圆柱永久模板，其特征在于：所述超高性能混凝土层（1）厚度为不超过圆柱直径的1/20，且不低于30mm。

5.根据权利要求1所述超高性能混凝土圆柱永久模板，其特征在于：所述外层永久模板箍筋（2）、外层永久模板纵筋（3）、拉结钢筋（4）、核心混凝土箍筋（5）和核心混凝土纵筋（6）均通过焊接固定连接。

6.根据权利要求1所述超高性能混凝土圆柱永久模板，其特征在于：所述外层永久模板箍筋（2）距超高性能混凝土层（1）外表面的距离不小于10mm，且不超过壁厚的40%；且采用直径为6~12mm的钢筋制成。

7.根据权利要求1所述超高性能混凝土圆柱永久模板,其特征在于：所述外层永久模板纵筋（3）采用直径为8~20mm的钢筋制成，且配筋率为0.8%-1.5%。

8.根据权利要求1所述超高性能混凝土圆柱永久模板，其特征在于：所述拉结钢筋（4）采用直径为6~20mm的变形钢筋，且沿永久模板长度方向每1米最少布置相互垂直交叉的两根拉结钢筋。

9.根据权利要求1所述超高性能混凝土圆柱永久模板，其特征在于：所述核心混凝土纵筋（6）的配筋率为0.8%-1.2%。

10.一种如权利要求1~9任一项所述的超高性能混凝土圆柱永久模板的制备方法，包括步骤：

1）按照圆柱的尺寸，配筋率和保护层要求，设计外层永久模板钢筋笼和核心混凝土钢筋笼；

2）制作外层永久模板钢筋笼以及核心混凝土钢筋笼，并通过拉结钢筋（4）将它们焊接连接，形成钢筋笼；

3）将所述钢筋笼放置在外模中；

4）制备不含钢纤维的超高性能混凝土，将适量拌合好的超高性能混凝土浇筑入模，合上外模，对外层永久模板纵筋（3）和核心混凝土纵筋（6）施加拉应力后，进行第一次离心成型；

5）制备含钢纤维的超高性能混凝土，将适量拌合好的超高性能混凝土泵入第一次离心成型后的永久模板中，进行第二次离心成型；

6）按照超高性能混凝土养护需要进行养护；

7）拆模后，得到超高性能混凝土圆柱永久模板。