CN110344537A - 一种基于板式穿孔型frp连接件的预制夹芯保温墙体及其制作方法 - Google Patents

一种基于板式穿孔型frp连接件的预制夹芯保温墙体及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体及其制作方法，包括内层混凝土板、外层混凝土板、中间保温层及FRP连接件；所述内、外层混凝土板由纤维编织网和ECC混凝土复合而成，通过横向穿设的FRP连接件实现内层混凝土板、中间保温层、外层混凝土板之间的固接，且FRP连接件位于内、外层混凝土板内的两侧边缘位置按间距开设有孔洞。本发明充分利用板式穿孔型FRP连接件高抗腐蚀性、低导热系数等特点，消除热桥效应，提高墙体的安全性与耐久性，同时解决传统保温墙体的连接件与夹心层、混凝土界面粘结和锚固性能差等问题。

Description

一种基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体及其制 作方法
技术领域
本发明涉及一种基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体及其制作方法，属于建筑施工技术领域。
背景技术
我国是能源消耗大国，总能耗中大约30％消耗在建筑物上，建筑节能是缓解能源短缺的一项重要措施，其中在墙体节能中改善保温墙体形式是实现建筑节能最重要的手段。目前，建筑工程中常用的保温墙体有内保温、外保温和夹芯保温墙体。内保温在墙体内部，减少了房子的使用面积，且受室内装修影响较大。而外保温墙体存在着较严重的防火及耐久性问题。夹芯结构是一种可实现承重与围护同寿命的新型保温结构，具有轻质薄壁、隔声、隔热、抗震、保温及安装工艺简单等优点。在该结构中，保温层被置于两层混凝土板之间，从而显著改善了保温体系的耐久性和抗火性能，实现了保温体系与主体结构同寿命，降低了建筑的全生命周期成本。
夹芯结构由内、外混凝土板、中间保温层及连接件组成，具有质量轻、强度高、保温效果好等优点。其中连接件是连接内外叶混凝土板的关键部位，受力性能直接影响墙体的安全性。常用的夹芯保温连接件主要分为普通钢筋连接件、金属合金连接件以及纤维塑料(FRP)连接件三种：普通钢筋连接件造价低、安装方便，但不可避免地存在钢筋锈蚀问题，按照相应的设计规范，要求有相应厚度的混凝土保护层来避免钢筋的腐蚀，这样增加了夹芯板材的厚度，加大了结构的自重，对整体结构来说是非常不利的。而且保护层厚度会影响裂缝的宽度，保护层越厚，表面裂缝宽度越大。这样就需要尽可能的降低保护层厚度。另一方面，内外叶混凝土板厚度的减小或优化通常会受到最小混凝土保护层要求的限制，与降低保护层厚度的要求又相互矛盾，需要合适的方法来解决。另外钢筋导热系数高，墙体在连接件部位易产生热桥，难以满足墙体节能指标要求。金属合金连接件抗腐蚀性能好，耐久性高，导热系数较低，但连接件的价格较高。FRP作为一种新型高性能材料，具有导热系数低、耐久性好、造价低、强度高等优点，采用FRP制作的保温体连接件能有效避免连接部位的热桥效应，提高了墙体的保温效果和安全性。
然而，目前存在的如“棒式”FRP连接件，容易在混凝土受到外力作用时发生挤压破坏等；“板式”FRP连接件虽然在一定程度上改善了混凝土与夹芯层及连接件的粘结性能，但在其粘结面积、连接形式上还不够完善，导致锚固性能差等问题。
纤维编织网增强混凝土(Textile Reinforced Concrete，TRC)是多轴纤维编织网和精细混凝土的结合，具有良好的承载、限裂、抗渗及耐腐蚀能力。纤维编织网沿主应力方向分布，既可以提供承载力，又可以使结构产生多裂缝分布的破坏形式。但由于精细混凝土的延性较低，使得基体虽然产生多条裂缝，但缝宽较大，不能更好地发挥TRC的作用。工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites，ECC)，具有受拉应***化和多裂缝的特征。短切纤维主要用来限制裂缝宽度并使基体材料具备受力条件下产生多条细密裂缝的能力，但由于短切纤维在基体中呈乱向分布，承载方向不明确，导致ECC的增强效率较低。因此，可以将ECC作为TRC的基体，开发一种新的纤维编织网增强混凝土板材。一方面纤维编织网作为主要的受力加强筋，用来承受载荷，短切纤维用来限制裂缝间距，改善裂缝的开裂形式。
综上，夹芯保温墙体的推广应用是实现建筑节能的有效途径，且为了进一步改善其承载能力和整体性能，通过纤维编织网复合ECC作为夹芯墙体的内外叶板，并利用板式穿孔型FRP连接件连接内外混凝土板和中间保温夹层，是一种合理有效的方式。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体及其制作方法，充分利用板式穿孔型FRP连接件较高的抗腐蚀性、低的导热系数，有效避免普通连接件产生的热桥效应的优点，同时解决传统保温墙体的连接件与夹心层、混凝土界面粘结和锚固性能差等问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体，包括内层混凝土板、外层混凝土板、中间保温层及FRP连接件；
其中，所述内层混凝土板、外层混凝土板均由纤维编织网和ECC混凝土复合而成，通过横向穿设的FRP连接件实现内层混凝土板、中间保温层、外层混凝土板之间的固接，且FRP连接件位于内层混凝土板、外层混凝土板内的两侧边缘位置按间距开设有孔洞。
进一步的，所述纤维编织网采用碳纤维、芳纶纤维、耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维或聚乙烯纤维中的一种或两种按径向和纬向织成网。
进一步的，所述FRP连接件为纤维堆叠层压形成的短切毡，其厚度为2.5-5mm，密度为500g/m2，所采用的纤维为乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维、聚丙烯纤维其中的一种或多种。根据设计将短切毡切割成所需尺寸，并利用钻孔机在连接件的两侧钻设合适尺寸的孔洞，方便ECC中纤维穿过，增强连接件及内外叶混凝土的锚固效果，以及夹芯板材的整体性能。
进一步的，所述中间保温层采用岩棉板或泡沫保温板。
进一步的，所述ECC混凝土由短切纤维和精细混凝土拌制而成，且精细混凝土的配比材料包括：P.O 42.5硅酸盐水泥442kg/m3、Ⅰ级粉煤灰821kg/m3、140-280目石英砂455kg/m3、减水率为30％的Sika聚羧酸高性能减水剂9.7kg/m3、增稠剂0.63kg/m3、自来水354kg/m3。
进一步的，所述短切纤维采用乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维、聚丙烯纤维其中的一种或多种，取体积的0.2％。
一种基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体的制作方法，包括以下步骤：
1)裁剪纤维编织网；
2)支模，采用临时固定器将FRP连接件定位在模板内设计位置处；
3)制作ECC混凝土：将P.O42.5硅酸盐水泥、Ⅰ级粉煤灰、石英砂、增稠剂等干料按比例倒入搅拌机中，搅拌2-3min；而后将加有Sika聚羧酸高性能减水剂的自来水倒入搅拌机，搅拌6-8min；最后加入短切纤维，再搅拌2-3min；
4)在模板内浇筑3-6mm的ECC混凝土，抹平后将裁剪好的纤维编织网铺设在ECC混凝土上；
5)再浇筑2-3mm的ECC混凝土，并铺设中间保温层；
6)铺设好中间保温层后，在其表面再浇筑一层2-3mm的ECC混凝土，并铺设第二层纤维编织网；
7)最后浇筑一层3-6mm的ECC混凝土；
8)24小时后拆模，养护至设计强度。
进一步的，所述步骤1)中，裁剪纤维编织网后，为解决纤维编织网质地柔软，难以定位的问题，可对纤维编织网进行浸胶粘砂处理。
进一步的，所述步骤5)中，中间保温层在铺设前表面做粗糙处理，以便与混凝土充分接触，提高其界面粘结效果。
有益效果：本发明提供的一种基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体及其制作方法，与现有技术相比，主要具备以下优点：
1)本发明中的连接件采用FRP连接件，具有强度高、导热系数低等特点，可有效减小墙体的传热系数，消除热桥效应，提高墙体的安全性与耐久性。
2)本发明中采用的FRP连接件采用“板式”形状，增大了连接件与保温层、混凝土层之间的接触面积，并将嵌入内外层混凝土中的边缘位置按所需间距打孔，有利于内外层ECC中的纤维穿过连接件孔洞，和连接件更好地连接，提高界面粘结性能，改善锚固效果。
3)增强水泥基复合材料(ECC)和纤维编织网的结合，使结构具有自重轻、高承载能力、优异的韧性和良好的裂缝控制能力等优点，尤其在纤维编织网被环氧树脂浸渍并进行表面黏砂后，纤维束与ECC基体之间的粘结性能得到明显改善，这对提高三明治结构整体的变形和力学性能都有重大意义。
附图说明
图1为本发明实施例中FRP连接件的结构示意图；
图2为本发明实施例的剖面图；
图3为本发明实施例的结构示意图；
图中包括：1、FRP连接件，1-1、孔洞，2、ECC混凝土，3、纤维编织网，4、中间保温层，5、临时固定器。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1-3所示为一种基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体，包括内层混凝土板、外层混凝土板、中间保温层4及FRP连接件1；
其中，所述内层混凝土板、外层混凝土板均由纤维编织网3和ECC混凝土2复合而成，通过横向穿设的FRP连接件1实现内层混凝土板、中间保温层4、外层混凝土板之间的固接，且FRP连接件1位于内层混凝土板、外层混凝土板内的两侧边缘位置按间距开设有孔洞1-1。
本实施例中，所述纤维编织网3采用碳纤维、芳纶纤维、耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维或聚乙烯纤维中的一种或两种按径向和纬向织成网。
所述FRP连接件1为堆叠6层左右纤维组成的层压材料形成的短切毡，其厚度为2.5-5mm，密度为500g/m2，所采用的纤维为乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维、聚丙烯纤维其中的一种或多种。根据设计将短切毡切割成所需尺寸，并利用钻孔机在连接件的两侧钻设合适尺寸的孔洞，方便ECC中纤维穿过，增强连接件及内外叶混凝土的锚固效果，以及夹芯板材的整体性能。
所述中间保温层4采用岩棉板或泡沫保温板。
所述ECC混凝土2由短切纤维和精细混凝土拌制而成，且精细混凝土的配比材料包括：P.O 42.5硅酸盐水泥442kg/m3、Ⅰ级粉煤灰821kg/m3、140-280目石英砂455kg/m3、减水率为30％的Sika聚羧酸高性能减水剂9.7kg/m3、增稠剂0.63kg/m3、自来水354kg/m3。
所述短切纤维采用乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维、聚丙烯纤维其中的一种或多种，取体积的0.2％。
一种基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体的制作方法，包括以下步骤：
1)按照板材所需尺寸裁剪纤维编织网3，为解决纤维编织网质地柔软，难以定位的问题，可对纤维编织网3进行浸胶粘砂处理：将环氧树脂、固化剂和稀释剂按比例混合搅拌，待其完全混合后，人工用刷子将其均匀地涂刷在纤维网的表面，在浸渍液未固化前进行粘砂处理；
2)支模，采用临时固定器5将FRP连接件1定位在模板内设计位置处；
3)制作ECC混凝土2：将P.O42.5硅酸盐水泥、Ⅰ级粉煤灰、石英砂、增稠剂等干料按比例倒入搅拌机中，搅拌2-3min；而后将加有Sika聚羧酸高性能减水剂的自来水倒入搅拌机，搅拌6-8min；最后加入短切纤维，尽量使纤维均匀撒入，避免出现结团现象，待短切纤维全部加入后，再搅拌2-3min；
4)在模板内浇筑3-6mm的ECC混凝土2，因ECC流动性较好，只需用小型平板振荡器将其振实抹平即可，将裁剪好的纤维编织网3铺设在ECC混凝土2上；
5)再浇筑2-3mm的ECC混凝土2，并铺设中间保温层4，保温板表面做粗糙处理，以便与混凝土充分接触，提高其界面粘结效果；
6)铺设好中间保温层4后，在其表面再浇筑一层2-3mm的ECC混凝土2，并铺设第二层纤维编织网3；
7)最后浇筑一层3-6mm的ECC混凝土2；
8)24小时后拆模，养护至设计强度。
其中，所述临时固定器5主要起临时固定作用，根据试验准备材料的不同可选择木条或铝条，宽度约为2-3cm，且需在FRP连接件的两侧各放置一条，防止连接器发生倾斜。若选用木条作为临时固定器，则可用***将钉子打入其内部，连接两侧木条，从而固定了FRP连接件；若选用铝条作为临时固定器，则需在放置铝条之前在其合适位置打孔，固定FRP连接件时，在孔洞位置利用螺丝将两侧铝条连接起来，从而固定了连接器的位置。临时固定器在铺设保温层之前取走。
拆除时，利用钳子、螺丝刀将钉子或螺丝卸下，注意不要将其掉入浇入的混凝土中。且拆除时尽量不要碰到连接件，以防改变连接件的位置。
本发明充分利用板式穿孔型FRP连接件较高的抗腐蚀性、低的导热系数，能够有效避免普通连接件产生的热桥效应的优点，解决传统保温墙体的连接件与夹心层、混凝土界面粘结和锚固性能差等问题，同时将ECC作为TRC新的基体，形成一种新的作为夹芯结构的内外叶板材。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体，其特征在于，包括内层混凝土板、外层混凝土板、中间保温层(4)及FRP连接件(1)；
其中，所述内层混凝土板、外层混凝土板均由纤维编织网(3)和ECC混凝土(2)复合而成，通过横向穿设的FRP连接件(1)实现内层混凝土板、中间保温层(4)、外层混凝土板之间的固接，且FRP连接件(1)位于内层混凝土板、外层混凝土板内的两侧边缘位置按间距开设有孔洞(1-1)。
2.根据权利要求1所述的一种基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体，其特征在于，所述纤维编织网(3)采用碳纤维、芳纶纤维、耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维或聚乙烯纤维中的一种或两种按径向和纬向织成网。
3.根据权利要求1所述的一种基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体，其特征在于，所述FRP连接件(1)为纤维堆叠层压形成的短切毡，其厚度为2.5-5mm，密度为500g/m2，所采用的纤维为乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维、聚丙烯纤维其中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体，其特征在于，所述中间保温层(4)采用岩棉板或泡沫保温板。
5.根据权利要求1所述的一种基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体，其特征在于，所述ECC混凝土(2)由短切纤维和精细混凝土拌制而成，且精细混凝土的配比材料包括：P.O42.5硅酸盐水泥442kg/m3、Ⅰ级粉煤灰821kg/m3、140-280目石英砂455kg/m3、减水率为30％的Sika聚羧酸高性能减水剂9.7kg/m3、增稠剂0.63kg/m3、自来水354kg/m3。
6.根据权利要求5所述的一种基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体，其特征在于，所述短切纤维采用乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维、聚丙烯纤维其中的一种或多种，取体积的0.2％。
7.一种如权利要求1所述基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)裁剪纤维编织网(3)；
2)支模，采用临时固定器(5)将FRP连接件(1)定位在模板内设计位置处；
3)制作ECC混凝土(2)：将P.O42.5硅酸盐水泥、Ⅰ级粉煤灰、石英砂、增稠剂等干料按比例倒入搅拌机中，搅拌2-3min；而后将加有Sika聚羧酸高性能减水剂的自来水倒入搅拌机，搅拌6-8min；最后加入短切纤维，再搅拌2-3min；
4)在模板内浇筑3-6mm的ECC混凝土(2)，抹平后将裁剪好的纤维编织网(3)铺设在ECC混凝土(2)上；
5)再浇筑2-3mm的ECC混凝土(2)，并铺设中间保温层(4)；
6)铺设好中间保温层(4)后，在其表面再浇筑一层2-3mm的ECC混凝土(2)，并铺设第二层纤维编织网(3)；
7)最后浇筑一层3-6mm的ECC混凝土(2)；
8)24小时后拆模，养护至设计强度。
8.根据权利要求7所述的一种基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体的制作方法，其特征在于，所述步骤1)中，裁剪纤维编织网(3)后，对纤维编织网(3)进行浸胶粘砂处理。
9.根据权利要求7所述的一种基于板式穿孔型FRP连接件的预制夹芯保温墙体的制作方法，其特征在于，所述步骤5)中，中间保温层(4)在铺设前表面做粗糙处理。
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