專利名稱：高強鋼筋增強ecc-空心鋼管uhpc組合柱構件及制作方法
技術領域：
本發明是高強鋼筋增強ECC-空心鋼管UHPC組合柱構件及制作方法，尤其適用于高層、重載、大跨度墩柱構件領域。
背景技術：
超高韌性纖維增強水泥基復合材料(Engineered Cementitious Composites,簡稱ECC)是通過去除粗骨料，優化基體、纖維以及纖維與基體界面的基本性能以及三者之間的相互作用，使之具有高抗裂性、高韌性、高能量吸收能力的一種新型水泥基復合材料。ECC 材料的極限壓應變可達O. 5% _0.7%，是普通混凝土的3倍左右；極限拉應變可達3%以上，是普通混凝土的300倍以上；尤其突出的是其裂縫分散能力，極限拉應變時裂縫間距 I 2mm,平均裂縫寬度可控制在100 μ m以內，遠遠小于目前國內外規范中規定的混凝土最大裂縫限值。由于ECC材料優越的抗拉性能、卓越的微細裂縫分散能力和良好的高能量吸收能力，因此該材料對提高結構的耐久性具有顯著地作用，特別適用于對結構有止裂、阻裂要求及所處環境惡劣的結構工程領域。超高性能混凝土(UltraHigh Performance Concrete,簡稱UHPC),又稱活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,簡寫為RPC)。由于其制備、施工工藝的不同,其力學性能和變形能力均明顯優于普通混凝土和高強混凝土，包括基于最大密實度理論，去除粗骨料，提高組分的細度與活性，以便最大限度減小材料內部缺陷；摻入鋼纖維，增加韌性；使用高效減水劑，降低水膠比和孔隙率；高溫養護，促進膠凝材料的水化速度和水化程度等。 超高性能混凝土是具有超高強度，其抗壓強度在150 300Mpa之間，同時具有高韌性、高耐久性、高阻裂性、收縮徐變小和體積穩定性良好等優良特性。高強鋼筋在我國的代表是400MPa、500MPa級熱軋帶肋鋼筋，具有強度高、延伸性好、可焊性和可塑性好、強度價格比高、安全儲備大、抗震性好等優點，同ECC材料配合使用可充分發揮其性能，尤其適用于重載、大跨結構的梁柱構件。采用高強鋼筋會帶來良好的經濟、社會效益，促進建筑業的科技進步，并可節約大量的能源、電力、運輸和加工等費用，減少煙氣、粉塵和污染物的排放，促進鋼筋產品升級換代、減少資源消耗、推進技術進步，符合環保和可持續發展的理念，但由于推廣力度不足、研究成果不成熟等原因在國內應用較少。鋼筋混凝土柱在面對重載、大跨結構時，具有如下缺陷由于混凝土和鋼筋的強度均較低，在高層、大跨結構中，荷載較大，只有依靠增大柱截面尺寸和配筋的方法提高其承載力，不僅造成材料的極大損耗，增加建筑成本和施工難度，而且嚴重壓縮了可利用空間； 混凝土材料抗拉強度低，在較低的荷載下受拉區已經開裂，且裂縫以較寬的主裂縫形式出現，裂縫過大不僅引起柱剛度降低，且內部鋼筋容易銹蝕，承載力及耐久性降低，日后維護困難且維修成本大。若采用高強鋼筋，則由于混凝土的極限壓應變較小，當混凝土壓碎時高強鋼筋尚未屈服，無法充分發揮高強鋼筋的作用，且造成構件延性嚴重不足，會出現無征兆的脆性破壞。鋼管混凝土柱，無論內部采用何種混凝土，包括UHPC材料，均可部分避免上述缺
3陷，但柱子所處的下部結構通常環境潮濕，不良介質較多，而鋼管容易遭受腐蝕，一旦出現問題維修更換困難，且日常維護頻繁，維護費用大。

發明內容
本發明的目的在于克服了鋼筋混凝土及鋼管混凝土柱構件的上述缺陷，提供了一種高強鋼筋增強ECC-空心鋼管UHPC組合柱構件。UHPC材料抗壓強度可達150 300Mpa， 加之鋼管對其形成的環向約束，其抗壓強度更可成倍增長，因此鋼管UHPC具有極高的承載力。兩種材料的延性均較好，空心構造則在增加構件抗彎能力、穩定性的同時節約了材料， 并有利于UHPC材料的高溫養護；至于鋼管的抗腐蝕問題，則由包裹于其外的ECC材料加以保護；ECC材料內置高強鋼筋，不僅進一步大幅增加了構件的承載力，充分發揮了幾種高性能材料的優越性，而且ECC材料卓越的微細裂縫分散能力保證了構件產生的裂縫為無害裂縫，外部不良介質較難侵入構件內部，鋼管和高強鋼筋不會發生銹蝕，構件的耐久性擁有可靠的保證，因此后期維護費用大幅降低，生命周期得以大幅提高。另外該構件具有良好的延性、抗疲勞性和抗震性能等優點。為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案本發明包括ECC材料I、澆筑在ECC材料內的鋼筋骨架、鋼管4、澆注于鋼管內壁的 UHPC材料5以及空腔6 ;所述的鋼筋骨架由縱向鋼筋2和箍筋3組成，箍筋3置于縱向鋼筋 2的外側，形成限制縱向鋼筋2位移的封閉環形；構件中間留有空腔6 ;所述的縱向鋼筋2及箍筋3均采用高強鋼筋。所述的高強鋼筋是指屈服強度500MPa及以上的鋼筋； 所述的ECC材料I為超高韌性纖維增強水泥基復合材料；所述的UHPC材料5為抗壓強度150Mpa及以上摻入或不摻入鋼纖維的超高性能混
凝土 ;所述的鋼管4的截面形狀為圓形，其沿長度方向是等截面或變截面直管；所述的空腔6采用采用圓形截面，與鋼管4同軸布置，且其截面沿柱長度變化趨勢同鋼管4相一致；所述構件的外截面形狀包括圓形、矩形及多邊形。本發明的制作步驟如下I)對鋼管進行選型制作；2)采用離心成型工藝將UHPC材料澆注在鋼管內表面；3)成型后倒出鋼管中多余的料漿，在90°C、相對濕度90%的環境中蒸汽養護48小時；4)將養護好的鋼管UHPC在工程結構中安裝到位；5)在安裝好的鋼管UHPC外圍綁扎鋼筋骨架，并按施工圖組裝外模板到位；6)澆注ECC材料，并養護至規定時間，然后拆除外模板。高強鋼筋增強ECC-空心鋼管UHPC組合柱構件不僅整合了 ECC材料、高強鋼筋和空心鋼管UHPC的優點，使得各自的優點得以充分發揮，并有效解決了常規構件耐久性較差的問題，主要有以下優點鋼管和UHPC組合使得UHPC材料的高抗壓強度在柱構件中得以充分發揮，鋼管的環向約束更是使得構件的承載力得以成倍增長；空心構造提高了構件的抗彎剛度，增加了構件受壓穩定性；有利于離心成型工藝的使用，避免了直接澆注時可能產生的蜂窩缺陷，有利于UHPC材料的高溫養護，使得構件的預制質量有著良好的保障；ECC材料和高強鋼筋進一步增強了構件的承載力，提高了構件的延性，使構件的耐久性得到了良好的保證；施工時可先利用安裝好的預制空心鋼管UHPC做承力構件進行上部結構的施工， 鋼管外圍的ECC材料和鋼筋骨架可以后期澆注，也可與上部結構平行施工，有利于加快施工速度，縮短建設周期；另外該構件具有良好的延性、抗震性和抗疲勞性；


圖I為圓形高強鋼筋增強ECC-空心鋼管UHPC組合柱構件橫截面示意圖；圖2為矩形高強鋼筋增強ECC-空心鋼管UHPC組合柱構件橫截面示意圖；圖3為六邊形高強鋼筋增強ECC-空心鋼管UHPC組合柱構件橫截面示意圖；；圖中1、ECC材料，2、縱向鋼筋，3、箍筋，4、鋼管，5、UHPC材料，6、空腔。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步說明。如圖所示，構件的制作過程如下首先對鋼管I進行選型并制作，然后采用離心成型工藝將UHPC材料5澆注在鋼管 I內表面，成型后倒出鋼管I中多余的料漿，在90°c、相對濕度90%的環境中蒸汽養護48小時后儲存備用；工程施工時將預制好的空心鋼管UHPC按施工圖紙安裝就位，然后在其外圍按圖紙要求綁扎鋼筋，并組裝外模板，澆注ECC材料1，養護至規定時間后拆除外模板。需要說明的是，預制的空心鋼管UHPC安裝就位后可以作為承力構件進行上部結構的施工，鋼筋骨架和ECC材料可在后期或與上部結構平行施工。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種高強鋼筋增強ECC-空心鋼管UHPC組合柱構件及制作方法，其特征在于包括 ECC材料(I)、澆筑在ECC材料內的鋼筋骨架、鋼管(4)、澆注于鋼管內壁的UHPC材料(5)以及空腔(6);所述的鋼筋骨架由縱向鋼筋(2)和箍筋(3)組成，箍筋⑶置于縱向鋼筋⑵ 的外側，形成限制縱向鋼筋⑵位移的封閉環形；構件中間留有空腔(6);所述的縱向鋼筋 (2)及箍筋(3)均采用高強鋼筋；所述的高強鋼筋是指屈服強度500MPa及以上的鋼筋；所述的UHPC材料(5)為抗壓強度150Mpa及以上摻入或不摻入鋼纖維的超高性能混凝土。
2.根據權利要求I所述的一種高強鋼筋增強ECC-空心鋼管UHPC組合柱構件及制作方法，其特征在于所述的鋼管(4)的截面形狀為圓形，其沿長度方向是等截面或變截面直管。
3.根據權利要求I所述的一種高強鋼筋增強ECC-空心鋼管UHPC組合柱構件及制作方法，其特征在于所述的空腔(6)采用采用圓形截面，與鋼管(4)同軸布置，且其截面沿柱長度變化趨勢同鋼管(4)相一致。
4.根據權利要求I所述的一種高強鋼筋增強ECC-空心鋼管UHPC組合柱構件及制作方法，其特征在于所述構件的外截面形狀包括圓形、矩形及多邊形。
5.根據權利要求I所述的一種高強鋼筋增強ECC-空心鋼管UHPC組合柱構件及制作方法，其特征在于空心鋼管UHPC部分采用離心工藝預制成型，外包ECC和鋼筋骨架部分現場施工成型。
全文摘要
本發明是高強鋼筋增強ECC-空心鋼管UHPC組合柱構件及其制作方法，尤其適用于高層、重載、大跨度結構的墩柱構件領域。該構件包括ECC材料、澆筑在ECC材料內的鋼筋骨架、鋼管、澆注于鋼管內壁的超高性能混凝土及空腔；本發明不僅整合了ECC材料、高強鋼筋和空心鋼管超高性能混凝土的優點，使得各自的優點得以充分發揮，而且較好解決了鋼管和鋼筋的銹蝕問題，有效提高了構件的耐久性，延長了構件的生命周期，降低了后期養護、維修及加固成本；并且該構件具有較強的承載力、延性、抗震性及抗疲勞性。本發明采用部分預制生產、部分現場澆注的施工方法，不僅有利于構件質量的保證，而且預制部分可直接作為承力構件支撐上部結構的施工，有利于加快施工速度，縮短建設周期。
文檔編號E04C3/34GK102587578SQ20121007476
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月21日 優先權日2012年3月21日
發明者徐海賓, 王利 申請人:河南理工大學