一種用于gfrp筋混凝土裂縫控制的基體及其制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體，其組成及重量配比為：水泥15%~30%、水5%~15%、粉煤灰5%~15%、砂子20%~40%、石子15%~30%、減水劑0.1%~1%和改性聚丙烯單絲纖維0.23%~0.6%。還公開了一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體的制作方法，采用纖維先摻法，包括以下步驟：按重量配合比稱量出所需的水泥、粉煤灰、砂子、粗骨料、減水劑和纖維；將砂子和粗骨料加入攪拌機，啟動攪拌機，攪拌1-2分鐘；再加入水泥和粉煤灰，攪拌1-2分鐘后，邊攪拌，邊手動加入纖維，使纖維均勻分布；加完纖維后，再攪拌6分鐘，使纖維分散均勻；將減水劑加入水中，適當攪拌，向攪拌桶里緩慢加水，加完水以后，再攪拌3-5分鐘。本發明制成的基體有良好的和易性、粘聚性、保水性、可施工性好。
【專利說明】一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體及其制作方法

【技術領域】
[0001]本發明屬于筋混凝土裂縫控制的【技術領域】，具體而言涉及一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體及其制作方法。

【背景技術】
[0002]FRP筋作為一種已經研究較為成熟的筋材，但國內在一些民用建筑、公共建筑中一直沒有得到廣泛的推廣使用。然而FRP筋有著質量輕、抗拉強度高、抗腐蝕、耐疲勞及無需定期維護、好的耐久性和可靠性、抗電磁干擾等優勢。但由于GFRP材料彈性模量僅40GPa左右，所以GFRP筋混凝土結構受力開裂裂縫過寬，難以滿足現行規范要求，嚴重阻礙了該項技術在混凝土配筋應用方面的推廣。然而，在混凝土添加纖維對延緩混凝土結構開裂及提高混凝土韌性有較好的作用。在國際上，通常制備ECC材料來改善基體材料的韌性，ECC通常是以水泥、粉煤灰、石英砂作為基體，用外添加劑和纖維做增強材料，在纖維體積摻量小于2%的情況下，其極限拉應變通常在3%~7%的范圍內，但在推廣上存在問題是性價比過低，只能在一些特殊建筑物中使用。按本發明制備的纖維混凝土比ECC材料每立方便宜300至500元，又能有效的控制GFRP筋混凝土裂縫開展，因此，研究GFRP纖維混凝土結構，對于推廣GFRP材料的應用和對橋梁工程、港口碼頭未來建設有巨大的意義。國內對于GFRP筋混凝土結構研究，2000年高丹盈等人通過對62根GFRP筋混凝土梁和鋼筋混凝土梁對比，得出配筋率對GFRP抗裂承載力的影響有限，但在配筋范圍內抗彎承載力隨著配筋率的增加而增加，并建立了抗裂彎矩和抗彎承載力的計算方法。2007年翁春光通過5根GFRP梁和I根鋼筋混凝土梁的對比，得出了 GFRP混凝土梁的設計一般受容許裂縫寬度及撓度的控制，提出了 GFRP筋混凝土梁開裂彎矩公式。在公式推導中，把梁看出均質體，而GFRP筋彈性模量約為混凝土兩倍，假設不盡合理。2011年周繼凱、王海玲在《GFRP筋混凝土受彎構件設計方法試驗研究》文章中建立了 GFRP筋混凝土構件的力學特性，1)GFRP筋混凝土受彎構件正截面受彎破壞前有明顯預兆，如撓度大、裂縫寬等，適筋配筋破壞過程中表現出了較好的延性。2)建立了 GFRP筋混凝土受彎構件正截面承載力的計算公式、裂縫寬度計算公式、撓度計算公式及實用設計方法，建議正常使用極限狀態以撓度值作為控制標準，為今后建立設計規程提供參考。3)指出采用面積等代方法設計GFRP筋混凝土受彎構件正截面承載能力是安全、高效的，給出了不滿足正常使用極限狀態時驗算放寬標準。4)配箍率、剪跨比、縱筋配筋率是影響GFRP筋混凝土受彎構件斜截面抗剪承載力的主要因素，配箍率對承載力影響最大，剪跨比影響其破壞形式，抗剪承載力隨著剪跨比的增大減小。5)建立了GFRP筋混凝土受彎構件斜截面承載力、裂縫寬度、開裂荷載的計算公式。6)進行了 GFRP筋混凝土結構施工工藝探討，指出了現場彎折加工注意因素，總結了 GFRP筋直筋、彎曲筋的錨固長度和GFRP筋現場搭接長度設計參數。現有技術中對于研究GERP筋混凝土的裂縫控制措施研究不是很多。
【發明內容】

[0003]本發明針對現有技術的不足，提供一種能對GERP筋混凝土的裂縫做到很好控制的基體及其制備方法。
[0004]為實現上述目的，本發明采用了如下技術方案:提供一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體，其組成及重量配比為:水泥15%~30%、水5%~15%、粉煤灰5%~15%、砂子20%~40%、粗骨料15%~30%、減水劑0.1%~1%和改性聚丙烯單絲纖維0.23%~0.6%。
[0005]進一步地,還包括粗骨料,所述粗骨料為連續連續級配,粒徑范圍為且每立方混凝土粗骨料摻量不超過560kg。
[0006]進一步地，所述減水劑為聚羧酸高效減水劑。
[0007]進一步地，所述水泥和粉煤灰為膠凝材料，所述水與膠凝材料的質量比值在
0.2~0.4。
[0008]進一步地，所述基體的組成及重量配比為:水泥20.57%、水11.75%、粉煤灰8.81%、砂子34.72%、粗骨料23.11%、減水劑0.48%、改性聚丙烯單絲纖維0.56%。
[0009]本發明提供的一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體的制作方法，采用纖維先摻法，包括以下步驟:
步驟一、按重量配合比稱量出所需的水泥、粉煤灰、砂子、粗骨料、減水劑和纖維；步驟二、將砂子和粗骨料加入攪拌機，啟動攪拌機，攪拌1-2分鐘；再加入水泥和粉煤灰，攪拌1-2分鐘后，邊攪拌，邊手動加入纖維，使纖維均勻分布；加完纖維后，再攪拌6分鐘，使纖維分散均勻；
步驟三、將減水劑加入水中，適當攪拌，向攪拌桶里緩慢加水，加完水以后，再攪拌3-5分鐘。
[0010]本發明的有益效果:
1、為GFRP筋混凝土梁的裂縫控制提供了一種解決方案，同時為GFRP筋在橋梁工程、港口碼頭工程中的推廣起到了一定作用。
[0011]2、原料易得、成本較低。
[0012]聚丙烯纖維市場已經較為成熟，在國內就能買到，價格相對較低。本發明采用的基體組成有石子，在提高混凝土韌性，控制裂縫的前提下，相對ECC來說，成本大為降低。
[0013]3、對加工環境及操作要求較低。
[0014]在進行GFRP筋混凝土材料基體制備中，與普通的混凝土制備環境相同，便于施工。
[0015]4、按本發明制成的基體有良好的和易性、粘聚性、保水性、可施工性好。
[0016]5、本發明制成的基體對GFRP筋混凝土材料有著良好的抗裂、限裂作用，且有較好的韌性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是GFRP筋普通混凝土梁的正截面抗彎實驗裂縫與荷載的關系曲線圖；
圖2是GFRP筋纖維混凝土梁的正截面抗彎實驗裂縫與荷載關系圖；
圖3是本發明的纖維先摻法流程圖；
圖4是本發明的GFRP筋纖維混凝土裂縫發展圖形。

【具體實施方式】
[0018]為使本發明實施例的目的和技術方案更加清楚，下面將結合本發明實施例的附圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于所描述的本發明的實施例，本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0019]本【技術領域】技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0020]本發明中所述的“和/或”的含義指的是各自單獨存在或兩者同時存在的情況均包括在內。
[0021]本發明中所述的“內、外”的含義指的是相對于設備本身而言，指向設備內部的方向為內，反之為外，而非對本發明的裝置機構的特定限定。
[0022]本發明中所述的“左、右”的含義指的是閱讀者正對附圖時，閱讀者的左邊即為左，閱讀者的右邊即為右，而非對本發明的裝置機構的特定限定。
[0023]本發明中所述的“連接”的含義可以是部件之間的直接連接也可以是部件間通過其它部件的間接連接。
[0024]由圖1、圖2可以看出按本發明制備GFRP筋纖維混凝土起到了良好的控制裂縫發展的作用；圖4為按本發明最佳基體配合比制作的GFRP筋纖維混凝土梁做正截面受彎實驗的裂縫發展圖形，由圖可以看出其裂縫細而密，有效的提高了梁的韌性，裂縫得到有效控制。
[0025]本發明的用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體配合比及其制作方法的基體組成及重量配比:水泥15%~30%、水5%~15%、粉煤灰5%~15%、砂子20%~40%、粗骨料15%~30%、減水劑
0.1%~1%、改性聚丙烯單絲纖維0.23%~0.6%。
[0026]減水劑為聚羧酸高效減水劑。
[0027]本發明基體組成中,粗骨料為連續級配,粒徑范圍為5"!6mm,且每立方混凝土摻量不超過560kg。
[0028]本發明基體組成中，改性聚丙烯單絲纖維的最佳體積摻量為0.7%~1.2%。
[0029]如圖3所示，本發明一種專用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體配合比及其制作方法的基體制備過程，采用先摻纖維法，具體步驟為:
步驟A、按GFRP筋混凝土基體重量配合比稱量出所需的水泥、粉煤灰、砂子、粗骨料、減水劑、纖維。
[0030]步驟B、將重量配比依次為34.72%,23.11%的砂子、粗骨料加入攪拌機，啟動攪拌機，攪拌廣2分鐘，再加入重量配比分別為11.75%,8.81%的水泥、粉煤灰，攪拌f 2分鐘后，邊攪拌，邊手動向里面加入重量配比為0.56%的纖維，盡量使纖維能夠均勻分布，加完纖維后，再干拌6分鐘，使纖維能夠分散均勻，若攪拌量較大，適當加長時間。
[0031]步驟C、將重量配比為0.48%的減水劑加入重量配比為11.75%的水中，適當攪拌，向攪拌桶里緩慢加水，加完水以后，再攪拌3飛分鐘即可。
[0032]我們通過將纖維混凝土與GFRP筋相結合，利用纖維混凝土的高韌性，起到抗裂、限裂的作用。纖維混凝土的抗裂性能與纖維摻量有關系，本發明將給出GFRP筋混凝土基體的最佳纖維摻量范圍。本發明在基體中摻入了粗骨料，從而降低了造價，但是需要控制粗骨料連續級配的粒徑范圍及每立方最大摻量，本發明也將給出。
[0033]本發明通過對GFRP混凝土基體配合比的改進及其制備方法的調整，既能使基體具有好的和易性、粘聚性和保水性，又能有效的控制裂縫發展，且價格低廉，從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，以正常使用極限狀態為標準，為GFRP筋混凝土材料的推廣有很大意義。
[0034]本發明所使用的水泥、粉煤灰和砂子在建材市場即可買到；本發明的減水劑為普通的化工原料，在市場上即可買到；本發明所使用的聚丙烯纖維采用的是北京中紡纖建改性聚丙烯單絲纖維，也在市場上可買到；本發明采用的GFRP筋為普通玻璃纖維筋，在市場上即可買到。
[0035] 以上僅為本發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些均屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體，其特征在，其組成及重量配比為:水泥15%~30%、水5%~15%、粉煤灰5%~15%、砂子20%~40%、石子15%~30%、減水劑0.1%~1%和改性聚丙烯單絲纖維0.23%~0.6%。
2.根據權利要求1所述的一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體，其特征在于，還包括粗骨料，所述粗骨料為連續連續級配，粒徑范圍為5~16mm，且每立方混凝土粗骨料摻量不超過560kg。
3.根據權利要求1所述的一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體，其特征在于，所述減水劑為聚羧酸聞效減水劑。
4.根據權利要求1所述的一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體，其特征在于，所述水泥和粉煤灰為膠凝材料，所述水與膠凝材料的質量比值在0.2^0.4。
5.根據權利要求1所述的一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體，其特征在于，所述基體的組成及重量配比為:水泥20.57%、水11.75%、粉煤灰8.81%、砂子34.72%、粗骨料23.11%、減水劑0.48%、改性聚丙烯單絲纖維0.56%。
6.一種用于GFRP筋混凝土裂縫控制的基體的制作方法，其特征在于，采用纖維先摻法，包括以下步驟: 步驟一、按重量配合比稱量出所需的水泥、粉煤灰、砂子、粗骨料、減水劑和纖維； 步驟二、將砂子和粗骨料加入攪拌機，啟動攪拌機，攪拌1-2分鐘；再加入水泥和粉煤灰，攪拌1-2分鐘后， 邊攪拌，邊手動加入纖維，使纖維均勻分布；加完纖維后，再攪拌6分鐘，使纖維分散均勻； 步驟三、將減水劑加入水中，適當攪拌，向攪拌桶里緩慢加水，加完水以后，再攪拌3-5分鐘。
【文檔編號】C04B16/06GK104129949SQ201410361216
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】周繼凱, 岳青瀅, 徐飛飛, 李成強, 林重陽, 魏偉, 梁愷, 沈超 申請人:河海大學