本發明涉及一種rpc外筒內填微膨脹混凝土組合柱，屬于建筑、橋梁及港口工程領域。

背景技術：

在現代工程結構的發展中，人們不斷地利用“組合”的概念來實現結構形式的突破。混凝土的三向受壓強度試驗表明，側向壓應力的作用可以有效地阻止混凝土在軸向壓力作用下所產生的側向變形和內部微裂縫的發展，從而使混凝土的抗壓強度有較大的提高。因此，如用延性好的材料對混凝土柱進行外包，可對核心混凝土形成三維約束，提高混凝土的強度、彈性模量，改善混凝土的塑性、韌性，從而提高混凝土柱的極限承載力。

鋼管約束和frp(fiberreinforcedplastics)約束混凝土組合柱是目前使用較多的柱體組合形式，可使混凝土柱的抗壓承載能力大大提高，但同時也存在一定的問題。鋼管約束混凝土柱暴露在外側的鋼管往往會遇到大氣、海洋、工業生產中的酸堿鹽等環境，容易引起鋼管外表面的腐蝕，從而導致鋼管壁厚變薄，鋼管截面面積減小，屈服強度和極限強度降低，使組合柱的整體力學性能下降。而對于frp約束而言，frp的耐火耐高溫性差，其膠粘劑多屬環氧類有機物，高溫容易分解或軟化，造成frp強度和剛度的降低；另外由于frp易燃，因而frp約束的組合柱目前只能被用于橋梁結構或不需要防火設計的建筑結構中。

活性粉末混凝土(reactivepowderconcrete，以下簡稱rpc)是繼高強、高性能混凝土之后，出現的一種力學性能、耐久性能都非常優越的新型建筑材料。rpc的抗壓強度可達120-300mpa，其對應的抗拉強度可達18-40mpa。就rpc的延性而言，其相對普通混凝土有較大幅度的提高，一方面是因為rpc剔除了粗集料，內部結構更加均勻；另一方面是因為rpc添加了鋼纖維等材料，從而獲得所需要的高韌性和延性。另外，由于rpc組成材料與普通混凝土類似，但更加致密高強，從而具有非常好的抗腐蝕能力、較好的高溫穩定性和良好的抗火性能。因此，如利用rpc替代鋼管和frp對普通混凝土柱進行外包約束，克服鋼管易受腐蝕和frp約束方式耐火性能極差的缺點，提出一種力學性能、耐久性能都非常優越的組合柱構件，正是本發明的出發點所在。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：克服上述問題，提供一種利用超高性能的rpc作為外筒進行約束的具有優越力學性能、耐久性能的混凝土組合柱結構。

為了實現上述目的，本發明提供一種rpc外筒內填微膨脹混凝土組合柱。組合柱由兩種不同的混凝土組合而成，核心區混凝土采用微膨脹混凝土，外圍則由rpc澆筑而成的外包薄壁套筒包裹。這種組合方式有以下優點：1、由于外圍有高韌性的rpc外筒約束，限制了核心混凝土在豎向荷載作用下的產生的橫向位移，提高了構件的整體剛度；2、rpc外筒的內部結構極為密實，空隙率與多余水分也都較少，具有優越的抗火性能，可減緩核心區微膨脹混凝土高溫爆裂的發生；3、核心區使用的微膨脹混凝土在凝結硬化過程中，自身體積膨脹可以產生內壓力，使得rpc外筒產生環向拉應力，從而使組合柱產生一定的預應力，提高組合柱的軸向極限承載力；4、rpc作為外筒約束柱構件的方式相對rpc柱而言大大降低了成本，同時現代建筑的豎向構件若只用rpc進行澆筑會使得性能過高，造成材料的浪費，而rpc外筒約束的方式已完全滿足力學性能上的要求。綜上，rpc外筒內填微膨脹混凝土組合柱會具有優越的力學性能、耐久性能及高性價比。

所述rpc外筒的原材料組成包括硅酸鹽水泥、石英砂、鍍銅超細鋼纖維、礦物摻和料和高性能減水型外加劑。所述鋼纖維的摻入量為外筒體積的2％，鋼纖維的摻入可提高rpc的韌性及抗火性能。所述礦物摻和料通常有硅粉、粉煤灰、礦粉和偏高嶺土等，礦物摻和料可以減少水泥用量，提高組分的細度和反應活性，同時可以改善rpc的內部結構，從而改善其基本性能。所述rpc外筒的制作，首先將稱量好的拌合物倒入混凝土攪拌機，干拌3分鐘；然后在攪拌過程中緩慢加入稱量好的水，濕拌6分鐘；再均勻撒入鋼纖維，鋼纖維占總體積的摻量為2％，攪拌6分鐘出料，將拌合物注入模具，振搗，并養護28天。

所述微膨脹混凝土的原材料組成包括硅酸鹽水泥、天然河砂、最大粒徑為25mm的連續級配碎石、粉煤灰、膨脹劑和高效減水劑。所述微膨脹混凝土柱的配筋按照《混凝土結構設計規范》進行設計。在rpc外筒養護28天后，把外筒內表面沖洗干凈，涂刷適當厚度的界面粘結劑，支立鋼筋骨架，利用自落式大攪拌車往外筒內澆筑微膨脹混凝土，并進行振搗。

所述rpc外筒內填微膨脹混凝土組合柱的保護層厚度即為最外層鋼筋外邊緣到微膨脹混凝土柱表面的距離與rpc外筒的厚度之和，應不小于《混凝土結構設計規范》里按照環境、構件類別所取的保護層厚度值之余，為保證鋼筋與微膨脹混凝土的粘結力，最外層鋼筋外邊緣到微膨脹混凝土柱表面的距離應不小于10mm。所述rpc外筒的厚度以不小于10mm且不小于組合柱橫截面半徑的1/10為宜。

所述rpc外筒內填微膨脹混凝土組合柱的截面選自圓形、矩形或正方形的一種。所述核心區的微膨脹混凝土柱的截面同樣也選自圓形、矩形或正方形的一種。

所述內填微膨脹混凝土的應用具有以下優點：1、微膨脹混凝土可使外圍的rpc外筒產生拉應力，而自身獲得壓應力，當這種膨脹性能受到約束時，即引起應力重分布或內力重分布，從而產生預應力，提高組合柱的抗壓能力；2、微膨脹混凝土的微膨脹應用還可以有效地提高兩種混凝土之間的界面粘結力；3、可利用膨脹來補償混凝土的干縮，減免裂縫的產生與發展，提高混凝土的耐久性。

本發明的有益效果是：在實際工程中使用rpc外筒內填微膨脹混凝土組合柱，通過外圍rpc外包薄壁套筒的約束，限制了核心混凝土的橫向位移，提高了組合柱整體的剛度；并且對核心混凝土起到保護作用，產生較好的抗火和耐久性能。而微膨脹混凝土的使用不僅增強了組合柱的耐久性，通過自身體積膨脹還使組合柱內部產生預應力，提高了組合柱的軸向極限承載能力。這種rpc與微膨脹混凝土的組合使用方式，使組合柱具有優越的耐高溫和耐腐蝕性能，因此rpc外筒內填微膨脹混凝土組合柱可運用于海洋、高溫高濕熱等惡劣環境中作為承重構件。

附圖說明

圖1是本發明橫向截面示意圖。

圖2是本發明縱向截面大樣圖。

圖中：1-rpc外筒，2-微膨脹混凝土柱，3-縱向鋼筋，4-普通箍筋。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

如圖1所示，一種rpc外筒內填微膨脹混凝土組合柱，包括外圍的rpc外筒1和核心區的微膨脹混凝土柱2，所述的rpc外筒1將微膨脹混凝土柱2包裹，所述rpc外筒的厚度以不小于10mm且不小于組合柱橫截面半徑的1/10為宜。所述rpc外筒內填微膨脹混凝土組合柱的截面選自圓形、矩形或正方形中的一種，所述核心區的微膨脹混凝土柱2的截面同樣也選自圓形、矩形或正方形中的一種。

如圖1和圖2所示，在靠近核心區的微膨脹混凝土柱2的周邊安放有均勻分布的縱向鋼筋3，并貫穿于微膨脹混凝土柱2的頂部至底部，用于增強構件的抗彎能力。再從外側圍繞著縱向鋼筋3沿微膨脹混凝土柱2頂部至底部按相同間距水平綁扎普通箍筋4，普通箍筋4直徑不應小于縱向鋼筋3最大直徑的四分之一且不應小于6mm；箍筋間距不應大于400mm及構件截面的短邊尺寸，且不應大于15倍縱向鋼筋3的最小直徑。由于外圍有一定厚度的rpc外筒1，所以在考慮鋼筋保護層厚度時，應把rpc外筒1的厚度也計算進去。所以組合柱的保護層厚度應為即為最外層鋼筋外邊緣到微膨脹混凝土柱表面的距離與rpc外筒的厚度之和，要求其不小于《混凝土結構設計規范》里按照環境、構件類別所取的保護層厚度值之余，為保證鋼筋與微膨脹混凝土的粘結力，最外層鋼筋外邊緣到微膨脹混凝土柱表面的距離應不小于10mm。

下面列舉本發明的一個優選實施例。如圖1和圖2所示，實施例是一個橫截面外徑為250mm、核心區內徑為225mm、高為1000mm、保護層厚度為22.5mm的圓柱形rpc外筒內填微膨脹混凝土組合柱構件，組合柱的縱向受力筋配置8根φ12的鋼筋，箍筋采用6mm的普通箍筋，普通箍筋間距為40mm。rpc外筒的澆筑，首先將稱量好的拌合物倒入混凝土攪拌機，干拌3分鐘；然后在攪拌過程中緩慢加入稱量好的水，濕拌6分鐘；再均勻撒入鋼纖維，鋼纖維總的體積的摻量為2％，攪拌6分鐘出料，將拌合物注入模具；微膨脹混凝土柱的澆筑則不需摻入鋼纖維。構件分兩次澆筑完成，先澆筑外圍的強度等級為c120的rpc外筒，在實驗室內養護28天后，拆去外筒內的模板，再澆筑核心區的強度等級為c50的微膨脹混凝土。為增大兩種混凝土間的粘結力，可把養護好的rpc外筒內表面沖洗干凈，再涂刷適當厚度的界面粘結劑，然后澆筑微膨脹混凝土。為保證混凝土的密實度，避免出現空洞等缺陷，澆筑速度不宜太快，振搗時快插慢拔，插入點沿管平面呈三角形分布，插入時應超過前段已澆混凝土高度的三分之二，振搗時間不少于30s。組合柱較rpc柱構件節約了材料，降低了造價，且具有較高的承載力與較好的抗火性能和耐久性能，是一種高性價比的新型組合柱構件。

以上所述僅為本發明的一個優選實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是在本發明的構思下，利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構變換，直接或間接運用在其他相關的技術領域均包括在本發明的專利保護范圍內。