[发明专利]一种用于结构加固的FRP-钢新型复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

  本发明涉及土木建筑工程结构加固技术领域，特别涉及一种用于结构加固的FRP-钢新型复合材料及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的高速发展，很多既有建筑物由于耐久性问题、实际使用荷载的增加等因素，导致结构构件的承载力不足，需要对其进行加固。基于对已有建筑物的现代化改造及加固在如今的工程界的重要地位，科研人员已于上个世纪的六十年代开始了对新的加固方式的探索，根据材料科学的发展来研制新型的适用于加固技术的材料，并不断地完善已有的加固方式，同时探索出新的加固技术。

在目前常用的加固方式中，钢板和FRP的应用最为广泛。1960年，瑞士的L’Hermite及德国的Bresson开创了外部粘钢的加固技术，钢板应用在加固工程中性能良好，不影响结构外观及使用空间， 加固施工周期短，材料消耗小且工艺简便，但是，粘贴钢板加固法在工程实际应用中不可避免地存在一些缺点。第一，工程实际应用中的钢板大多为低碳钢，均带有锈蚀特性，故其用于桥梁结构的加固时，因交通废气中氯化物的侵蚀而导致钢板与胶体界面的锈蚀影响了钢板加固的效用；第二，钢板与混凝土之间的粘结耐久性无法得以确定保证；第三，粘钢加固法用于设计时，在适筋梁范围内，钢板的加固受到粘贴厚度(通常2～6mm)及粘贴层数(不超过两层)的限制。

碳纤维布作为一种新型的复合材料在近十几年来的加固工程的实际应用中得到日益广泛的采用，相应的有关碳纤维加固法的科学研究也在逐步深入。结构加固修补中采用的PAN基的碳纤维片材，其强度为建筑钢材的十几倍，弹模与建筑钢材在同一水平并有所提高。其用于加固修补混凝土结构中，强度重量比高，加固效果显著，耐热及耐腐蚀性强，耐久性能好，适用范围广。但是，由于常表现为各向异性，纤维方向的强度及弹性模量较高，而垂直纤维方向的强度及弹性模量较低，纤维方向的抗拉强度比抗压强度高近30%，且其各向异性的特点使得结构在受力上有不同于传统结构材料的现象，如拉伸翘曲现象，故在进行纤维结构设计时需对两个方向设计，纤维材料的剪切强度、层间剪切强度仅为抗拉强度的5%～20%，而金属的剪切强度约为其拉伸强度的50%，这使得纤维构件的连接成为问题。另外，与钢材相比，纤维材料强度有较大的离散性，而与混凝土相比，纤维材料的防火性能较差。

发明内容

本发明的目的在于结合钢板和FRP的优点，克服两者的缺点和不足，提出一种用于结构加固的新型复合材料。

本发明的技术方案是：

一、                      一种用于结构加固的FRP-钢新型复合材料，包括钢板（1），其特征在于：所述钢板（1）的上、下表面（2）上粘贴有纤维增强聚合物FRP。

作为优选方案：

所述的钢板的厚度为2~6mm。

所述的纤维增强聚合物FRP为碳纤维增强聚合物CFRP、玻璃纤维增强聚合物GFRP、玄武岩纤维增强聚合物BFRP中的一种。

二、                  一种用于结构加固的FRP-钢新型复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）对钢板表面进行打磨、洗刷处理；

2)在处理好的钢板表面上涂抹粘结剂；

3)通过钢板表面上涂抹的粘结剂将纤维增强聚合物FRP粘贴在处理好的钢板表面上，并压实、排气，固化。

作为优选方案：

所述的钢板的厚度为2~6mm。

所述的纤维增强聚合物FRP为碳纤维增强聚合物CFRP、玻璃纤维增强聚合物GFRP、玄武岩纤维增强聚合物BFRP中的一种。

 

与现有加固材料相比，本发明取得了以下的技术效果：

1、本发明用于结构加固中，在受力前期钢板屈服前，主要由钢板受力，钢板屈服后，FRP高强性能得以发挥，加固构件的刚度提高。

2、本发明可有效解决FRP材料的脆性问题，弥补单一FRP加固技术的不足，同时，可减小加固材料的厚度，显著改善被加固构件的受力性能，突破单一钢加固技术的局限性。将钢的非线性与FRP的高强性相结合，提高使用过程中的材料延性，并降低成本。

3、本发明制备的新型复合材料具有强度高、弹模高、延性好、重量轻、价格低的优点，可广泛应用于工程结构加固中。

附图说明      

图1为经打磨、洗刷处理后的钢板示意图；

图2为涂抹粘结剂后的钢板示意图；

图3为粘贴FRP后的钢板示意图；

其中：1－钢板、2、3－FRP粘贴面。

具体实施方式

实施例1