[发明专利]一种碳纤维复合材料拉索制索方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维复合材料拉索制索方法。主要用于制作斜拉桥的碳纤维复合材料斜拉索。

背景技术

碳纤维复合材料具有轻质、高强、不锈蚀、耐腐蚀、耐疲劳、热膨胀系数低、减震性能好等优异性能，将碳纤维复合材料筋用于大跨径缆索桥中的拉索部件，可以从根本上解决钢拉索抗疲劳和耐腐蚀性能较差的问题。目前，碳纤维拉索的制索工艺较简单，均采用碳纤维复合材料筋材平行排布，碳纤维复合材料筋材之间有一定间距，为了防护紫外光老化，在索体外表面套聚乙烯护套。该工艺技术的不足是：

其一：拉索索体部位由于碳纤维复合材料筋材之间有一定间距，造成索体直径过大，不利于拉索成品的盘卷与运输。

其二：拉索锚固部位由于碳纤维复合材料筋材平行排布，锚固树脂砂浆与筋材间的挤压摩擦力不够，造成锚固长度过长，不利于锚筒吨位的提高。

其三：要在长索外表面套聚乙烯护套，相当困难，并且可能造成聚乙烯护套与碳纤维索体间产生间隙，不利于拉索的稳定性，如果在索体外表面直接热挤聚乙烯，产生的高温会导致碳纤维复合材料索的强度下降。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提出一种可以增加锚固树脂砂浆与筋材间的挤压摩擦力，减小锚固长度，提高聚乙烯护套与碳纤维复合材料索体的紧密结合度，同时又便于成索盘卷运输的碳纤维复合材料拉索制索方法。

本发明的目的是这样实现的：一种碳纤维复合材料拉索制索方法，所述方法是将确定根数的碳纤维复合材料筋材呈正六边形紧密排列，构成碳纤维束，经左旋轻度扭绞1~3°后绕包高强度聚酯纤维带，用于索体的定型，将定型后索体热挤高密度聚乙烯，形成高密度聚乙烯护套，由于热挤高密度聚乙烯的温度为150℃左右，超过碳纤维复合材料筋材中树脂基体的玻璃化温度（120℃），为了避免在热挤高密度聚乙烯时复合材料索体的温度超过复合材料中树脂基体的玻璃化温度，导致碳纤维复合材料的拉伸强度降低，考虑具体分两次挤高密度聚乙烯，即第一次挤高密度聚乙烯时可以挤薄点（厚度2~3mm），控制好索体热平衡温度不要超过120℃，然后第二次再挤厚点（厚度5~6mm）。在碳纤维束两端安装有锚具，锚具形式采用“锥筒形+直筒式”构造设计，形成锚固锥段和锚固直筒段，碳纤维复合材料筋材在锚固锥段发散开来，用前、后两个分丝板来定位，锚具的锥腔与碳纤维复合材料筋材之间的空隙处灌注环氧树脂砂浆，所用环氧树脂砂浆要求流动性好，常温固化，其组成成分为环氧树脂、固化剂和石英砂，三者质量比为环氧树脂:固化剂:石英砂=4:1:4。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过对索体部位的碳纤维复合材料筋材扭绞，减小了索体直径，便于拉索成品的盘卷与运输，使制造大跨径斜拉桥用碳纤维复合材料拉索成为可能。

2、本发明通过将碳纤维复合材料筋材在锚固段发散开来，提高了环氧树脂砂浆对碳纤维复合材料筋材的挤压力，增强筋材表面的摩擦力，从而获得较高的锚固效率，减小了锚固装置长度。

3、本发明提出了分两次在碳纤维复合材料索体表面热挤高密度聚乙烯的方法，避免了在热挤高密度聚乙烯时高温导致碳纤维复合材料索的强度下降，并且提高了聚乙烯护套与碳纤维复合材料索体的紧密结合度与拉索的稳定性。

附图说明

图1为本发明碳纤维复合材料拉索结构示意图。

图2为本发明拉索索体断面结构示意图。

图中附图标记：

碳纤维复合材料索体1

分丝板2

环氧树脂砂浆3

锚具4

连接筒5

碳纤维复合材料筋材6

高强度聚酯纤维带7

高密度聚乙烯护套8。

具体实施方式

参见图1和图2，图1为本发明碳纤维复合材料拉索结构示意图。图2为本发明拉索索体断面结构示意图。由图1和图2中可以看出，该碳纤维复合材料拉索是将确定根数的碳纤维复合材料筋材呈正六边形紧密排列，构成碳纤维束，经左旋轻度扭绞1~3°后绕包高强度聚酯纤维带，用于索体的定型。将定型后索体分两次热挤高密度聚乙烯，形成高密度聚乙烯护套，用于碳纤维复合材料索的抗紫外光老化防护。为了避免在热挤高密度聚乙烯时复合材料索体的温度超过复合材料中树脂基体的玻璃化温度，导致碳纤维复合材料的拉伸强度降低，考虑分两次挤高密度聚乙烯，即第一次挤高密度聚乙烯时挤薄点（厚度2~3mm），控制好索体热平衡温度不要超过120℃，第二次再挤厚点（厚度5~6mm）。在碳纤维束两端安装有锚具，锚具形式采用“锥筒形+直筒式”构造设计，形成锚固锥段和锚固直筒段，碳纤维复合材料筋材在锚固锥段发散开来，用前、后两个分丝板来定位。锚具的锥腔与碳纤维复合材料筋材之间的空隙处灌注环氧树脂砂浆。为了避免锚固填料灌注不密实与环氧树脂砂浆固化温度超过碳纤维复合材料工作温度，所用环氧树脂砂浆要求流动性好，常温固化，其组成成分为环氧树脂、固化剂和石英砂，三者质量比为环氧树脂:固化剂:石英砂=4:1:4。