[发明专利]一种内嵌钢筋的FRP筋混凝土管片

说明书

技术领域

本发明属土木、交通、水利等领域的复合材料、新结构研发，具体涉及到一种用于隧洞工程的内嵌钢筋的FRP筋混凝土管片。其特点在于高强度、高延性、高弹性模量、高性价比和优异的耐腐蚀性。

背景技术

钢筋混凝土管片是盾构法隧洞工程中最常用的支护结构，其中钢筋具有弹性模量高、延性好等优点。管片作为隧洞工程的二次衬砌，需有良好的耐久性。因隧洞工程中地下水富集、环境恶劣，钢筋存在易锈蚀、耐久性差的问题。

纤维增强塑料(FRP)由具有抗拉作用的连续纤维束和具有粘结作用的聚合物基体两部分组成。FRP作为一种新型的有发展潜力的建筑材料适于服役环境、耐久性等方面要求高的重要工程结构，如地下结构、海洋结构等。但FRP仍存在弹性模量低、变形大、价格高并呈脆性破坏的问题。

在FRP筋内嵌入传统钢筋，并绑扎成内嵌钢筋的FRP筋网用于混凝土管片中，可综合利用FRP和钢筋各自的优点，从根本上解决钢材锈蚀的问题，并改善FRP的力学性能。制备出兼顾轻质、高强度、高弹性模量、高延性、高性价比和耐腐蚀等优点的内嵌钢筋的FRP筋混凝土管片。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种耐腐蚀性能好、延性高、性价比高、弹性模量和强度高的内嵌钢筋的FRP筋混凝土管片。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种内嵌钢筋的FRP筋混凝土管片，该混凝土管片由内嵌钢筋的FRP筋网和混凝土组成，FRP筋网设置在混凝土中；内嵌钢筋的FRP筋网为混凝土管片的骨架结构，该骨架结构设置在混凝土中；所述的FRP筋网由内嵌钢筋的FRP受力筋、内嵌钢筋的FRP分布筋、内嵌钢筋的FRP腰筋和FRP箍筋绑扎而成。因箍筋主要承受剪力且内嵌钢筋的FRP箍筋制备复杂，故箍筋选用FRP箍筋。

钢筋与FRP层通过拉挤成型工艺复合在一起，然后将其表面用纤维丝缠绕成螺纹状并在其表面粘砂。

所述FRP层由连续纤维和热固性树脂复合而成，连续纤维选用玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。

根据所需力学性能指标，按照复合材料理论计算FRP材料与钢筋的体积比。

拉挤成型工艺采用与圆形相对应的成型模具。

一种内嵌钢筋的FRP筋混凝土管片的制备成型工艺为：送纱→纤维浸胶→纤维集束→钢筋置入→通过模具拉挤成型→弯曲成型→热固化成型→表面粘砂→钢筋网绑扎→支模板→混凝土浇筑→养护成型。

本发明一种内嵌钢筋的FRP筋混凝土管片，通过拉挤热固化成型工艺将钢筋和FRP层固化在一起，使钢筋与FRP能够共同受力，可保证该支护结构具有良好的延性。FRP层保护内部钢筋免受环境腐蚀。该FRP筋表面粘有砂，可保证其与混凝土的有效粘结。所述管片适用于对力学性能和耐腐蚀性能要求高的隧洞工程中。

附图说明

图1是一种内嵌钢筋的FRP筋混凝土管片的结构示意图；

图2是A-A剖面图；

图3是内嵌钢筋的FRP筋的横截面图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行详细的阐述。

如图1和图2所示，本实例提供一种内嵌钢筋的FRP筋管片，该结构由内嵌钢筋的FRP筋网和现浇混凝土层1组成，FRP筋网设置在现浇混凝土层1中。所述的内嵌钢筋的FRP筋网由内嵌钢筋的FRP受力筋3、内嵌钢筋的FRP分布筋4、内嵌钢筋的FRP腰筋5和FRP箍筋2组成，构件2、3、4、5通过绑扎连接在一起。如图3所示，所述的内嵌钢筋的FRP筋由钢筋6、FRP层7和粘砂8组成。

将浸润环氧树脂的钢筋6和纤维束按照一定比例一起送入拉挤模具，然后将其表面用纤维丝缠绕成螺纹状，采用热固化工艺进行固化成型并在其表面粘砂8。纤维束与加热固化后的环氧树脂基体的体积比为2～3；所述的FRP层7的截面积占内嵌钢筋的FRP筋的总截面积的35～40％。

一种内嵌钢筋的FRP筋混凝土管片的制备工艺为：送纱→纤维浸胶→纤维集束→钢筋置入→通过模具拉挤成型→弯曲成型→热固化成型→表面粘砂→钢筋网绑扎→支模板→浇筑混凝土→养护成型。

本发明采用传统拉挤热固化成型工艺和普通钢筋混凝土结构制备流程，设备改造要求不大，应用前景广泛。