[發明專利]一種內嵌鋼筋的FRP筋混凝土管片

在審

• 申請號: 201710057624.0
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106812537A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 馬國偉;李鵬飛;李之建
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E21D11/08
• 分類號: E21D11/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明屬土木、交通、水利等領域的復合材料、新結構研發，具體涉及到一種用于隧洞工程的內嵌鋼筋的FRP筋混凝土管片。其特點在于高強度、高延性、高彈性模量、高性價比和優異的耐腐蝕性。

背景技術

鋼筋混凝土管片是盾構法隧洞工程中最常用的支護結構，其中鋼筋具有彈性模量高、延性好等優點。管片作為隧洞工程的二次襯砌，需有良好的耐久性。因隧洞工程中地下水富集、環境惡劣，鋼筋存在易銹蝕、耐久性差的問題。

纖維增強塑料(FRP)由具有抗拉作用的連續纖維束和具有粘結作用的聚合物基體兩部分組成。FRP作為一種新型的有發展潛力的建筑材料適于服役環境、耐久性等方面要求高的重要工程結構，如地下結構、海洋結構等。但FRP仍存在彈性模量低、變形大、價格高并呈脆性破壞的問題。

在FRP筋內嵌入傳統鋼筋，并綁扎成內嵌鋼筋的FRP筋網用于混凝土管片中，可綜合利用FRP和鋼筋各自的優點，從根本上解決鋼材銹蝕的問題，并改善FRP的力學性能。制備出兼顧輕質、高強度、高彈性模量、高延性、高性價比和耐腐蝕等優點的內嵌鋼筋的FRP筋混凝土管片。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供了一種耐腐蝕性能好、延性高、性價比高、彈性模量和強度高的內嵌鋼筋的FRP筋混凝土管片。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種內嵌鋼筋的FRP筋混凝土管片，該混凝土管片由內嵌鋼筋的FRP筋網和混凝土組成，FRP筋網設置在混凝土中；內嵌鋼筋的FRP筋網為混凝土管片的骨架結構，該骨架結構設置在混凝土中；所述的FRP筋網由內嵌鋼筋的FRP受力筋、內嵌鋼筋的FRP分布筋、內嵌鋼筋的FRP腰筋和FRP箍筋綁扎而成。因箍筋主要承受剪力且內嵌鋼筋的FRP箍筋制備復雜，故箍筋選用FRP箍筋。

鋼筋與FRP層通過拉擠成型工藝復合在一起，然后將其表面用纖維絲纏繞成螺紋狀并在其表面粘砂。

所述FRP層由連續纖維和熱固性樹脂復合而成，連續纖維選用玄武巖纖維、玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維。

根據所需力學性能指標，按照復合材料理論計算FRP材料與鋼筋的體積比。

拉擠成型工藝采用與圓形相對應的成型模具。

一種內嵌鋼筋的FRP筋混凝土管片的制備成型工藝為：送紗→纖維浸膠→纖維集束→鋼筋置入→通過模具拉擠成型→彎曲成型→熱固化成型→表面粘砂→鋼筋網綁扎→支模板→混凝土澆筑→養護成型。

本發明一種內嵌鋼筋的FRP筋混凝土管片，通過拉擠熱固化成型工藝將鋼筋和FRP層固化在一起，使鋼筋與FRP能夠共同受力，可保證該支護結構具有良好的延性。FRP層保護內部鋼筋免受環境腐蝕。該FRP筋表面粘有砂，可保證其與混凝土的有效粘結。所述管片適用于對力學性能和耐腐蝕性能要求高的隧洞工程中。

附圖說明

圖1是一種內嵌鋼筋的FRP筋混凝土管片的結構示意圖；

圖2是A-A剖面圖；

圖3是內嵌鋼筋的FRP筋的橫截面圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明的技術方案進行詳細的闡述。

如圖1和圖2所示，本實例提供一種內嵌鋼筋的FRP筋管片，該結構由內嵌鋼筋的FRP筋網和現澆混凝土層1組成，FRP筋網設置在現澆混凝土層1中。所述的內嵌鋼筋的FRP筋網由內嵌鋼筋的FRP受力筋3、內嵌鋼筋的FRP分布筋4、內嵌鋼筋的FRP腰筋5和FRP箍筋2組成，構件2、3、4、5通過綁扎連接在一起。如圖3所示，所述的內嵌鋼筋的FRP筋由鋼筋6、FRP層7和粘砂8組成。

將浸潤環氧樹脂的鋼筋6和纖維束按照一定比例一起送入拉擠模具，然后將其表面用纖維絲纏繞成螺紋狀，采用熱固化工藝進行固化成型并在其表面粘砂8。纖維束與加熱固化后的環氧樹脂基體的體積比為2～3；所述的FRP層7的截面積占內嵌鋼筋的FRP筋的總截面積的35～40％。

一種內嵌鋼筋的FRP筋混凝土管片的制備工藝為：送紗→纖維浸膠→纖維集束→鋼筋置入→通過模具拉擠成型→彎曲成型→熱固化成型→表面粘砂→鋼筋網綁扎→支模板→澆筑混凝土→養護成型。

本發明采用傳統拉擠熱固化成型工藝和普通鋼筋混凝土結構制備流程，設備改造要求不大，應用前景廣泛。