一种FRP筋超高性能混凝土盖板及其制备方法.pdf

本发明公开了一种FRP筋超高性能混凝土盖板，包括超高性能混凝土层，超高性能混凝土层内距离盖板下端面10~20mm、距离盖板四侧边10~20mm的位置设置有平行于盖板下端面FRP筋网片，FRP筋网片由纵横绑扎的分布筋和受力筋组成，分布筋位于受力筋上方。本发明还公开了一种FRP筋超高性能混凝土盖板的制备方法，通过控制超高性能混凝土的流动度，将FRP筋控制在盖板内部的合适位置，省去将网片吊起留出上下保护层厚度的步骤，解决FRP筋因质轻而上浮的问题，保证盖板的承载能力和抗裂性。本发明充分发挥超高性能混凝土超高的力学性能和耐久性能以及FRP筋优异的耐久性能，有效解决因盖板开裂而造成内部钢筋腐蚀的问题。

1.  一种FRP筋超高性能混凝土盖板，包括超高性能混凝土层(3)，其特征在于：所述超高性能混凝土层(3)内距离盖板下端面10~20mm、距离盖板四侧边10~20mm的位置设置有平行于盖板下端面的FRP筋网片，所述FRP筋网片由纵向设置的受力筋(1)和横向设置的分布筋(2)绑扎组成，所述分布筋(2)位于受力筋(1)上方。

2.  根据权利要求1所述的FRP筋超高性能混凝土盖板，其特征在于：所述受力筋(1)直径为6~20mm，受力筋(1)直径比分布筋(2)大2mm以上。

3.  根据权利要求1所述的FRP筋超高性能混凝土盖板，其特征在于：所述受力筋(1)的两端设置有墩头，所述墩头的外径为受力筋直径的1.3-2.0倍。

4.  根据权利要求1所述的FRP筋超高性能混凝土盖板，其特征在于：所述FRP筋采用玻璃纤维筋、玄武岩纤维筋或碳纤维筋。

5.  根据权利要求1所述的FRP筋超高性能混凝土盖板，其特征在于：所述FRP筋超高性能混凝土盖板的厚度小于等于60mm。

6.  根据权利要求1所述的FRP筋超高性能混凝土盖板，其特征在于：所述超高性能混凝土的抗压强度大于等于140MPa。

7.  一种如权利要求1至6任一项所述的FRP筋超高性能混凝土盖板的制备方法，其特征在于，包括步骤： 
按照盖板的尺寸和保护层厚度，选择作为受力筋(1)和分布筋(2)的FRP筋尺寸；
将分布筋(2)和受力筋(1)绑扎成网片，分布筋(2)和受力筋(1)在节点处紧密连接；
将绑扎好的FRP筋网片放入模具模腔内，放置时受力筋(1)朝上，分布筋(2)紧贴模腔底面，四边各留出10~20mm的保护层厚度；
制备流动度范围为130mm~160mm的超高性能混凝土，所述流动度参考水泥胶砂跳桌流动度实验进行，但跳桌不跳动；
将拌合好的超高性能混凝土倾倒注入模具模腔中，振动成型后抹平盖板外表面，FRP筋网片能刚好被控制在盖板内部并自动留出符合要求的上下保护层厚度；
将盖板连同模具进行养护，脱模后继续养护至性能满足要求，得到FRP筋超高性能混凝土盖板。

8.  根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤6)具体包括：将盖板连同模具进行蒸汽养护，环境温度保持为40℃养护24小时，之后取出拆模；再在85℃条件下继续养护48小时，得到FRP筋超高性能混凝土盖板。

一种FRP筋超高性能混凝土盖板及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种FRP筋超高性能混凝土盖板及其制备方法。
背景技术
超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，实现了工程材料性能的大跨越，它的其中一个代表是活性粉末混凝土。
活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，简写为RPC)：是由多元活性粉末掺合料、无机胶凝材料、连续级配细骨料、钢纤维等混合纤维组成，通过最优化级配设计，使材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝)减小到最少，具有超高强度、高韧性、高耐久性、高阻裂性和体积稳定性良好的新型水泥基复合材料。由于活性粉末混凝土中钢纤维的存在加强了水泥石的咬合作用，使该材料的抗拉强度得到大幅提高，达高强混凝土的4~6倍，极限拉伸应变更是可达高强混凝土的70~80倍，断裂韧性是普通混凝土的250多倍，其力学性能和变形能力明显优于普通混凝土和高强混凝土。因此该材料适用于对结构有高强、轻质、阻裂、耐久性要求的结构工程领域。
超高性能混凝土盖板，相比于传统混凝土盖板，承载能力和耐久性能都有了很大的提高，盖板厚度也能得到减小，能有效解决传统混凝土盖板笨重不易检修的问题。另外，由于超高性能混凝土的超高力学性能，可以使用抗拉强度更高的预应力筋来替代普通钢筋，并充分发挥其抗拉性能。尽管超高性能混凝土盖板有如此多的优点，但在偶然冲击荷载或者长期荷载作用下，盖板仍然存在开裂的问题，虽然它的承载能力还是能够保证其正常工作，但是盖板内的钢筋会随着时间的推移而发生腐蚀，强度也会逐渐降低，这对盖板承载能力的危害是十分严重的。在大多数情况下，盖板是带裂缝工作的，盖板内部的钢筋腐蚀问题会造成很大的损失，这个问题在腐蚀性较强的环境中显得尤为严峻。
FRP筋（玻璃纤维筋、玄武岩纤维筋、碳纤维筋等）作为一种新型的受力筋，具有良好的耐腐蚀性能，同时具有密度小等优点，但是其力学性能和与混凝土的粘结性能与钢筋都有较大的不同，目前仍是研究的热点。将纤维筋替换钢筋应用于盖板中，将能很好地解决钢筋腐蚀的问题，盖板即使开裂也能继续正常工作。
但FRP筋具有轻质的特点，在盖板成型的时候会上浮到混凝土表面甚至突起，造成盖板底部保护层厚度不足甚至FRP筋直接暴露在盖板外，从而影响盖板的承载能力和抗裂性能。另外，超高性能混凝土盖板一般要求行人盖板厚度控制在50mm以内，成型模具也采用塑料模具，无法预先将FRP筋固定在盖板内部适当的位置。在实际生产中，对于厚度较薄的盖板，一般采用吊筋的办法将钢筋网片悬挂在盖板内部，但是此方法对于FRP筋并不适用，原因在于FRP筋的重量轻而容易受混凝土的影响而上下移动。当混凝土流动度过大，FRP筋会被混凝土浮起至表面甚至突起，这样不仅会影响盖板的外观，还会影响盖板的承载能力和抗裂性能；当混凝土流动度过小，FRP筋与混凝土之间的粘结性和整体性也就无法保证，同时成型也会十分困难。
发明内容
    本发明的目的在于提供了一种FRP筋超高性能混凝土盖板，利用FRP筋的高抗拉强度及强耐腐蚀能力，取代传统超高性能混凝土盖板内部的钢筋网片，即使盖板开裂也不用担心内部的FRP筋被锈蚀，能够有效增长盖板的使用寿命且不会让承载能力降低，同时还能减轻结构自重，降低结构维护费用，具有很好的经济效益。
本发明的另一目的在于提供一种上述FRP筋超高性能混凝土盖板的制备方法，其不仅能够省去将钢筋网片吊起留出上下保护层厚度的步骤，同时也能够解决FRP筋因质轻而上浮的问题，保证了盖板的承载能力和抗裂性不受影响。
为实现上述目的，本发明可以采取如下技术方案：
一种FRP筋超高性能混凝土盖板，包括超高性能混凝土层，所述超高性能混凝土层内距离盖板下端面10~20mm、距离盖板四侧边10~20mm的位置设置有平行于盖板下端面的FRP筋网片，所述FRP筋网片由纵向设置的受力筋和横向设置的分布筋绑扎组成，所述分布筋位于受力筋上方。
进一步地，所述受力筋直径为6~20mm，受力筋直径比分布筋大2mm以上。
进一步地，所述受力筋的两端设置有墩头，所述墩头的外径为受力筋直径的1.3-2.0倍。
进一步地，所述FRP筋采用玻璃纤维筋、玄武岩纤维筋或碳纤维筋。
进一步地，所述FRP筋超高性能混凝土盖板的厚度小于等于60mm。
进一步地，所述超高性能混凝土的抗压强度大于等于140MPa。
本发明的第二个目的是提供一种FRP筋超高性能混凝土盖板的制备方法，包括步骤：
1）按照盖板的尺寸和保护层厚度，选择作为分布筋和受力筋的FRP筋尺寸；
2）将分布筋和受力筋绑扎成网片，分布筋和受力筋在节点处紧密连接；
3）将绑扎好的FRP筋网片放入模具模腔内，放置时受力筋朝上，分布筋紧贴模腔底面，四边各留出10~20mm的保护层厚度；
4）制备流动度范围为130mm~160mm的超高性能混凝土，所述流动度参考水泥胶砂跳桌流动度实验进行，但跳桌不跳动；
5）将拌合好的超高性能混凝土倾倒注入模具模腔中，振动成型后抹平盖板外表面，FRP筋网片能刚好被控制在盖板内部并自动留出符合要求的上下保护层厚度；
6）将盖板连同模具进行养护，脱模后继续养护至性能满足要求，得到FRP筋超高性能混凝土盖板。
进一步地，所述步骤6)具体包括：将盖板连同模具进行蒸汽养护，环境温度保持为40℃养护24小时，之后取出拆模；再在85℃条件下继续养护48小时，得到FRP筋超高性能混凝土盖板。
本发明提供的FRP筋超高性能混凝土盖板及其制备方法，相对于现有技术具有如下优点：
1)      利用FRP筋的高抗拉强度及强耐腐蚀能力，取代传统超高性能混凝土盖板内部的钢筋网片，即使盖板开裂也不用担心内部的FRP筋被锈蚀，能够有效增长盖板的使用寿命且不会让承载能力降低，同时还能减轻结构自重，降低结构维护费用，具有很好的经济效益。
2)      通过控制超高性能混凝土的流动度范围来使盖板自动留出上下保护层厚度，不仅能够省去将网片吊起留出上下保护层厚度的步骤，同时也能够解决FRP筋因质轻而上浮的问题，保证了盖板的承载能力和抗裂性不受影响。
本发明将在建筑、电力等领域发挥巨大作用，应用前景广阔。
附图说明
图1本发明实施例的FRP筋超高性能混凝土盖板配筋俯视示意图。
图2为图1中A-A向剖视示意图。
图3为图1中B-B向剖视示意图。
图中所示为：1-受力筋；2-分布筋；3-超高性能混凝土层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的目的作进一步的详细描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
实施例1
如图1至图3所示，一种FRP筋超高性能混凝土盖板，包括超高性能混凝土层3，所述超高性能混凝层内距离盖板下端面10mm、距离盖板四侧边15mm的位置设置有平行于盖板下端面的FRP筋网片，所述FRP筋网片由纵向设置的受力筋1和横向设置的分布筋2 绑扎组成，所述分布筋2位于受力筋1上方。
本实施例中，所述FRP筋超高性能混凝土盖板尺寸为：540mm×500mm×40mm。
本实施例中，分布筋2五根，直径取4mm，受力筋1四根，直径取6mm。受力筋的两端设置有墩头，墩头的外径为受力筋直径的2.0倍。
本实施例中，所述FRP筋采用玻璃纤维筋（GFRP），其抗拉强度为800MPa。
本实施例中，所述超高性能混凝土的流动度为130mm，抗压强度为170.1MPa。
上述GFRP筋超高性能混凝土盖板的实测裂缝荷载为32kN，破坏荷载为84.8kN,测试方法参考中国南方电网《电缆沟盖板标准技术标书》。
实施例2
本实施例提供了一种FRP筋超高性能混凝土盖板的制备方法，包括步骤：
1）按照盖板的尺寸540mm×500mm×40mm和下保护层厚度10mm，选择玻璃纤维筋（GFRP）作为分布筋和受力筋，其中直径10mm、长度510mm的受力筋四根，直径8mm、长度470mm的分布筋五根；
2）将分布筋和受力筋绑扎成网片，分布筋和受力筋在节点处紧密连接；
3）将绑扎好的FRP筋网片放入模具模腔内，放置时受力筋朝上，分布筋紧贴模腔底面，四边各留出15mm的保护层厚度；
4）制备流动度范围为130mm~160mm的超高性能混凝土，所述流动度参考水泥胶砂跳桌流动度实验进行，但跳桌不跳动，所述超高性能混凝土由胶凝材料、砂子、钢纤维、水、减水剂按照优选的配合比混合，按照一定的搅拌制度搅拌均匀；
5）将拌合好的超高性能混凝土倾倒注入模具模腔中振动60秒，成型后抹平盖板外表面，玻璃纤维筋（GFRP）网片能刚好被控制在盖板内部并自动留出符合要求的上下保护层厚度；
6）将盖板连同模具送入蒸汽养护室内，环境温度保持为40℃养护24小时，之后取出拆模再在85℃条件下继续养护48小时，得到FRP筋超高性能混凝土盖板。
实测超高性能混凝土流动度为160mm，抗压强度为167.7MPa。
上述GFRP筋超高性能混凝土盖板的实测裂缝荷载为44.8kN，破坏荷载为119.3kN,测试方法参考中国南方电网《电缆沟盖板标准技术标书》。
在用PC钢棒进行的对比实验中，采用直径为10.7mm的PC钢棒作为受力筋，其抗拉强度为1200MPa，采用直径为8mm的HPB300钢筋作为分布筋。盖板实测裂缝荷载为44.8kN，破坏荷载为120.1kN。
通过上述实验数据可见：用GFRP筋取代原来的PC钢棒，对超高性能混凝土盖板的力学性能几乎没有影响，但是GFRP筋耐腐蚀性强的特点能够使盖板在开裂的情况下正常工作，大大提高盖板的使用寿命，具有很好的经济效益。
实施例3
本实施例与实施例2的区别在于： 所述盖板内部结构中的FRP筋网片采用玄武岩纤维筋（BFRP），其抗拉强度为700MPa，分布筋直径取6mm，受力筋直径取8mm；
所述超高性能混凝土用优选配合比制备而成，实测流动度为150mm，抗压强度值为178.8MPa；
所述盖板的尺寸为540mm×500mm×40mm；
经过测试，本实施例提供的玄武岩纤维筋（BFRP）超高性能混凝土盖板的裂缝荷载为32kN，破坏荷载为92.4kN。
实施例4
本实施例与实施例2的区别在于：所述盖板内部结构中的FRP筋网片采用碳纤维筋（CFRP），其抗拉强度为1400MPa，分布筋直径取10mm，受力筋直径取20mm；受力筋的两端设置有墩头，所述墩头的外径为受力筋直径的1.3倍。
所述超高性能混凝土用优选配合比制备而成，实测流动度为155mm，抗压强度值为168.8MPa；
所述盖板的尺寸为540mm×500mm×60mm；
经过测试，本实施例提供的碳纤维筋（CFRP）超高性能混凝土盖板的裂缝荷载为123.2kN，破坏荷载为228.3kN。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。