一种角钢优化的超高性能混凝土盖板及其制备方法.pdf

本发明公开了一种角钢优化的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设置有平行于盖板下端面的钢筋骨架，钢筋骨架距盖板下端面10~20mm，钢筋骨架主要由纵向设置的受力筋和横向设置的分布筋焊接或捆扎而成，所述分布筋位于受力筋上方，钢筋骨架的上方紧贴地焊接有相互平行的若干角钢，角钢的长度方向与受力筋的长度方向相一致，角钢距离盖板顶部及四侧面的距离为10~20mm。本发明还公开了一种角钢优化的超高性能混凝土盖板的制备方法。本发明将角钢和钢筋的优势结合在了一起，既充分发挥角钢抵抗变形强和承载力高的特点，也保留底层钢筋提高盖板抗裂性能和承载力的作用，进一步提高盖板的承载能力。

1.  一种角钢优化的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)内设置有平行于盖板下端面的钢筋骨架，所述钢筋骨架距盖板下端面10~20mm，所述钢筋骨架主要由纵向设置的受力筋(1)和横向设置的分布筋(2)焊接或捆扎而成，所述分布筋(2)位于受力筋(1)上方，所述钢筋骨架的上方紧贴地焊接有相互平行的若干角钢(4)，所述角钢(4)的长度方向与受力筋(1)的长度方向相一致，所述角钢(4)距离盖板顶部及四侧面的距离为10~20mm。

2.  根据权利要求1所述的角钢优化的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，且受力筋(1)直径比分布筋(2)大2mm以上。

3.  根据权利要求1所述的角钢优化的超高性能混凝土盖板，其特征在于：所述受力筋(1)和分布筋(2)采用热轧钢筋、冷拉钢筋或PC钢棒。

4.  根据权利要求1所述的角钢优化的超高性能混凝土盖板，其特征在于：所述角钢(4)为热轧等边角钢，焊接时，所述角钢(4)的顶角朝上。

5.  根据权利要求1所述的角钢优化的超高性能混凝土盖板，其特征在于：所述角钢(4)为热轧不等边角钢，焊接时，所述角钢(4)的一条边水平设置。

6.  根据权利要求1所述的角钢优化的超高性能混凝土盖板，其特征在于：所述角钢优化的超高性能混凝土盖板的厚度大于等于80mm。

7.  根据权利要求1所述的角钢优化的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。

8.  一种如权利要求1至7任一项所述的角钢优化的超高性能混凝土盖板的制备方法，其特征在于，包括步骤：
1）按照盖板的尺寸、保护层厚度以及角钢的放置方式，加工钢筋骨架，选择合适的角钢(4)规格；
2）将角钢(4)与钢筋骨架焊接固定，使上层角钢平行于底层钢筋骨架，并使两者紧密贴合；
3）将焊接好的角钢(4)与钢筋骨架吊入模具模腔内，角钢(4)靠近模具下端面，并使角钢(4)与钢筋骨架同上下端面和各侧面留出10~20mm的保护层厚度；
4）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，角钢(4)与钢筋骨架被控制在盖板内部并留出符合要求的保护层厚度；
5）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，得到角钢优化的超高性能混凝土盖板。

9.  根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5)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，得到角钢优化的超高性能混凝土盖板。

一种角钢优化的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，具体涉及一种角钢优化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。
超高性能混凝土制备的盖板，相对于传统的混凝土盖板，其承载能力和耐久性能都有了较大的提高。同时由于其承载能力的提高，在相同承载能力要求下，盖板的厚度可以适当减小，可以有效解决传统混凝土盖板过于厚重的问题。随着超高性能混凝土盖板的不断推广，涉及的领域越来越广，对其承载力的要求也越来越高。但在现有超高性能混凝土盖板的高配筋率的配筋体系下，在保证相同盖板厚度的前提下，已经很难进一步提高盖板的承载能力。例如对于80mm厚的行车电力盖板，在双层密集配预应力筋的情况下，其极限承载力仍只能达到国标《钢纤维混凝土井盖》中的C250等级。因此必须要对现有的配筋体系作出创新和改变才能在保证厚度不变的情况下使盖板的承载能力等级提高。
由于角钢具有很强的抵抗变形的能力同时具有很高的承载力，用其替换盖板双排配筋体系中的上排钢筋骨架，保留下排钢筋骨架，同时对角钢进行表面粗糙处理，保证其与超高性能混凝土良好的粘结能力。这种新型的配筋体系既能充分发挥角钢承载能力高、抵抗变形强的特点，又能保留底层钢筋良好的抗裂性能，也使盖板保留了良好的延性，两者的结合互补能够使超高性能混凝土盖板的承载能力得到进一步的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种角钢优化的超高性能混凝土盖板及其制备方法，用角钢替换盖板双排配筋体系中的上排钢筋骨架，保留下排钢筋骨架，既充分发挥角钢承载能力高、抵抗变形强的特点，又保留底层钢筋良好的抗裂性能，也使盖板保留了良好的延性，通过两者的结合互补使超高性能混凝土盖板的承载能力得到进一步提高。
为实现上述目的，本发明可以采取如下技术方案：
一种角钢优化的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设置有平行于盖板下端面的钢筋骨架，所述钢筋骨架距盖板下端面10~20mm，所述钢筋骨架主要由纵向设置的受力筋和横向设置的分布筋焊接或捆扎而成，所述分布筋位于受力筋上方，所述钢筋骨架的上方紧贴地焊接有相互平行的若干角钢，所述角钢的长度方向与受力筋的长度方向相一致，所述角钢距离盖板顶部及四侧面的距离为10~25mm。
进一步地，所述受力筋直径为6~20mm，且受力筋直径比分布筋大2mm以上。
进一步地，所述受力筋和分布筋采用热轧钢筋、冷拉钢筋或PC钢棒。
进一步地，所述角钢为热轧等边角钢，焊接时，所述角钢的顶角朝上。
进一步地，所述角钢为热轧不等边角钢，焊接时，所述角钢的一条边水平设置。
进一步地，所述角钢优化的超高性能混凝土盖板的厚度大于等于80mm。
进一步地，所述超高性能混凝土的抗压强度大于等于140MPa。
本发明还提供了一种角钢优化的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、保护层厚度以及角钢的放置方式，加工钢筋骨架，选择合适的角钢规格；
2）将角钢与钢筋骨架焊接固定，使上层角钢平行于底层钢筋骨架，并使两者紧密贴合；
3）将焊接好的角钢与钢筋骨架吊入模具模腔内，角钢靠近模具下端面，并使角钢4与钢筋骨架同上下端面和各侧面留出10~20mm的保护层厚度；
4）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，角钢与钢筋骨架被控制在盖板内部并留出符合要求的保护层厚度；
5）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，得到角钢优化的超高性能混凝土盖板。
进一步地，所述步骤5)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，得到角钢优化的超高性能混凝土盖板。本发明提供的角钢优化超高性能混凝土盖板，相对于现有技术具有如下优点：
1）将角钢和钢筋的优势结合在一起，既充分发挥角钢抵抗变形强和承载力高的特点，也保留底层钢筋提高盖板抗裂性能和承载力的作用，能够在双层钢筋配筋体系的基础上进一步提高盖板的承载能力。
2）角钢优化超高性能混凝土盖板的使用寿命延长。
本发明将在建筑、电力领域发挥巨大作用，应用前景广阔，具有很好的技术经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例1的剖面示意图；
图3为本发明实施例2的结构示意图；
图4为本发明实施例2的剖面示意图；
图中所示为：1-受力筋；2-分布筋；3-超高性能混凝土层；4-角钢。
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及图2所示，一种角钢优化的超高性能混凝土盖板，盖板尺寸为1400mm×500mm×80mm，包括超高性能混凝土层3，所述超高性能混凝土层3内设置有平行于盖板下端面的钢筋骨架，所述钢筋骨架距盖板下端面10mm，所述钢筋骨架主要由纵向设置的受力筋1和横向设置的分布筋2焊接或捆扎而成，所述分布筋2位于受力筋1上方，所述钢筋骨架的上方紧贴地焊接有相互平行的若干角钢4，所述角钢4的长度方向与受力筋1的长度方向相一致，所述角钢4距离盖板顶部及四侧面的距离为15mm。
本实施例中，所述盖板内部结构中的钢筋骨架采用直径为10.7mm的PC钢棒作为受力筋1，直径为8mm的HPB300钢筋作为分布筋2，所述PC钢棒的抗拉强度为1400MPa。
本实施例中，所述角钢4为热轧等边角钢，尺寸为50mm×50mm×5mm，焊接时，所述角钢4的顶角朝上。
本实施例中，所述超高性能混凝土的抗压强度为143.5MPa。
本实施例由角钢和钢筋骨架埋筑在超高性能混凝土中构成。所述钢筋骨架为平行于盖板下端面设置的单层网架，钢筋骨架由分布筋和受力筋组成，分布筋2靠近盖板上端面，受力筋1靠近盖板下端面。所述角钢4为平行于盖板上端面设置的一层，角钢在钢筋骨架上端与钢筋骨架通过焊接紧密贴合，角钢位于距盖板上端面15mm的位置，该15mm的厚度为混凝土保护层厚度；盖板其余部分由超高性能混凝土充分填充。
本实施例中所述的角钢优化超高性能混凝土盖板，实测裂缝荷载为139.2kN，破坏荷载为284.5kN，测试方法参照中国南方电网《电缆沟盖板标准技术标书》。
在未进行角钢替换的双层配筋体系下进行的对比实验中，实测裂缝荷载117.6kN，破坏荷载为232.6kN。
通过上述实验数据可以得出结论：进行角钢优化的超高性能混凝土盖板确实能够提高盖板的极限承载力，对盖板的抗裂性能也有一定的提高。具体的提高幅度是裂缝荷载提高18%，破坏荷载提高22%。
实施例2：
如图3和图4所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述角钢4为热轧不等边角钢，尺寸为63mm×40mm×5mm,焊接时，所述角钢4 的长肢与底层钢筋网片焊接。
本实施例的超高性能混凝土采用优选配合比制备而成，实测抗压强度值为147.5MPa。
本实施例实测盖板裂缝荷载为142.4kN，破坏荷载为294.5kN，测试方法参照中国南方电网《电缆沟盖板标准技术标书》。与实施例1中未进行角钢优化的超高性能混凝土盖板相比，裂缝荷载提高了21%，破坏荷载提高了27%。
实施例3
一种如实施例1所述的角钢优化的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、保护层厚度以及角钢的放置方式，加工钢筋骨架，选择合适的角钢4规格，本实施例盖板的尺寸为1400mm×500mm×80mm，角钢4选用热轧等边角钢，尺寸为50mm×50mm×5mm，钢筋骨架为平行于盖板下端面设置的单层网架，钢筋骨架由分布筋2和受力筋1组成，分布筋2靠近盖板上端面，受力筋1靠近盖板下端面；
2）将角钢4与钢筋骨架焊接固定，使上层角钢平行于底层钢筋骨架，并使两者紧密贴合，焊接时，所述角钢4的顶角朝上；
3）将焊接好的角钢4与钢筋骨架吊入模具模腔内，角钢4靠近模具下端面，并使角钢4与钢筋骨架同上下端面和各侧面留出15mm的保护层厚度；
4）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，角钢4与钢筋骨架被控制在盖板内部并留出符合要求的保护层厚度，超高性能混凝土中所述胶凝材料、砂子、钢纤维、水、减水剂混合，搅拌均匀，搅拌制度为先加入砂子和钢纤维，搅拌3分钟；再加入胶凝材料，搅拌3分钟；最后加入水和减水剂，搅拌8分钟；
5）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，得到角钢优化的超高性能混凝土盖板。
综上所述，本发明的角钢优化超高性能混凝土盖板，将角钢和钢筋的优势结合在了一起，既充分发挥角钢抵抗变形强和承载力高的特点，也保留底层钢筋提高盖板抗裂性能和承载力的作用，能够在双层钢筋配筋体系的基础上进一步提高盖板的承载能力。
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。