專利名稱：一種鋼管高延性纖維混凝土組合柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑中的鋼管混凝土柱，具體為一種鋼管高延性纖維混凝土組合柱。
背景技術(shù)：
鋼管混凝土柱廣泛應(yīng)用于我國的大型工業(yè)建筑與高層和超高層民用建筑領(lǐng)域，但由于混凝土材料自身的脆性，其抗拉、抗剪和抗彎強(qiáng)度都較低，且與鋼管之間的粘結(jié)性能差，在一定程度上影響鋼管混凝土柱的整體性和穩(wěn)定性，對結(jié)構(gòu)抗震不利，且震后修復(fù)困難。采用高強(qiáng)混凝土?xí)r，若鋼管對混凝土的約束不足，容易發(fā)生剪切脆性破壞，導(dǎo)致鋼管混凝土柱未能充分發(fā)揮鋼材和高強(qiáng)混凝土兩種材料各自的力學(xué)性能優(yōu)勢，甚至引起鋼管混凝土柱的承載力、剛度和延性下降。因此，現(xiàn)有的鋼管混凝土柱不能充分發(fā)揮鋼管較高的抗壓強(qiáng)度和優(yōu)良的力學(xué)特性，在一定程度上限制其在高層建筑結(jié)構(gòu)及復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
發(fā)明內(nèi)容
·本發(fā)明的目的在于提供一種強(qiáng)度高、延性和抗震性能好、澆注材料與鋼管粘結(jié)性能良好的鋼管高延性纖維混凝土組合柱。為此，本發(fā)明提供的鋼管高延性纖維混凝土組合柱包括鋼管，所述鋼管內(nèi)澆筑有高延性纖維混凝土，所述的高延性纖維混凝土的組分為水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纖維和水，其中，按重量百分比計，水泥粉煤灰娃灰砂水=1 :0.9 :0. I :0. 76 :0. 58 ;以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均勻后的總體積為基數(shù)，PVA纖維的體積摻量為I. 5%。優(yōu)選的，上述水泥為P. O. 52. 5R硅酸鹽水泥；上述粉煤灰為I級粉煤灰；上述硅灰的燒失量小于6%、二氧化娃含量大于85%、比表面積大于15000m2/kg ;上述砂的最大粒徑為I. 26mm ;上述PVA纖維的長度為6 12mm、直徑為26 μ m以上、抗拉強(qiáng)度為1200MPa以上、彈性模量為30GPa以上。優(yōu)選的，上述高延性纖維混凝土中添加有減水率為30%以上的聚羧酸減水劑，且減水劑的添加量為粉煤灰、硅灰和水泥總質(zhì)量的O. 8%。優(yōu)選的，上述高延性纖維混凝土的制備方法為將水泥、硅灰、粉煤灰和砂干拌均勻后加入減水劑和80%的水?dāng)嚢杈鶆颍恢笤偌尤隤VA纖維攪拌均勻后加入剩余20%的水?dāng)嚢杈鶆蚣吹酶哐有岳w維混凝土。本發(fā)明鋼管高延性纖維混凝土組合柱由高延性纖維混凝土與鋼管組合，可利用較高強(qiáng)度和韌性的高延性纖維混凝土與鋼管很好地粘結(jié)在一起，以極大地提高鋼管高延性纖維混凝土組合柱整體性能和延性，從而大幅度提高鋼管高延性纖維混凝土組合柱的受力性能和抗震性能。與現(xiàn)有的普通鋼管混凝土柱相比，本發(fā)明具有如下的特點(I)本發(fā)明采用的高延性纖維混凝土抗壓強(qiáng)度可達(dá)到60MPa以上，極限拉應(yīng)變可達(dá)到普通混凝土的100倍以上，具有類似鋼材的塑性變形能力，與鋼管和鋼筋之間有良好的粘結(jié)性能，是一種具有聞強(qiáng)度、聞延性、聞耐久性和聞耐損傷能力的生態(tài)建筑材料。
(2)本發(fā)明利用高延性纖維混凝土與鋼管之間的良好粘結(jié)性能，可極大地增加鋼管高延性纖維混凝土組合柱的整體性能和延性。(3)本發(fā)明具有良好的耐久性，可延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，大幅度提高鋼管組合柱的承載力和抗震性能，減 少甚至免去強(qiáng)震后修復(fù)的工作。
以下結(jié)合附圖
和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖I是本發(fā)明實施例I的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中各代碼表示1-鋼管、2-高延性纖維混凝土。
具體實施例方式本發(fā)明的鋼管高延性纖維混凝土組合柱與傳統(tǒng)的鋼管混凝土柱的區(qū)別在于，其澆注材料為高延性纖維混凝土。以下是發(fā)明人提供的實施例，以對本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)解釋說明。實施例I :遵循本發(fā)明的技術(shù)方案，如圖I所示，本實施例中鋼管高延性纖維混凝土組合柱的鋼管I截面外直徑為800mm，厚度20mm，高4. 8m，采用Q345鋼材。其結(jié)構(gòu)為鋼管I和澆注與鋼管I中的高延性纖維混凝土 2。其具體施工過程為步驟一，放置并安裝鋼管；步驟二，澆注高延性纖維混凝土，養(yǎng)護(hù)7天后即得該實施例的鋼管高延性纖維混凝土組合柱。該實施例中的高延性纖維混凝土的組分為水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纖維、減水劑和水，其中，按質(zhì)量百分比計，水泥粉煤灰硅灰砂:水=1 :0. 9 :0. I :0. 76 :0. 58 ;以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均勻后的總體積為基數(shù)，PVA纖維(聚乙烯醇纖維)的體積摻量為1.5% ;減水劑的添加量為水泥、粉煤灰和娃灰總質(zhì)量的O. 8%。其中砂的最大粒徑為I. 26mm ；PVA纖維為上海羅洋科技有限公司生產(chǎn)的PA600型纖維，長度為8mm，直徑為26 μ m,抗拉強(qiáng)度為1200MPa，彈性模量為30GPa ;水泥為P. O. 52. 5R硅酸鹽水泥；粉煤灰為I級粉煤灰；所用硅灰的燒失量為5 %，二氧化硅含量為88%，比表面積為18000m2/kg ;減水劑為減水率在30%以上的聚羧酸高效減水劑，聚羧酸減水劑為江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的PGA - I型聚羧酸高性能減水劑。上述高延性纖維混凝土的攪拌方法為首先將水泥、粉煤灰、硅灰和砂倒入強(qiáng)制式攪拌機(jī)中干拌2 3分鐘；再加入減水劑和80%的水；然后加入PVA纖維再攪拌2分鐘后加入剩余20%的水，攪拌I 2分鐘。以下是發(fā)明人提供的關(guān)于本實施例的高延性纖維混凝土的力學(xué)性能試驗及其結(jié)
果O(I)采用70. 7mmX70. 7mmX70. 7mm的標(biāo)準(zhǔn)試模制作立方體試塊，按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方法
養(yǎng)護(hù)60天，進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度試驗。試驗結(jié)果表明高延性纖維混凝土試塊抗壓強(qiáng)度平均值為65MPa，試塊達(dá)到峰值荷載后卸載再進(jìn)行第二次加載，殘余抗壓強(qiáng)度可達(dá)到峰值荷載的80%，試塊破壞過程具有明顯抗壓韌性。(2)采用40mmX40mmX 160mm的標(biāo)準(zhǔn)試模制作棱柱體抗彎試件，按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方法養(yǎng)護(hù)60天，進(jìn)行抗彎性能試驗。試驗結(jié)果表明高延性纖維混凝土試件的初裂強(qiáng)度為4. 8MPa，試件開裂以后承載力繼續(xù)提高，極限強(qiáng)度為10. IMPa，達(dá)到峰值荷載后承載力下降緩慢，按照ASTM C1018法計算所得的彎曲韌性系數(shù)其彎曲韌性15、110> 12(|、I30分別為6. 2、14. 5,33. 0,50. 6，表明具有很高的彎曲韌性。(3)采用50mmX 15mmX350mm的試模制作拉伸試塊，按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方法養(yǎng)護(hù)60天，進(jìn)行直接拉伸試驗。結(jié)果表明高延性纖維混凝土試件單軸抗拉強(qiáng)度平均值為3. 6MPa，極限拉應(yīng)變可達(dá)到I. 2%，試件開裂以后承載力基本保持不變，具有良好的抗拉韌性，破壞過程中出現(xiàn)10余條裂縫。以上試驗表明，高延性纖維混凝土的極限拉應(yīng)變遠(yuǎn)高于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》 GB50010中普通混凝土的極限拉應(yīng)變，高延性纖維混凝土受壓、受拉、受彎破壞時均具有較高的韌性，其破壞特征與普通混凝土發(fā)生脆性破壞具有明顯不同。實施例2 本實施例中鋼管高延性纖維混凝土組合柱的鋼管I截面尺寸為500mmX 500mm,厚度為20mm，高4. 2m ;采用Q345鋼材，其他施工工序均與實施例I相同。上述實施例的高延性纖維混凝土的上述力學(xué)特性表明，采用高延性纖維混凝土制成的混凝土高強(qiáng)度、高延性，不易發(fā)生脆性破壞。用它澆筑成鋼管高延性混凝土組合柱，可充分利用鋼管和高延性纖維混凝土這兩種材料的力學(xué)性能，從而提高鋼管混凝土柱整體工作的性能、抗裂和抗震性。同時利用高延性纖維混凝土良好的耐久性，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，可減低成本。本發(fā)明可用于大型工業(yè)建筑、高層建筑和超高層建筑中承受較大豎向荷載和水平荷載的柱。
權(quán)利要求
1.一種鋼管高延性纖維混凝土組合柱，包括鋼管，其特征在于，所述鋼管內(nèi)澆筑有高延性纖維混凝土，所述的高延性纖維混凝土的組分為水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纖維和水，其中，按重量百分比計，水泥粉煤灰硅灰砂水=1 :0.9 :0.1 :0.76 :0.58 ;以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均勻后的總體積為基數(shù)，PVA纖維的體積摻量為I. 5%。
2.如權(quán)利要求I所述的鋼管高延性纖維混凝土組合柱，其特征在于，所述水泥的為P. O. 52. 5R娃酸鹽水泥；所述的粉煤灰為I級粉煤灰；所述的娃灰的燒失量小于6%、二氧化娃含量大于85%、比表面積大于15000m2/kg ;所述的砂的最大粒徑為I. 26mm ;所述的PVA纖維的長度為6 12mm、直徑為26 μ m以上、抗拉強(qiáng)度為1200MPa以上、彈性模量為30GPa以上。
3.如權(quán)利要求2所述的鋼管高延性纖維混凝土組合柱，其特征在于，所述高延性纖維混凝土中添加有減水率為30%以上的聚羧酸減水劑，且減水劑的添加量為粉煤灰、硅灰和水泥總質(zhì)量的O. 8%。
4.如權(quán)利要求3所述的鋼管高延性纖維混凝土組合柱，其特征在于，上述高延性纖維混凝土的制備方法為將水泥、硅灰、粉煤灰和砂干拌均勻后加入減水劑和80%的水?dāng)嚢杈鶆?；之后再加入PVA纖維攪拌均勻后加入剩余20%的水?dāng)嚢杈鶆蚣吹酶哐有岳w維混凝土。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋼管高延性纖維混凝土組合柱，以解決現(xiàn)有的鋼管混凝土柱因混凝土材料自身的脆性、抗拉、抗剪和抗彎強(qiáng)度較低以及與鋼管之間的粘結(jié)性能差的原因，而存在的整體性和穩(wěn)定性差的問題。本發(fā)明鋼管高延性纖維混凝土組合柱由鋼管和澆筑于鋼管內(nèi)的高延性纖維混凝土組成。本發(fā)明鋼管高延性纖維混凝土組合柱的延性、整體性和抗震抗裂性能以及混凝土與鋼管粘結(jié)性能均可優(yōu)于傳統(tǒng)的鋼管混凝土柱。
文檔編號E04C3/34GK102888946SQ20121043507
公開日2013年1月23日 申請日期2012年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月4日
發(fā)明者鄧明科, 梁興文, 樊鑫淼 申請人:西安建筑科技大學(xué)