本發(fā)明涉及建筑領域，特別是涉及用于沿海地區(qū)、海洋環(huán)境和島礁建設領域中的一種新型高性能復合材料增強珊瑚混凝土結構體系及其施工方法。

背景技術：

在沿海地區(qū)和遠海島礁等地區(qū)，傳統(tǒng)鋼筋混凝土結構和鋼結構工程存在腐蝕嚴重，維護周期短等缺點。據(jù)測算，2009年我國因腐蝕造成的經濟損失超過1萬億元，每秒鐘就有1.5噸鋼鐵被腐蝕。海洋產業(yè)腐蝕損失約占全國全部腐蝕損失1/3，達到6000多億元。海洋工程，尤其是遠離陸地的南海島礁建設工程，還面臨原材料海上運輸困難、建設成本高、建設周期長、結構耐久性差等技術難題，為國家開展大規(guī)模基礎設施建設、戰(zhàn)略物資儲備和海上資源開發(fā)等帶來諸多不便。

本申請采用的纖維增強復合材料(Fiber Reinforced Plastic，簡稱FRP)是指將碳纖維、芳綸纖維、高強玻璃纖維、玄武巖纖維等一種或多種高性能連續(xù)纖維浸漬在耐腐蝕性能良好的樹脂中形成的復合材料，具有輕質、高強、耐久性好、抗腐蝕能力強、可設計性強等優(yōu)點。高性能FRP復合材料包括FRP筋材、網格、圓管、型材、蜂窩等多種形式的復合材料，通過不同形式的靈活組合，來滿足不同結構的使用要求。

珊瑚混凝土是一種使用珊瑚石為粗骨料、珊瑚砂為細骨料、水泥為膠凝材料，并采用海水拌合而成的混凝土，摻合料和外加劑可視具體情況添加。通過使用不同的水泥材料、外加劑和摻合料來制備具有不同性能的珊瑚混凝土。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種新型復合材料與珊瑚混凝土結構體系及其施工方法，解決了背景技術中提到的不足。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種新型復合材料與珊瑚混凝土結構體系，所述結構體系包括FRP高性能 增強結構和珊瑚混凝土基材，

所述FRP高性能增強結構是將高性能連續(xù)纖維浸漬在樹脂中形成的復合材料；

所述珊瑚混凝土基材的成分包括珊瑚石、珊瑚砂、水泥以及海水。

進一步地，所述高性能連續(xù)纖維包括碳纖維、芳綸纖維、高強玻璃纖維以及玄武巖纖維中的一種或多種。

進一步地，所述FRP高性能增強結構包括FRP管、FRP筋、FRP網格以及FRP型材中的一種或幾種。

進一步地，所述珊瑚混凝土基材中各種成分的重量份數(shù)為：珊瑚石22～30份、珊瑚砂45～55份、水泥15～25份以及海水10～20份。

進一步地，所述珊瑚混凝土基材中各種成分的重量份數(shù)為：珊瑚石25～28份、珊瑚砂46～48份、水泥18～20份以及海水12～15份。

進一步地，所述樹脂為耐腐蝕性能良好的樹脂。

進一步地，所述樹脂包括環(huán)氧樹脂。

進一步地，所述珊瑚混凝土基材的成分還包括摻合料和外加劑。

進一步地，所述摻合料包括普通的砂、石或水等；所述外加劑包括固鹽劑、保坍劑、減水劑以及消泡劑中的一種或幾種。

一種新型復合材料與珊瑚混凝土結構體系，所述方法如下：

S1：以FRP高性能增強材料作為結構體系內部的FRP增強骨架；

S2：根據(jù)結構要求，支模板；

S3：珊瑚混凝土制備：(1)對珊瑚骨料進行篩分，以珊瑚砂作為細骨料，珊瑚石作為粗骨料；(2)按比例將水泥與步驟(1)中珊瑚的細骨料和粗骨料進行混合，攪拌均勻；(3)按比例將海水加入到步驟(2)的混合物中，充分攪拌，得珊瑚混凝土；

S4：澆注珊瑚混凝土，并振搗密實，然后進行混凝土養(yǎng)護；

S5：成品保護：①已拆除模板及其支架的結構，在混凝土強度達到設計混 凝土強度等級后，方可承受全部使用荷載；當施工荷載產生的效應比使用荷載產生的效應更為不利時，進行計算，加設臨時支撐；②已澆筑的樓板、樓梯踏步的上表面混凝土要加以保護，必須在混凝土強度達到1.2MPa后方可走人。

進一步地，所述FRP增強骨架包括綁扎FRP筋材、網格、FRP管、蜂窩以及型材中的一種或幾種。

進一步地，在步驟S3的(1)中，用5mm方孔篩進行篩分，5mm以下的珊瑚砂作為細骨料，5mm以上的珊瑚石作為粗骨料。

進一步地，在步驟S3的(3)中加入摻合料和外加劑。

本發(fā)明提供了一種新型復合材料與珊瑚混凝土結構體系及其施工方法，其主要具有的有益效果為：

首先，本發(fā)明采用FRP-珊瑚混凝土，本結構體系可使用不同種類的高性能FRP作為增強材料，具有輕質、高強、耐久性好、抗腐蝕能力強、可設計性強等優(yōu)點。

其次，本發(fā)明的結構體系以珊瑚混凝土作為基材，珊瑚混凝土便于就地取材，提高了施工進度，減少了材料的運輸成本，解決了遠海島礁地區(qū)建筑材料的匱乏等問題。

再次，本發(fā)明的結構體系可用海水進行混合，對于近海地區(qū)而言，取水方便，成本低。

總之，使得本發(fā)明的結構體系具有耐久性好，綜合成本低，施工快捷，全壽命周期的綜合經濟性好，解決了沿海地區(qū)、遠海島礁等地區(qū)普通鋼筋混凝土和鋼結構銹蝕嚴重問題，維護成本高等問題，同時也解決了建筑原材料運輸成本高(個別地區(qū)海上運輸困難)、建設成本高、建設周期長等技術難題。

附圖說明

下面根據(jù)附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

圖1是本發(fā)明實施例所述的FRP管珊瑚混凝土柱的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例所述的FRP型材珊瑚混凝土結構的結構示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例所述的FRP筋材珊瑚混凝土結構的結構示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例所述的FRP筋、FRP網格珊瑚混凝土結構的結構示意 圖；

圖5是本發(fā)明實施例所述的FRP網格珊瑚混凝土結構的結構示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例所述的FRP網格截面示意圖。

具體實施方式

下面以具體實驗案例為例來說明具體實施方式，應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例1

一種新型復合材料與珊瑚混凝土結構體系，所述結構體系包括FRP高性能增強結構和珊瑚混凝土基材，

所述FRP高性能增強結構是將高性能連續(xù)纖維浸漬在樹脂中形成的復合材料；該FRP高性能增強結構包括FRP管5、FRP筋2、FRP網格3以及FRP型材4等中的一種或幾種，如圖1～6所示，一般而言，跟根據(jù)實際強度需要，選擇一種或兩種或幾種，甚至是全部。

所述珊瑚混凝土基材1的成分包括珊瑚石、珊瑚砂、水泥以及海水，如圖1～5所示。

作為進一步優(yōu)選的實施方式，所述高性能連續(xù)纖維包括碳纖維、芳綸纖維、高強玻璃纖維以及玄武巖纖維中的一種或多種。

作為進一步優(yōu)選的實施方式，所述珊瑚混凝土基材中各種成分的重量份數(shù)可以為：(1)珊瑚石22份、珊瑚砂55份、水泥15份以及海水20份；(2)珊瑚石30份、珊瑚砂45份、水泥25份以及海水10份；(3)珊瑚石25份、珊瑚砂48份、水泥18份以及海水15份；(4)珊瑚石28份、珊瑚砂46份、水泥20份以及海水12份；(5)珊瑚石26份、珊瑚砂47份、水泥19份以及海水13份。

作為進一步優(yōu)選的實施方式，所述樹脂為耐腐蝕性能良好的樹脂。

作為進一步優(yōu)選的實施方式，所述樹脂可為環(huán)氧樹脂。

作為進一步優(yōu)選的實施方式，所述珊瑚混凝土基材的成分還包括摻合料和外加劑。

作為進一步優(yōu)選的實施方式，所述外加劑包括固鹽劑、保坍劑、減水劑以 及消泡劑中的至少一種，可選擇加入其中任意一種或任意兩種或任意多種。

各種成分的重量份數(shù)為：固鹽劑2～4份，保坍劑0.01～0.1份，減水劑0.001～0.01份，消泡劑0.001～0.01份。

作為進一步優(yōu)選的實施方式，所述外加劑包括固鹽劑、保坍劑、減水劑、緩凝劑、速凝劑以及消泡劑。

作為進一步優(yōu)選的實施方式，所述摻合料包括普通的砂、石或水等。

實施例2

一種新型復合材料與珊瑚混凝土結構體系，所述方法如下：

S1：以FRP高性能增強結構作為結構體系內部的FRP增強骨架；

S2：根據(jù)結構要求，支模板；

S3：珊瑚混凝土制備：

(1)對珊瑚骨料進行篩分，以珊瑚砂作為細骨料，珊瑚石作為粗骨料；

(2)水泥根據(jù)實際需要采用不同類型的水泥，無特殊要求使用普通P.O42.5的商品水泥，按比例將水泥與步驟(1)中珊瑚的細骨料和粗骨料進行混合，攪拌均勻；

(3)按比例將海水加入到步驟(2)的混合物中，充分攪拌，得珊瑚混凝土；

S4：澆注珊瑚混凝土，并振搗密實，然后進行混凝土養(yǎng)護；

S5：成品保護：

①已拆除模板及其支架的結構，在混凝土強度達到設計混凝土強度等級后，方可承受全部使用荷載；當施工荷載產生的效應比使用荷載產生的效應更為不利時，進行計算，加設臨時支撐；

②已澆筑的樓板、樓梯踏步的上表面混凝土要加以保護，必須在混凝土強度達到1.2MPa后方可走人。

作為進一步優(yōu)選的實施方式，所述FRP增強骨架包括綁扎FRP筋材、網格、FRP管、蜂窩以及型材中的一種或幾種，通過不同形式的靈活組合，來滿足不同結構的使用要求。

作為進一步優(yōu)選的實施方式，在步驟S3的(1)中，用3～8mm方孔篩進行篩分，3～8mm以下的珊瑚砂作為細骨料，3～8mm以上的珊瑚石作為粗骨料。

具體地，可用用5mm方孔篩進行篩分，5mm以下的珊瑚砂作為細骨料，5mm以上的珊瑚石作為粗骨料，當然，也可根據(jù)實際情況選擇3mm或7mm或8mm等的篩子。

作為進一步優(yōu)選的實施方式，在步驟S3的(3)中加入摻合料和外加劑，該摻合料和外加劑可視具體情況添加。

作為進一步優(yōu)選的實施方式，F(xiàn)RP高性能增強材料是指將碳纖維、芳綸纖維、高強玻璃纖維、玄武巖纖維等一種或多種高性能連續(xù)纖維浸漬在耐腐蝕性能良好的樹脂中形成的復合材料，具有輕質、高強、耐久性好、可設計性強等優(yōu)點。

所述珊瑚混凝土基材是一種使用珊瑚石為粗骨料、珊瑚砂為細骨料、水泥為膠凝材料，并采用海水拌合而成的混凝土，珊瑚石、珊瑚砂、水泥以及海水的量如實施例1所示。

實施例3

本發(fā)明采用FRP-珊瑚混凝土與普通鋼筋混凝土相比，主要具有如下優(yōu)點：

(1)在海洋環(huán)境下，同普通鋼筋混凝土和鋼結構比較，F(xiàn)RP-珊瑚混凝土具有耐腐蝕好、耐久性好、全壽命周期下經濟性更好。

(2)在海洋環(huán)境下，同F(xiàn)RP增強普通混凝土比較，F(xiàn)RP-珊瑚混凝土具有就地取材(特別是在遠海地區(qū))減少運輸成本、提高工程進度、施工便捷等優(yōu)點。

(3)同普通鋼筋混凝土比較，F(xiàn)RP-珊瑚混凝土使用海水拌合，節(jié)約淡水資源，減少運輸成本等優(yōu)點。

實施例4

本發(fā)明采用珊瑚、海水為原料，就地取材，節(jié)省大量的成本費、運費等；采用FRP高性能增強材料作為結構體系內部的FRP增強骨架，輕質、高強、耐久性好，運輸方便，節(jié)省費用；因此，本發(fā)明的FRP-珊瑚混凝土結構體系成本大大的降低，對于沿海地區(qū)而言，成本降低約32％～50％。

本發(fā)明的FRP-珊瑚混凝土結構體系耐腐蝕，壽命長，一般而言，壽命比普 通混凝土機構多3～8年。

據(jù)不完全統(tǒng)計，2009年我國因腐蝕造成的經濟損失超過1萬億元，每秒鐘就有1.5噸鋼鐵被腐蝕；海洋產業(yè)腐蝕損失約占全國全部腐蝕損失1/3，達到6000多億元。

如果采用本發(fā)明的結構體系，不僅成本極大的降低，而且每年節(jié)省維修和更換費用至少幾百億，因此，本發(fā)明對于本領域而言，具有極其重要的現(xiàn)實意義。

具體實施時，本發(fā)明通過使用不同的水泥材料、外加劑和摻合料來制備具有不同性能的珊瑚混凝土，抗壓強度為能夠達到35Mpa。

本發(fā)明通過選用不同形式的FRP復合材料或形狀和珊瑚混凝土組合不同的結構體系，來滿足結構的承載能力、使用功能和施工工藝等要求，更好地發(fā)揮FRP材料和珊瑚混凝土的各自優(yōu)勢。

最后應說明的是：以上所述的各實施例僅用于說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或全部技術特征進行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。