一種防凍拔粘結弱化的自愈合混凝土樁的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種防凍拔粘結弱化的自愈合混凝土樁，為了提高鋼筋與混凝土之間的粘結性能，在鋼筋上纏繞通過條狀聚丙烯織物串聯在一起的鋼制膠囊串。本發(fā)明能顯著改善混凝土的抗拉和抗剪強度，而且能大大增強混凝土的韌性，進而提高其抗震性能；可以顯著的增大鋼筋與混凝土的臨界粘結應力，由于聚丙烯自身很好的塑性和韌性及對溫度的適應性，在凍融過程中能對鋼筋與混凝土之間的凍拔剝離和劣化有極強的抵抗能力；由于鋼制膠囊在混凝土中的位置和取向隨機分布，則各個方向的裂縫都有鋼制膠囊破裂對其進行修復愈合。由于樁中的混凝土采用自密實混凝土，可以避免混凝土中的鋼制膠囊在振搗過程中破裂。
【專利說明】
-種防凍拔粘結弱化的自愈合混凝±巧
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于防凍拔破壞技術領域，具體的說是一種防凍拔粘結弱化的自愈合混凝 ±粧。
【背景技術】
[0002] 在寒冷地區(qū)，由于±體凍結產生的膨脹變形受到粧基礎的限制，故在粧基礎表面 將產生切向凍脹力。隨著季節(jié)凍融層凍結深度的加大，粧周的切向凍脹力會逐漸變大。當粧 基埋入的深度較深或者采用擴底粧時，在切向凍脹力的作用下，混凝±開裂，粧基內部的鋼 筋與混凝±產生粘結滑移。
[0003] 目前，主要采用的方法是在粧側換填非凍脹性材料，一般采用粗砂、卵石、爐渣等 非凍脹粗顆粒材料。但是，運種方法會對上體產生擾動，影響粧基的穩(wěn)定性。
[0004] 另一種方法是在粧側設置隔熱保溫層或埋設電熱絲保持±體溫度減輕±體凍結 程度，通過減少凍深來減小切向凍脹力。由于運種方法施工復雜，成本較高，應用受到極大 制約，且從長期營運角度，并不是一種經濟適用且耐久的粧基。
[0005] 還有一種方法是減小粧截面的尺寸或增大鋼筋的直徑。減小粧截面的尺寸可W減 小粧周的切向凍脹力，增大鋼筋的直徑可W增大鋼筋與混凝±的臨界粘結應力。但是減小 粧截面的尺寸會降低粧的臨界承載力；增大鋼筋的直徑提高了成本，并且有可能出現超筋 的情況;因此，運種方法也不實用。
[0006] 更值得關注的是，上述方法均沒有考慮凍融過程中，混凝±與鋼筋之間較大的力 學性能差異更為顯著，表現在凍拔過程中混凝上與鋼筋之間粘結性能的劣化，甚至出現兩 者之間的脫落，對粧基礎的長期運營是極為惡劣的潛在危害。

【發(fā)明內容】

[0007] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種防凍拔粘結弱化的自愈合混凝±粧。 [000引本發(fā)明所采用的技術方案是：一種防凍拔粘結弱化的自愈合混凝±粧，其特征在 于:在混凝±攬拌的過程中，放入鋼制膠囊，待攬拌均勻后誘入事先準備的混凝±粧模型 中；同時為了提高鋼與混凝±之間的粘結性能，在鋼筋上纏繞通過條狀聚丙締織物串聯在 一起的鋼制膠囊串。
[0009] 作為優(yōu)選，所述鋼制膠囊由鋼制膠囊壁、結構膠、環(huán)狀陶瓷組成;所述鋼制膠囊壁 內部充填有結構膠，所述環(huán)狀陶瓷設置在所述鋼制膠囊的中部。
[0010] 作為優(yōu)選，所述鋼制膠囊壁由低溫高初性高強度鋼材制作而成，厚度為1~2mm;所 述環(huán)狀陶瓷的壁厚為0.2~0.3mm，高度為2~2.5mm，內徑與鋼制膠囊壁的內徑大小一樣，設 置在所述鋼制膠囊壁中部凹槽內。
[0011] 作為優(yōu)選，所述鋼制膠囊壁表面設置有凹凸立體花紋。
[0012] 作為優(yōu)選，所述鋼制膠囊的長度為18~23mm，直徑為5~8mm，體積滲量為10~ 15%。
[0013] 作為優(yōu)選，所述條狀聚丙締織物由單絲纖維編織而成，厚度0.1mm，寬度為2~4mm， 纏繞在鋼筋上的密度是Im長度范圍內串聯35~40個鋼制膠囊。
[0014] 作為優(yōu)選，所述混凝±采用自密實混凝±，能避免振搗過程中鋼制膠囊的破裂。
[0015] 作為優(yōu)選，所述鋼制膠囊的體積滲量化的計算公式為：
[0016]
[0017]式中，fft為鋼制膠囊混凝±的配制抗拉強度;ft為基體混凝±抗拉強度、lf/df為鋼 制膠囊的長徑比;Qt為經驗系數。
[001引本發(fā)明的優(yōu)點是：
[0019] 1、由于鋼制膠囊壁的材料為低溫高初性高強度鋼材，滲入混凝±后不僅能顯著改 善混凝±的抗拉和抗剪強度，而且能大大增強混凝±的初性，進而提高其抗震性能。由于鋼 制膠囊壁的表面設置有凹凸立體花紋，滲入混凝±后能增強膠囊自身與混凝±的結合能 力。由于鋼制膠囊中部的陶瓷是脆性材料，厚度適當，能及時破損，內部結構膠體即時流出 修補裂紋。陶瓷材料自身性能穩(wěn)定，對溫度適應性好，不會因混凝±中水泥的水化熱而提前 烙融失效。
[0020] 2、鋼筋上纏繞有鋼制膠囊串，相當于增大了鋼筋與混凝±的接觸面積，可W顯著 的提高鋼筋與混凝±的粘結性能。由于條狀聚丙締織物強度高，初性好，與混凝±及鋼筋均 有較好的結合性能，可W顯著的增大鋼筋與混凝±的臨界粘結應力，由于聚丙締自身很好 的塑性和初性及對溫度的適應性，在凍融過程中能對鋼筋與混凝±之間的凍拔剝離和劣化 有極強的抵抗能力。
[0021 ] 3、由于鋼制膠囊在混凝±中的位置和取向隨機分布，則各個方向的裂縫都有鋼制 膠囊破裂對其進行修復愈合。由于粧中的混凝±采用自密實混凝±，可W避免混凝±中的 鋼制膠囊在振搗過程中破裂。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明實施例的粧截面中鋼制膠囊的分布圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明實施例的鋼制膠囊串在鋼筋上的分布圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明實施例的條狀聚丙締織物示意圖；
[0025] 圖4為本發(fā)明實施例的鋼制膠囊與條狀聚丙締織物的連接結構圖；
[0026] 圖5為本發(fā)明實施例的鋼制膠囊的結構圖；
[0027] 圖6為本發(fā)明實施例的鋼制膠囊壁沿a-a的橫剖面；
[0028] 圖7為本發(fā)明實施例的環(huán)狀陶瓷與鋼制膠囊壁的相對位置圖。
【具體實施方式】
[0029] 為了便于本領域普通技術人員理解和實施本發(fā)明，下面結合附圖及實施例對本發(fā) 明作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0030] 請見圖1-圖7,本發(fā)明提供的一種防凍拔粘結弱化的自愈合混凝±粧，在混凝±2 攬拌的過程中，放入鋼制膠囊1，待攬拌均勻后誘入事先準備的混凝±粧模型中；同時為了 提高鋼筋3與混凝±2之間的粘結性能，在鋼筋3上纏繞通過條狀聚丙締織物4串聯在一起的 鋼制膠囊1串。
[0031] 當作用在粧基礎表面的切向凍脹力足夠大時，粧體的局部將被拉斷，即混凝±2開 裂和鋼筋3與混凝±2之間握裹力劣化甚至喪失而產生滑移。為了提高鋼筋3與混凝±2之間 的粘結性能，在鋼筋2上纏繞鋼制膠囊串。條狀聚丙締織物5的厚度(t)和寬度(b)不能太大， 同時也不能太小，否則對提高粘結性能無顯著效果。綜上，條狀聚丙締織物5由單絲纖維編 織而成，厚度0.1mm，寬度為2~4mm，纏繞在鋼筋3上的密度約Im長度范圍內串聯35~40個鋼 制膠囊1。
[0032] 本實施例的鋼制膠囊1由鋼制膠囊壁5、結構膠6、環(huán)狀陶瓷7組成;鋼制膠囊壁5內 部充填有結構膠6,環(huán)狀陶瓷7設置在鋼制膠囊1的中部。為了保證鋼制膠囊1有一定的剛度， 并且在滲入混凝±后可W提高其強度和初性，鋼制膠囊壁5的材料采用低溫高初性高強度 鋼材，并且厚度取為1~2mm。為了使鋼制膠囊1在混凝±產生裂縫后能及時破裂，環(huán)狀陶瓷7 的壁厚為0.2~0.3mm，高度為2~2.5mm，內徑與鋼制膠囊壁6的內徑大小一樣，設置在鋼制 膠囊壁5中部凹槽內。為了改善鋼制膠囊1與混凝±2的粘結性能，在其表面設置有凹凸立體 花紋8。為了保證愈合后的混凝±裂縫不再開裂，鋼制膠囊內部的修復膠黏劑必須具有較高 的粘結強度，且膠粘劑固化后本身強度好，故修復膠黏劑采用結構膠6。
[0033] 鋼制膠囊1的長度（If)和直徑(df)不能太小，否則其內部的體積過小，將影響其愈 合性能;但也不能太大，因為鋼制膠囊1太長不僅難W在混凝±中分散均勻，而且會在攬拌 過程中容易破裂，影響鋼制膠囊1作用的發(fā)揮。本實施例的鋼制膠囊1的長度取為18~23mm， 直徑為5~8mm，體積滲量為10~15%。
[0034] 本實施例的混凝±2采用自密實混凝±，可W避免振搗過程中鋼制膠囊1的破裂。 由于水灰比和水泥強度等級對混凝±2的抗壓強度影響較大；鋼制膠囊1的體積率和長徑 比、水泥強度等級對混凝±2的抗拉強度影響較大;砂率和用水量對混凝±2的和易性影響 較大。所W，W抗壓強度與水灰比、水泥強度的關系確定水灰比；W抗拉強度與水灰比、鋼制 膠囊體積率的關系確定鋼制膠囊體積率;然后根據和易性的要求確定砂率和用水量，得到 計算配合比，最后根據施工條件進行調整，得到施工配合比。
[0035] 本實施例的自密實混凝±配合比的設計過程如下：
[0036] (1)首先按結構強度要求選擇水泥，按水泥實際強度fee和統(tǒng)計標準差確定配制強 度ffcu。然后根據配制強度ffcu與水灰比W/C、水泥實際強度fee的關系確定水灰比。由于它們 之間的關系已有經驗公式為:ffcu =日lfce(C/W-&)，則水灰比的計算公式如下：
[0037]
[003引式中，Qi和01為經驗系數，日1 = 0.46,執(zhí)= 0.07。
[0039] (2)利用鋼制膠囊混凝±的配制抗拉強度fft與基體混凝±抗拉強度ft、鋼制膠囊 的體積率Pf、長徑比If/df的關系確定鋼制膠囊的體積滲量。由于配制抗拉強度fft隨著基體 混凝±抗拉強度ft、鋼制膠囊的體積滲量Pf和長徑比If/df的增大而增大，故假定它們的關 系為：
[0040] fft = QtftPflfZdf
[0041 ]則鋼制膠囊的體積滲量為：
[0042]
[0043] 式中，at為經驗系數，日t = 0.45。
[0044] (3)在初步確定水灰比和鋼制膠囊的體積滲量后，根據和易性的要求確定砂率和 用水量，得到計算配合比。
[0045] (4)在計算配合比的基礎上，通過試驗并結合施工現場的條件調整計算配合比，得 到最終的施工配合比。
[0046] 本實施例在混凝±2攬拌的過程中，放入鋼制膠囊1，待攬拌均勻后，則鋼制膠囊1 在混凝±2中的位置分布均勻，鋼制膠囊1的取向則是隨機的。
[0047] 盡管本說明書較多地使用了鋼制膠囊1、自密實混凝±2、鋼筋3、條狀聚丙締織物 4、鋼制膠囊壁5、結構膠6、環(huán)狀陶瓷7和凹凸立體花紋8等術語，但并不排除使用其他術語的 可能性。使用運些術語僅僅是為了更方便的描述本發(fā)明的本質，把它們解釋成任何一種附 加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
[0048] 應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現有技術。
[0049] 應當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本 發(fā)明專利保護范圍的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權 利要求所保護的范圍情況下，還可W做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內，本發(fā) 明的請求保護范圍應W所附權利要求為準。
【主權項】
1. 一種防凍拔粘結弱化的自愈合混凝土粧，其特征在于:在混凝土 (2)攪拌的過程中， 放入鋼制膠囊（1)，待攪拌均勻后澆入事先準備的混凝土粧模型中；同時為了提高鋼筋（3) 與混凝土(2)之間的粘結性能，在鋼筋（3)上纏繞通過條狀聚丙烯織物(4)串聯在一起的鋼 制膠囊(1)串。2. 根據權利要求1所述的防凍拔粘結弱化的自愈合混凝土粧，其特征在于:所述鋼制膠 囊（1)由鋼制膠囊壁(5)、結構膠(6)、環(huán)狀陶瓷(7)組成;所述鋼制膠囊壁(5)內部充填有結 構膠(6)，所述環(huán)狀陶瓷(7)設置在所述鋼制膠囊(1)的中部。3. 根據權利要求2所述的防凍拔粘結弱化的自愈合混凝土粧，其特征在于:所述鋼制膠 囊壁(5)由低溫高韌性高強度鋼材制作而成，厚度為1~2_;所述環(huán)狀陶瓷(6)的壁厚為0.2 ~0 · 3mm，高度為2~2· 5mm，內徑與鋼制膠囊壁(5)的內徑大小一樣，設置在所述鋼制膠囊壁 (5)中部凹槽內。4. 根據權利要求2或3所述的防凍拔粘結弱化的自愈合混凝土粧，其特征在于:所述鋼 制膠囊壁(5)表面設置有凹凸立體花紋(8)。5. 根據權利要求1所述的防凍拔粘結弱化的自愈合混凝土粧，其特征在于:所述鋼制膠 囊(1)的長度為18~23mm，直徑為5~8mm，體積摻量為10~15%。6. 根據權利要求1所述的防凍拔粘結弱化的自愈合混凝土粧，其特征在于:所述條狀聚 丙烯織物(4)由單絲纖維編織而成，厚度0.1mm，寬度為2~4mm，纏繞在鋼筋上的密度是lm長 度范圍內串聯35~40個鋼制膠囊（1)。7. 根據權利要求1所述的防凍拔粘結弱化的自愈合混凝土粧，其特征在于:所述混凝土 (2)采用自密實混凝土，能避免振搗過程中鋼制膠囊(1)的破裂。8. 根據權利要求1、2、3、5、6或7所述的防凍拔粘結弱化的自愈合混凝土粧，其特征在 于:所述鋼制膠囊(1)的體積摻量Pf的計算公式為：式中，fft為鋼制膠囊混凝土的配制抗拉強度;ft為基體混凝土抗拉強度、lf/df為鋼制膠 囊的長徑比;at為經驗系數。
【文檔編號】E02D27/35GK105821832SQ201610169402
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】王若林, 朱道佩, 張慧敏
【申請人】武漢大學