本发明专利技术涉及改性GFRP筋与钢筋增强混凝土防腐桩及制备方法。本发明专利技术采用碳纳米管改性的GFRP受力筋替代部分钢筋受力筋，并用箍筋将GFRP受力筋和钢筋受力筋固定形成横截面为长方形的加筋骨架笼；并由混凝土浇筑加筋骨架笼内形成桩；其中，改性GFRP受力筋和钢筋受力筋均匀排布于加筋骨架笼的两短边侧，加筋骨架笼的每一短边侧排布的改性GFRP受力筋和钢筋受力筋呈交替排布；本发明专利技术的改性GFRP筋具有优异的耐腐蚀性及强度大大提升，同时解决了用GFRP筋完全替代钢筋韧性差等缺陷；且本发明专利技术采用的混凝土中掺入了适量的碳纳米管，使得混凝土结构更加密实，减缓氯离子渗透速率，提高耐腐蚀性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于土木工程、沿海水利工程等
，涉及改性GFRP筋与钢筋增强混凝土防腐桩及制备方法。
技术介绍
混凝土的PH在11～13之间，呈弱碱性，研究发现，钢筋在致密且碱性的环境下表面可形成一层钝化膜，可防止钢筋腐蚀。但由于混凝土密实度不够或裂缝等原因,造成钢筋的保护层不够,在侵蚀性气体、氯化物、CO2、S02和酸雨、酸性水等的作用下,钢筋会产生腐蚀。钢筋腐蚀后体积增加了2-10倍,对周围混凝土产生压力,将使混凝土沿钢筋方向开裂,进而使保护层成片脱落,而裂缝及保护层的剥落又进一步导致更剧烈的腐蚀，改变结构受力状态和降低结构的耐久性。钢筋腐蚀严重时,钢筋横截面减少,应力过大,钢筋混凝土复合结构在钢筋屈服前,受刀裂缝不明显,一旦出现明显的受力裂缝,这时钢筋已经屈服,构件即将破坏，结构的破坏形态从有预兆的受弯塑性破坏变为无预兆的少筋或剪切脆性破坏。玻璃纤维复合材料(Glass Fiber Reinforced Plastics，GFRP)筋密度小、强度高、抗磁干扰能力强、耐腐蚀性能好，被认为是一种可以替代钢筋应用于海港工程的新型材料。已有研究者使用GFRP筋代替钢筋混凝土中的全部钢筋；如中国专利申请(CN101343870A)报道了一种纤维增强复合材料筋混凝土桩，其中采用FRP替代钢筋构成FRP混凝土桩，由于FRP对盐类具有极强的抗蚀能力，能够解决筋材耐久性问题。然而，GFRP筋的韧性比钢筋小的多，可能会发生脆断，在酸性或碱性或盐环境下的长期力学性能均有不同程度的降低，这些性能会影响结构安全性。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足而提供一种改性GFRP筋与钢筋增强混凝土防腐桩及制备方法。本专利技术采用碳纳米管改性的GFRP，使得改性后的改性GFRP筋具有优异的耐腐蚀性，使得改性GFRP筋的强度也大大提升；且本专利技术用部分改性GFRP筋替代部分钢筋，采用改性GFRP筋和钢筋共同充当受力筋的技术，既解决了钢筋在沿海环境中不耐腐蚀的缺陷，同时由于改性GFRP筋韧性差，钢筋仍能够防止构件脆断；本专利技术中的混凝土掺入适量的碳纳米管，使得混凝土结构更加密实，减缓氯离子渗透速率，提高耐腐蚀性。本专利技术为实现上述技术目的采用的技术方案为：改性GFRP筋与钢筋增强混凝土防腐桩，所述改性GFRP筋与钢筋增强混凝土防腐桩由混凝土浇筑加筋骨架笼内形成，其特征在于，所述加筋骨架笼由改性GFRP受力筋、钢筋受力筋和箍筋构成，箍筋用于将改性GFRP受力筋和钢筋受力筋固定形成加筋骨架笼；所述加筋骨架笼的横截面为长方形；所述改性GFRP受力筋和钢筋受力筋均匀排布于加筋骨架笼的两短边侧，其中加筋骨架笼的每一短边侧排布的改性GFRP受力筋和钢筋受力筋呈交替排布；其中，所述改性GFRP受力筋包括以质量百分比计的以下组分组成：玻璃纤维67％—76％，乙烯基树脂20％—30％，碳纳米管0.04％—0.3％，纳米蒙脱土0.03％—0.3％，阻聚剂0.04％-0.05％，固化剂0.3％—0.6％，乙二醇2％—4.5％；所述混凝土中包含有质量百分比为0.03-0.08％的碳纳米管。本专利技术提出的改性GFRP筋与钢筋增强混凝土防腐桩的进一步优选方案为：其中，加筋骨架笼两短边侧排布的改性GFRP受力筋和钢筋受力筋的规格和数量相对应；本专利技术不局限于此，可以根据设计需要，来设计加筋骨架笼两短边侧排布的改性GFRP受力筋和钢筋受力筋的规格和数量。其中，加筋骨架笼的每一短边侧均均匀排布2根改性GFRP受力筋和2根钢筋受力筋，且改性GFRP受力筋和钢筋受力筋呈现交替排布。其中，所述改性GFRP受力筋的半径为10-14cm，所述箍筋的半径为10-14cm，所述钢筋受力筋的半径为12-16cm；所述加筋骨架笼的每一短边侧呈现交替排布的改性GFRP受力筋与钢筋受力筋间的距离为18-22cm。其中，加筋骨架笼的尺寸设计为长为90cm、宽17cm、高为800cm。混凝土保护层的厚度为40-50cm。其中，玻璃纤维为A玻璃纤维；混凝土强度等级为C40-C70。其中，混凝土包括以质量百分比计的以下组分组成：硅酸盐水泥11.9-12.9％、砂21.4-22.7％、碎石53-54％、水6.4-6.8％、矿渣4.9-6％、碳纳米管0.03-0.08％、减水剂0.4-0.7％。本专利技术采用固化剂优选为乙二胺，本专利技术采用的阻聚剂优选为醌类阻聚剂。本专利技术进一步提出了改性GFRP筋与钢筋增强混凝土防腐桩的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：加筋骨架笼制作：选取直径为10-14cm的改性GFRP受力筋，直径为10-14cm的箍筋，直径为12-16cm的钢筋受力筋，用箍筋将改性GFRP受力筋和钢筋受力筋固定形成加筋骨架笼；所述加筋骨架笼的横截面为长方形；其中，改性GFRP受力筋和钢筋受力筋均匀排布于加筋骨架笼的两短边侧，其中加筋骨架笼的每一短边侧排布的改性GFRP受力筋和钢筋受力筋呈交替排布；其中，所述改性GFRP受力筋包括以质量百分比计的以下组分组成：玻璃纤维67％—76％，乙烯基树脂20％—30％，碳纳米管0.04％—0.3％，纳米蒙脱土0.03％—0.3％，阻聚剂0.04％-0.05％，固化剂0.3％—0.6％，乙二醇2％—4.5％；步骤(2)：混凝土浆体制备：将硅酸盐水泥11.9-12.9％、砂21.4-22.7％、碎石53-54％、矿渣4.9-6％、碳纳米管0.03-0.08％混合搅拌2min，再加入减水剂0.4-0.7％和水6.4-6.8％搅拌2min，制得混凝土浆体；步骤(3)：桩的成型：将加筋骨架笼放置到模具内，将混凝土浆体浇筑至模具内，充分振捣成型，使得结构密实；24h后拆模、养护。本专利技术提出的改性GFRP筋与钢筋增强混凝土防腐桩及制备方法，与现有技术相比有益效果如下：(1)本专利技术采用纳米改性GFRP筋，即采用碳纳米管改性GFRP筋，通过碳纳米管增强的改性GFRP筋具有优异的耐腐蚀性能，且改性后的改性GFRP筋的强度大大提升。(2)本专利技术采用部分的改性GFRP筋替代部分钢筋，由改性GFRP筋和钢筋共同充当受力筋，既解决了钢筋在沿海环境中不耐腐蚀的缺陷，同时又解决了现有技术中采用改性GFRP筋完全替代钢筋韧性差，安全性低等缺陷。(3)本专利技术采用的混凝土中包含了适量的碳纳米管进行改性，使得混凝土结构更加密实，减缓氯离子渗透速率，提高耐腐蚀性能。附图说明图1：改性GFRP筋和钢筋增强的混凝土防腐桩的横截面图。图中，1为加筋骨架笼，2碎石，3为混凝土，4为钢筋，5为改性GFRP筋，6、7均为加筋骨架笼的短边侧；L1为加筋骨架笼的每一短边侧交替排布的GFRP受力筋与钢筋受力筋间的距离；L2为混凝土保护层的厚度；d1为钢筋的直径；d2为改性GFRP筋的直径。具体实施方式实施例1改性GFRP筋和钢筋增强的混凝土防腐桩的制备方法如下：步骤(1)：加筋骨架笼制作：选取直径为12cm的改性GFRP受力筋(5)；选取直径为10cm的箍筋，其中箍筋为HPB225钢筋；选取直径为12cm的钢筋受力筋(4)，其中钢筋受力筋为HRB335钢筋；用箍筋将改性GFRP受力筋和钢筋受力筋固定绑扎形成加筋骨架笼(1)；加筋骨架笼的横截面为长方形；其中，改性GFRP受力筋和钢筋受力筋均匀排布于加筋骨架笼的两短边本文档来自技高网...
【技术保护点】
改性GFRP筋与钢筋增强混凝土防腐桩，所述改性GFRP筋与钢筋增强混凝土防腐桩由混凝土浇筑加筋骨架笼内形成，其特征在于，所述加筋骨架笼由改性GFRP受力筋、钢筋受力筋和箍筋构成，箍筋用于将改性GFRP受力筋和钢筋受力筋固定形成加筋骨架笼；所述加筋骨架笼的横截面为长方形；所述改性GFRP受力筋和钢筋受力筋均匀排布于加筋骨架笼的两短边侧，其中加筋骨架笼的每一短边侧排布的改性GFRP受力筋和钢筋受力筋呈交替排布；其中，所述改性GFRP受力筋包括以质量百分比计的以下组分组成：玻璃纤维67％—76％，乙烯基树脂20％—30％，碳纳米管0.04％—0.3％，纳米蒙脱土0.03％—0.3％，阻聚剂0.04％‑0.05％，固化剂0.3％—0.6％，乙二醇2％—4.5％；所述混凝土中包含有质量百分比为0.03％‑0.08％的碳纳米管。
【技术特征摘要】
1.改性GFRP筋与钢筋增强混凝土防腐桩，所述改性GFRP筋与钢筋增强混凝土防腐桩由混凝土浇筑加筋骨架笼内形成，其特征在于，所述加筋骨架笼由改性GFRP受力筋、钢筋受力筋和箍筋构成，箍筋用于将改性GFRP受力筋和钢筋受力筋固定形成加筋骨架笼；所述加筋骨架笼的横截面为长方形；所述改性GFRP受力筋和钢筋受力筋均匀排布于加筋骨架笼的两短边侧，其中加筋骨架笼的每一短边侧排布的改性GFRP受力筋和钢筋受力筋呈交替排布；其中，所述改性GFRP受力筋包括以质量百分比计的以下组分组成：玻璃纤维67％—76％，乙烯基树脂20％—30％，碳纳米管0.04％—0.3％，纳米蒙脱土0.03％—0.3％，阻聚剂0.04％-0.05％，固化剂0.3％—0.6％，乙二醇2％—4.5％；所述混凝土中包含有质量百分比为0.03％-0.08％的碳纳米管。2.根据权利要求1所述的改性GFRP筋与钢筋增强混凝土防腐桩，其特征在于，所述加筋骨架笼两短边侧排布的改性GFRP受力筋和钢筋受力筋的规格和数量相对应。3.根据权利要求2所述的改性GFRP筋与钢筋增强混凝土防腐桩，其特征在于，所述加筋骨架笼的每一短边侧均均匀排布2根改性GFRP受力筋和2根钢筋受力筋，且改性GFRP受力筋和钢筋受力筋呈现交替排布。4.根据权利要求1至3任一所述的改性GFRP筋与钢筋增强混凝土防腐桩，其特征在于，所述改性GFRP受力筋的直径为10-14cm，所述箍筋的直径为10-14cm，所述钢筋受力筋的直径为12-16cm；所述加筋骨架笼的每一短边侧呈现交替排布的改性GFRP受力筋与钢筋受力筋间的距离为18-22cm。5.根据权利要求4所述的改性GFRP筋与钢筋增强混凝土防腐桩，其特征在于，所述加筋骨架笼的尺寸为长为90cm、宽为71cm、高为800cm；所述混凝土保护层的厚度为40-50cm。6....
【专利技术属性】
技术研发人员：刘小艳，刘静，潘玥，左俊卿，王新瑞，刘岩，沈欣欣，夏苏鲁，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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