预制纤维板及预制纤维板与复合材料型材的连接方法技术

本发明专利技术公开了一种预制纤维板及预制纤维板与复合材料型材的连接方法，其中，纤维板包括：设置有碳纤维布浸渍胶的环氧树脂胶层；与环氧树脂胶层相连的碳纤维布层，碳纤维布层设置有碳纤维布；与碳纤维布层相连的胶砂混合层，胶砂混合层设置有砂粒；垂直设置于碳纤维布层的多个钢纤维。基于该预制纤维板及预制纤维板与复合材料型材连接方法的锚固性能增强技术，可显著改善复材型材与混凝土之间的锚固性能，且施工便捷，在复材‑混凝土组合结构中应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
预制纤维板及预制纤维板与复合材料型材的连接方法
本专利技术涉及土木工程新型结构与新材料结构
，特别涉及一种预制纤维板及预制纤维板与复合材料型材的连接方法。
技术介绍
纤维增强复合材料(简称“复材”)是由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等增强材料与树脂基体复合而成的非金属材料，具有轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳性能好等优点。但其抗压承载力较低、价格偏高，需与其他常规建筑材料组合使用。复材与混凝土通过合理组合，可以规避复材的缺点、充分发挥两种材料的优点，从而形成力学性能良好、造价较低、耐久性较好的组合构件。复材-混凝土组合构件可充分发挥两种材料力学性能的关键是确保复材和混凝土在外力作用下能够协同工作、保证两种材料之间力的传递，即需可靠的界面粘结锚固性能。当界面锚固性能好时，组合构件刚度大、承载力高；反之则组合构件刚度小、承载力低。然而，复材表面光滑，与混凝土天然粘结性能较差，单纯依靠复材与混凝土的天然粘结无法满足两种材料协同工作的要求。此外，复材抗剪以及局部抗压强度较低，且不具可焊性，传统的钢-混凝土组合结构界面增强方法不适合复材-混凝土组合结构。因此，如何改善复材与混凝土界面的锚固性能，使复材-混凝土组合构件的力学性能优势得到最大程度的发挥，是本研究领域亟需解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术致力于解决纤维增强复合材料型材在混凝土中的锚固问题。为达到上述目的，本专利技术首先提出了一种预制纤维板，包括：设置有碳纤维布浸渍胶的环氧树脂胶层；与所述环氧树脂胶层相连的碳纤维布层，所述碳纤维布层设置有碳纤维布；与所述碳纤维布层相连的胶砂混合层，所述胶砂混合层设置有砂粒；垂直设置于所述碳纤维布层的多个钢纤维。另外，根据本专利技术上述实施例的预制纤维板还具有以下技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述环氧树脂胶层由流动性较强的环氧树脂胶固化制得。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述环氧树脂胶层的碳纤维布浸渍胶内掺加乱向分布短纤维。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述碳纤维布层的碳纤维布为单轴向或多轴向碳纤维布，或者单轴向或多轴向玻璃纤维布。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述胶砂混合层的砂粒为抗压强度满足预设条件的颗粒物。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述钢纤维的结构为U形结构或端部带钩结构。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述钢纤维骑跨于所述碳纤维布之上。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述碳纤维布的纤维主要方向与复合材料型材受力方向一致，其中，所述的复合材料型材为拉挤型材或缠绕型材。为实现利用预制纤维板增强锚固性能的目的，本专利技术同时提出了一种预制纤维板与复合材料型材的连接方法。所述方法包括：通过高强环氧树脂胶、螺栓或化学铆钉连接所述预制纤维板与所述复合材料型材，利用预制纤维板上钢纤维、砂粒与混凝土的相互作用实现复合材料型材在混凝土中的锚固。本专利技术预制纤维板与复合材料型材的连接方法，具有以下技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述螺栓为金属螺栓或纤维复合材料螺栓。附图说明图1为钢纤维与碳纤维布的连接方式示意图；图2为预制纤维板结构示意图；图3为预制纤维板与复合材料型材胶粘连接示意图；图4为预制纤维板与复合材料型材螺栓连接示意图。附图标记说明：环氧树脂胶层1、碳纤维布层2、胶砂混合层3、多个钢纤维4、碳纤维布浸渍胶5、碳纤维布6、砂粒7、高强环氧树脂胶8、复合材料型材9和螺栓10。具体实施方式本专利技术提供了一种纤维增强复合材料型材与混凝土的锚固增强技术，下面通过附图说明和具体实施方式对专利技术专利做进一步说明。首先参照附图描述根据本专利技术实施例提出的预制纤维板。图2是本专利技术一个实施例的预制纤维板的结构示意图。如图2所示，该预制纤维板包括：环氧树脂胶层1、碳纤维布层2、胶砂混合层3和多个钢纤维4。其中，设置有碳纤维布浸渍胶5的环氧树脂胶层1。与环氧树脂胶层1相连的碳纤维布层2，碳纤维布层2设置有碳纤维布6。与碳纤维布层2相连的胶砂混合层3，胶砂混合层3设置有砂粒7。垂直设置于碳纤维布层2的多个钢纤维4。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，环氧树脂胶层1由流动性较强的环氧树脂胶固化形成。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，碳纤维布浸渍胶5可以掺加乱向分布短纤维，且环氧树脂胶8强度及粘稠度均高于碳纤维布浸渍胶5。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，碳纤维布层2的碳纤维布6为单轴向或多轴向碳纤维布，或者单轴向或多轴向玻璃纤维布。其中，碳纤维布6可以采用其他网状结构进行替换，例如复材格栅，在此不做具体限制。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，碳纤维布6的纤维主要方向与复合材料型材9受力方向一致，其中，复合材料型材9为拉挤型材或缠绕型材，且复合材料型材可以为工形、槽形、箱形等拉挤或缠绕型材。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，胶砂混合层3的砂粒7为抗压强度满足预设条件的颗粒物。其中，胶砂混合层中的砂粒可以为细砂、中砂、粗砂或其他抗压强度较高的颗粒物。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，钢纤维4的结构可以为U形结构或端部带钩结构。其中，钢纤维4材质不限于金属纤维，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置，在此不做具体限定。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，钢纤维4骑跨于碳纤维布6之上。下面通过具体实施例的方式对预制纤维板的制作方法进行阐述。步骤一：对单层或多层碳纤维布两端张拉，使之处于绷紧状态；步骤二：将张紧后的碳纤维布置于筛分过的中砂上面，并且保持砂子和碳纤维布处于基本接触状态；步骤三：如图1所示，将U形钢纤维4每隔一定间距骑跨于张紧后的碳纤维布6上，钢纤维两肢插入砂粒7中；步骤四：释放碳纤维布6两端张力；步骤五：将表面平整的钢板置于插满U形钢纤维4的碳纤维布6上并锤击，将下部砂层压实并保证碳纤维布6表面平整无凹凸；步骤六：将流动性较强并且拌和均匀的碳纤维布浸渍胶5灌注于碳纤维布6表面，用胶量约为0.8g/cm2；步骤七：待浸渍胶固化后，将下部砂粒7清除并经过适当裁切可得到预制纤维板，如图2所示。其中，预制纤维板包括钢纤维4、碳纤维布6、砂层7和浸渍胶5。根据本专利技术实施例提出的预制纤维板，适用于复材-混凝土组合梁、板、柱等组合构件，可显著提升复材-混凝土界面的锚固承载力和延性特征，并使界面具有良好的抗疲劳性能和抗震性能，从而有效实现纤维增强复合材料型材和混凝土的剪力连接，使复材-混凝土组合构件的力学性能得到充分发挥。其次参照附图描述预制纤维板与复合材料型材的连接方法。该预制纤维板与复合材料型材的连接方法，包括：环氧树脂胶粘结方法、螺栓或化学铆钉机械锚固方法。预制纤维板与复合材料型材紧固连接后，通过钢纤维、砂粒与混凝土的相互作用实现复合材料型材在混凝土中的锚固。可以理解的是，本专利技术由一种预制纤维板和对应的预制纤维板与复合材料型材的连接方法组成，通过将预制纤维板贴附于复合材料型材表面即可起到增强界面锚固的作用，其中，贴附技术包括但不限于环氧树脂胶粘、螺栓/销栓连接。在本专利技术的第一个具体实施例中，如图3所示，将纤维复合材料9工字型材翼缘打磨至发白起毛，然后利用高强环氧树脂胶8将预制纤维板粘附于型材表面。在本专利技术的第二个具体实施例中，如图4所示，对纤维复合材料型材9翼缘以及预制纤维板分别开孔，然后将金属螺栓或纤维复合材料螺栓10穿孔并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预制纤维板，其特征在于，包括：设置有碳纤维布浸渍胶的环氧树脂胶层；与所述环氧树脂胶层相连的碳纤维布层，所述碳纤维布层设置有碳纤维布；与所述碳纤维布层相连的胶砂混合层，所述胶砂混合层设置有砂粒，以及垂直设置于所述碳纤维布层的多个钢纤维。

【技术特征摘要】
1.一种预制纤维板，其特征在于，包括：设置有碳纤维布浸渍胶的环氧树脂胶层；与所述环氧树脂胶层相连的碳纤维布层，所述碳纤维布层设置有碳纤维布；与所述碳纤维布层相连的胶砂混合层，所述胶砂混合层设置有砂粒，以及垂直设置于所述碳纤维布层的多个钢纤维。2.根据权利要求1所述的预制纤维板，其特征在于，所述环氧树脂胶层由流动性较强的环氧树脂胶固化制得。3.根据权利要求2所述的预制纤维板，其特征在于，所述环氧树脂胶层的碳纤维布浸渍胶内掺加乱向分布短纤维。4.根据权利要求1所述的预制纤维板，其特征在于，所述碳纤维布层的碳纤维布为单轴向或多轴向碳纤维布，或者单轴向或多轴向玻璃纤维布。5.根据权利要求1所述的预制纤维板，其特征在于，所述胶砂混合层的砂粒为抗压强度满足预设条件的颗粒物。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：林红威，冯鹏，强翰霖，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11