一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备及其使用方法技术

本发明专利技术公开一种预应力形状记忆合金‑连续纤维复合筋的制备及其使用方法，包括内芯以及包裹在外层的纤维，内芯为形状记忆合金筋，纤维采用纤维增强复合材料制作,纤维包括环向缠绕连续纤维、纵向包裹连续纤维；环向缠绕连续纤维、纵向包裹连续纤维分别环向缠绕、纵向包裹于形状记忆合金筋上。本发明专利技术因采用形状记忆合金材料，并在马氏体状态下进行了拉伸，形状记忆合金筋可以在高温诱发下从马氏体转变成奥氏体，使形状记忆合金‑连续纤维复合筋整体长度具有恢复到初始形态的趋势，从而在外部约束作用下产生预应力。本发明专利技术相比传统预应力筋，做到了筋材出厂预设预应力的效果，提高了预应力筋的抗腐蚀能力和耐久性，使得预应力筋的适用范围更广。

Preparation and application of a prestressed shape memory alloy continuous fiber composite reinforcement

【技术实现步骤摘要】
一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备及其使用方法
本专利技术涉及一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备及其使用方法，属于复合材料筋制备以及建筑结构施工

技术介绍
传统预应力混凝土构件施加预应力的方法主要有先张法和后张法，这两种方法都存在一些缺点，先张法需要锚具、模板以及用来张拉和固定筋材的台座和张拉设备，一次性投资较大；且先张法预应力筋布置多数为直线型，其他形式布置较为困难。后张法的工序较多，张拉工艺复杂，锚具不能重复使用，锚具的精度要求比较高，且需要在构件上预留孔道，破坏构件整体性。总的来说就是设备繁多，工艺复杂。传统预应力筋多使用钢筋或者合金材料，但是金属材料的耐久性和耐腐蚀性较差，且对预应力大小的控制不稳，预应力损失较大。纤维增强复合材料（Fiberreinforcedcomposites,FRP）因其轻质高强，抗腐蚀性和耐久性能好且热膨胀系数与混凝土的相近，近年来被广泛应用于各类工程中，但FRP材料延性较小，弹性模量较低，且容易发生脆性破坏，所以，如果能改善FRP材料的缺点，提高其延性和弹性模量，不仅能改善传统预应力筋材的耐久性和不耐腐蚀的问题，也能更好的发挥FRP的优势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有问题，提供一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备及其使用方法。本专利技术的目的是这样实现的，一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备方法，其特征在于，包括内芯以及包裹在外层的纤维，所述内芯为形状记忆合金筋，纤维采用纤维增强复合材料制作,纤维包括环向缠绕连续纤维、纵向包裹连续纤维；环向缠绕连续纤维、纵向包裹连续纤维分别环向缠绕、纵向包裹于形状记忆合金筋上；包括以下生产步骤：步骤一，在低于相变温度的温度环境下对处在马氏体状态下的初始记忆合金筋进行机械拉伸，拉伸长度在完全可恢复应变以内，得到形状记忆合金筋；步骤二，采用浸渍树脂混合物的环向缠绕连续纤维对形状记忆合金筋进行环向缠绕，以填补形状记忆合金筋肋间的空隙，环向缠绕连续纤维为无捻粗纱；步骤三，将纵向包裹连续纤维纵向包裹均匀分布在形状记忆合金筋周围后，得到复合筋材，充分浸渍在树脂混合物中，通过预成型模具将复合筋材拉挤预成型，得到预成型的筋材；步骤四，考虑到固化阶段的温度会对形状记忆合金筋的形变产生影响，将步骤三中所述预成型的筋材锚固在台座上，送入固化模具中固化成型，最终得到预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋。所述步骤一中采用的形状记忆合金筋为带肋筋、光圆筋或形状记忆合金绞线；若带肋筋带有对称的纵向通长两肋,应先用打磨机将钢筋的两边肋除去。所述步骤二中采用的环向缠绕连续纤维以及步骤三中采用的纵向包裹连续纤维为玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维；步骤三中将纵向包裹连续纤维均匀分布在形状记忆合金筋周围后，充分浸渍在树脂混合物中，通过预成型模具将复合筋材拉挤预成型，拉挤作用使环向缠绕连续纤维、纵向包裹连续纤维的纤维束均匀的分布在形状记忆合金筋周围，预成型后，利用电动缠绕机在形状记忆合金筋表面勒出环向的肋痕，复合筋的肋的尺寸可以通过机器调节，然后在固化模具中固化成型。所述预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋采用的树脂为热固性树脂,采用电阻式恒温固化炉完成预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的固化成型；所述树脂混合物为环氧树脂、聚氨酯树脂或乙烯基树脂。一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的使用方法，其特征在于，使用先张法，包括以下生产步骤：步骤1），将若干根预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋穿过模板，为防止混凝土浇筑、养护过程中水泥水化产生的温度变化对预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋产生影响，用夹具将预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋两端锚固在台座或钢模上；步骤2），浇筑混凝土，在混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的75%且构件温度降到相变温度以下后，撤掉预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋两端锚具；步骤3），加热预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋至相变温度以上，加热方式为电热法或混凝土构件外部加热法；电热法的步骤为，根据形状记忆合金的相变温度选择相应的加热功率以及相应的加热机具，用并联或是逐根的方式对预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋两端预留的合金锚固段进行通电加热，也可以采用蒸汽加热、火炉加热、红外线加热或微波加热法混凝土构件外部加热法，将混凝土构件整体升温至形状记忆合金筋相变温度以上；当形状记忆合金筋温度升高至马氏体逆相变温度以上后，形状记忆合金在高温诱发下从马氏体转变成奥氏体，使得预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋长度具有缩小至初始状态下形状记忆合金筋长度的趋势，通过混凝土与预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋之间的粘结力使混凝土构件获得预应力；预应力混凝土构件完成后，剪掉两端多余的合金锚固段。在先张法中，根据预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的布置原则，不拘泥于直线型布置预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的施工方式，可以采用直线型、曲线型、折线形及多种线型组合布置方式在混凝土构件中布置预应力筋，且可以应用于各种形状的现浇构件以及预制构件中；预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋可以采用的布置方式为体内预应力筋布置或体外预应力筋布置，有粘结预应力筋布置或无粘结预应力筋布置。一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的使用方法，其特征在于，使用后张法，包括以下生产步骤：步骤1），在模板中通过安装管道预留预应力筋孔道；步骤2），浇筑混凝土，在混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的70%且构件温度降到相变温度以下后，在预应力筋孔道中插入预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋，用夹具将预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋两端锚固在混凝土构件上；步骤3），加热预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋至相变温度以上，加热方式为电热法或混凝土构件外部加热法；电热法的步骤为，根据形状记忆合金的相变温度选择相应的加热功率以及相应的加热机具，用并联或是逐根的方式对预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋两端预留的合金锚固段进行通电加热，也可以采用蒸汽加热法、火炉加热法、红外线加热法或微波加热法混凝土构件外部加热法，将混凝土构件整体升温至形状记忆合金筋相变温度以上；当形状记忆合金温度升高至马氏体逆相变温度以上后，形状记忆合金在高温诱发下从马氏体转变成奥氏体，使得预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋长度具有缩小至初始状态下形状记忆合金筋长度的趋势，从而在外部约束作用下产生预应力；步骤四，在预应力筋孔道中灌入水泥浆,使预预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋与混凝土构件形成整体，通过锚具将预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋张拉力传给混凝土构件而使之产生预应力；预应力混凝土构件完成后，剪掉两端多余的合金锚固段。在后张法中，根据预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的布置原则，不拘泥于直线型布置预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的施工方式，可以采用直线型、曲线型、折线形及多种线型组合布置方式在混凝土构件中布置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备方法，其特征在于，包括内芯以及包裹在外层的纤维，所述内芯为形状记忆合金筋（1），纤维采用纤维增强复合材料制作,纤维包括环向缠绕连续纤维（2）、纵向包裹连续纤维（3）；环向缠绕连续纤维（2）、纵向包裹连续纤维（3）分别环向缠绕、纵向包裹于形状记忆合金筋（1）上；/n包括以下生产步骤：/n步骤一，在低于相变温度的温度环境下对处在马氏体状态下的初始记忆合金筋进行机械拉伸，拉伸长度在完全可恢复应变以内，得到形状记忆合金筋（1）；/n步骤二，采用浸渍树脂混合物的环向缠绕连续纤维（2）对形状记忆合金筋（1）进行环向缠绕，以填补形状记忆合金筋（1）肋间的空隙，环向缠绕连续纤维（2）为无捻粗纱；/n步骤三，将纵向包裹连续纤维（3）纵向包裹均匀分布在形状记忆合金筋（1）周围后，得到复合筋材，充分浸渍在树脂混合物中，通过预成型模具将复合筋材拉挤预成型，得到预成型的筋材；/n步骤四，考虑到固化阶段的温度会对形状记忆合金筋（1）的形变产生影响，将步骤三中所述预成型的筋材锚固在台座上，送入固化模具中固化成型，最终得到预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋（5）。/n

【技术特征摘要】
1.一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备方法，其特征在于，包括内芯以及包裹在外层的纤维，所述内芯为形状记忆合金筋（1），纤维采用纤维增强复合材料制作,纤维包括环向缠绕连续纤维（2）、纵向包裹连续纤维（3）；环向缠绕连续纤维（2）、纵向包裹连续纤维（3）分别环向缠绕、纵向包裹于形状记忆合金筋（1）上；
包括以下生产步骤：
步骤一，在低于相变温度的温度环境下对处在马氏体状态下的初始记忆合金筋进行机械拉伸，拉伸长度在完全可恢复应变以内，得到形状记忆合金筋（1）；
步骤二，采用浸渍树脂混合物的环向缠绕连续纤维（2）对形状记忆合金筋（1）进行环向缠绕，以填补形状记忆合金筋（1）肋间的空隙，环向缠绕连续纤维（2）为无捻粗纱；
步骤三，将纵向包裹连续纤维（3）纵向包裹均匀分布在形状记忆合金筋（1）周围后，得到复合筋材，充分浸渍在树脂混合物中，通过预成型模具将复合筋材拉挤预成型，得到预成型的筋材；
步骤四，考虑到固化阶段的温度会对形状记忆合金筋（1）的形变产生影响，将步骤三中所述预成型的筋材锚固在台座上，送入固化模具中固化成型，最终得到预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋（5）。


2.根据权利要求1所述的一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备方法，其特征在于，所述步骤一中采用的形状记忆合金筋（1）为带肋筋、光圆筋或形状记忆合金绞线；若带肋筋带有对称的纵向通长两肋,应先用打磨机将钢筋的两边肋除去。


3.根据权利要求1所述的一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备方法，其特征在于，所述步骤二中采用的环向缠绕连续纤维（2）以及步骤三中采用的纵向包裹连续纤维（3）为玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维；
步骤三中将纵向包裹连续纤维（3）均匀分布在形状记忆合金筋周围后，充分浸渍在树脂混合物中，通过预成型模具将复合筋材拉挤预成型，拉挤作用使环向缠绕连续纤维（2）、纵向包裹连续纤维（3）的纤维束均匀的分布在形状记忆合金筋（1）周围，预成型后，利用电动缠绕机在形状记忆合金筋（1）表面勒出环向的肋痕，复合筋的肋的尺寸可以通过机器调节，然后在固化模具中固化成型。


4.根据权利要求1所述的一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备方法，其特征在于，所述预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋（5）采用的树脂为热固性树脂,采用电阻式恒温固化炉完成预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋（5）的固化成型；所述树脂混合物为环氧树脂、聚氨酯树脂或乙烯基树脂。


5.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的制备方法制备的预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的使用方法，其特征在于，使用先张法，包括以下生产步骤：
步骤1），将若干根预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋（5）穿过模板，为防止混凝土浇筑、养护过程中水泥水化产生的温度变化对预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋产生影响，用夹具将预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋两端锚固在台座或钢模上；
步骤2），浇筑混凝土，在混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的75%且构件温度降到相变温度以下后，撤掉预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋两端锚具（6）；
步骤3），加热预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋至相变温度以上，加热方式为电热法或混凝土构件外部加热法；
电热法的步骤为，根据形状记忆合金的相变温度选择...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洋，张冠军，邢翔，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32