基于海砂海水TRC预制外壳的约束混凝土柱及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于海砂海水TRC预制外壳的约束混凝土柱及制备方法，包括TRC预制外壳和浇筑在TRC预制外壳内的核心混凝土柱；TRC预制外壳包括耐腐蚀内衬和粘接在耐腐蚀内衬外周的TRC复合材料；TRC复合材料包括细骨料混凝土和预埋在细骨料混凝土中的至少一层纤维编织网；细骨料混凝土采用海砂、海水和水泥等制成；耐腐蚀内衬的表面均开设有若干个镂空灌浆孔，每个镂空灌浆孔内均充填有细骨料混凝土；核心混凝土柱采用海边碎石、海砂、海水和水泥制成。本发明专利技术中所有组成材料均耐海洋腐蚀环境，主要原料可以就地取材，且施工便利、绿色环保。TRC预制外壳既能充当核心混凝土柱的浇筑模板，又对其产生约束作用，从而提高总轴压承载力。

【技术实现步骤摘要】
基于海砂海水TRC预制外壳的约束混凝土柱及制备方法
本专利技术涉及混凝土
，特别是一种基于海砂海水TRC预制外壳的约束混凝土柱及制备方法。
技术介绍
我国的岛礁、海防、港口、码头及交通基础设施正迎来大规模建设。兴建这些土建工程，势必要用到大量石子、砂及水等组成混凝土材料的基本原材料，但普通混凝土中所采用的石子、砂和水主要是淡水环境下的材料，以避免普通混凝土结构中的钢筋受海洋环境下腐蚀介质侵蚀生锈并发生破坏。如在岛礁建设中采用普通混凝土结构，则需要从内陆运输大量的石子、河砂以及淡水等，运输成本极大；此外，普通钢筋混凝土结构在海洋腐蚀环境中的耐久性差，因而亟需开发适应海洋腐蚀环境混凝土结构或构件以完成相应的基础设施建设。同时，海洋环境中存在大量的海石、海砂及海水等资源，如能就地取材配置海砂海水混凝土进行建设，不仅可以减轻淡水淡砂资源短缺的问题，还可以大大降低混凝土结构的制作成本，对于海洋经济发展和海岛国防建设具有非比寻常的意义。综上所述，有必要研发一种适应海洋腐蚀环境、受力性能良好、施工便利且经济效益有明显优势的新型纤维复合材料-混凝土组合柱构件，以为岛礁、海防及港口码头等基础设施建设提供支持。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于海砂海水TRC预制外壳的约束混凝土柱及制备方法，该基于海砂海水TRC预制外壳的约束混凝土柱及制备方法采用海砂海水制成的TRC预制外壳对凝土柱进行约束，从而能够解决远洋岛礁工程中结构耐腐蚀性差、构件承载力难以保证、取材不便以及建设成本花费过大等问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于海砂海水TRC预制外壳的约束混凝土柱，包括TRC预制外壳和浇筑在TRC预制外壳内的核心混凝土柱。TRC预制外壳包括耐腐蚀内衬和粘接在耐腐蚀内衬外周的TRC复合材料。TRC复合材料包括细骨料混凝土和预埋在细骨料混凝土中的至少一层纤维编织网。细骨料混凝土中的骨料为海砂，细骨料混凝土混合使用的水体为海水。耐腐蚀内衬的表面均开设有若干个镂空灌浆孔，每个镂空灌浆孔内均充填有细骨料混凝土。核心混凝土柱中的骨料为海边碎石和海砂，核心混凝土柱混合使用的水体为海水。核心混凝土柱中预埋有耐腐蚀增强筋。耐腐蚀增强筋为不锈钢筋或FRP筋。纤维编织网为碳纤维编织网或玄武岩纤维编织网。纤维编织网表面具有浸胶层或具有加固钢丝网衬。TRC预制外壳中，耐腐蚀内衬与细骨料混凝土之间形成粘结力T，其计算公式如下：T＝T1+T2T2＝ftA′上式中，T1为耐腐蚀内衬与细骨料混凝土两者接触面间的胶结力。T2为耐腐蚀内衬中镂空灌浆孔中细骨料混凝土的销栓力。为耐腐蚀内衬与细骨料混凝土之间的平均粘结应力。S为耐腐蚀内衬与细骨料混凝土两者接触面的横截面周长。l为耐腐蚀内衬与细骨料混凝土两者接触面的轴向长度。ft为中砂浆的劈拉强度。A′为所有镂空灌浆孔中细骨料混凝土的充填截面面积。耐腐蚀增强筋为钢筋笼，包括箍筋和纵筋。则约束混凝土柱能承受的总轴向压力为FT，则FT的计算公式表示如下：FT＝Fc+FeFc＝fcAc+fyAsFe＝σrAcor上式中，Fc为核心混凝土柱提供的轴压承载力；Fe为TRC预制外壳约束核心混凝土柱提供的附加轴压承载力；fc为核心混凝土的轴压抗压强度；Ac为核心混凝土柱的有效截面面积；fy为耐腐蚀增强筋的屈服强度；As为耐腐蚀增强筋的总截面面积；σr为TRC预制外壳约束核心混凝土柱受到的径向压应力；Acor为核心混凝土柱的截面面积；dcor为耐腐蚀内衬的直径或边长；s为耐腐蚀增强筋中箍筋的间距；fyv为耐腐蚀增强筋中箍筋的屈服强度；Asv为耐腐蚀增强筋中单根箍筋的截面面积；ls为纤维编织网的网孔边长；n为TRC预制外壳中纤维编织网铺设层数；Af为纤维编织网中单束纤维的截面面积；ff为纤维编织网中纤维的极限抗拉强度。基于海砂海水TRC预制外壳的约束混凝土柱的制备方法，包括如下步骤。步骤1，制备耐腐蚀内衬：采用PVC或不锈钢管材制作设定尺寸规格的耐腐蚀内衬，并在耐腐蚀内衬的表面进行镂空处理，形成若干个镂空灌浆孔。步骤2，固定耐腐蚀内衬：在耐腐蚀内衬的内侧面设置一层耐腐蚀塑料内膜板，耐腐蚀塑料内膜板的内腔采用十字架支撑进行固定。步骤3，制备TRC复合材料，包括如下步骤：步骤31，制备细骨料混凝土：将水泥、海砂、海水和减水剂按照设定配比，进行混合，形成砂浆状的细骨料混凝土。步骤32，涂抹第一内层细骨料混凝土：步骤2完成后，在耐腐蚀内衬的外侧面，涂抹一层步骤31制备的砂浆状的细骨料混凝土，形成第一内层细骨料混凝土，并使得耐腐蚀内衬的每个镂空灌浆孔中均充满砂浆状的细骨料混凝土。步骤33，铺设第一层纤维编织网：在第一内层细骨料混凝土的外侧面铺设一层纤维编织网，形成第一层纤维编织网，并在第一层纤维编织网的外侧涂抹一层砂浆状的细骨料混凝土，形成第一外层细骨料混凝土。当TRC复合材料中的纤维编织网为一层时，则直接跳转至步骤35。当TRC复合材料中的纤维编织网为两层以上时，则跳转至步骤34。步骤34，重复步骤33，进行第二层至最后一层纤维编织网的铺设，直至达到设定厚度要求。步骤35，养护。步骤4，形成TRC预制外壳：步骤35养护完成后，撤去耐腐蚀塑料内膜板和十字架支撑，即形成预制TRC外壳。步骤5，浇筑核心混凝土柱，包括如下步骤：步骤51，制备核心混凝土：将水泥、海水、海砂和海边碎石按照设定配比，进行混合，形成核心混凝土。步骤52，预制TRC外壳安装：将步骤4形成的TRC预制外壳，在待加固基础设施的施工现场进行安装和固定。步骤53，浇筑核心混凝土柱：以步骤52安装的预制TRC外壳为模板，将步骤51制备的核心混凝土浇筑在预制TRC外壳的内腔中，边浇筑边振捣，浇筑完成后，将表面抹平。步骤54，养护，形成包含核心混凝土柱和TRC预制外壳的约束混凝土柱。步骤53中，以步骤52安装的预制TRC外壳为模板，先在预制TRC外壳的内腔中放入位置固定好的耐腐蚀增强筋，然后，将步骤51制备的核心混凝土浇筑在预制TRC外壳的内腔中。步骤31中，制备细骨料混凝土时，水泥、海砂、海水和减水剂的设定配比为1：1.36：0.34：0.016。步骤51中，制备核心混凝土时，水泥、海水、海砂和海边碎石的设定配比为1：0.5：1.5：3.0。本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术能就地取材，充分利用海砂海水等海洋资源。如细骨料混凝土和核心混凝土中，除水泥和减水剂外，海水、海砂和海边碎石均能就地取材，极大降低运输成本。其中，海砂也可以为珊瑚砂，海边碎石也可以为珊瑚石。(2)适用于海洋盐蚀性环境，耐腐蚀性能好。所用材料均为耐腐蚀性材料，细骨料混凝土和核心混凝土中的海水、海砂或海边碎石取材于海洋，本身耐腐蚀。耐腐蚀内衬、纤维编织网和耐腐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于海砂海水TRC预制外壳的约束混凝土柱，其特征在于：包括TRC预制外壳和浇筑在TRC预制外壳内的核心混凝土柱；/nTRC预制外壳包括耐腐蚀内衬和粘接在耐腐蚀内衬外周的TRC复合材料；/nTRC复合材料包括细骨料混凝土和预埋在细骨料混凝土中的至少一层纤维编织网；细骨料混凝土中的骨料为海砂，细骨料混凝土混合使用的水体为海水；/n耐腐蚀内衬的表面均开设有若干个镂空灌浆孔，每个镂空灌浆孔内均充填有细骨料混凝土；/n核心混凝土柱中的骨料为海边碎石和海砂，核心混凝土柱混合使用的水体为海水。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于海砂海水TRC预制外壳的约束混凝土柱，其特征在于：包括TRC预制外壳和浇筑在TRC预制外壳内的核心混凝土柱；
TRC预制外壳包括耐腐蚀内衬和粘接在耐腐蚀内衬外周的TRC复合材料；
TRC复合材料包括细骨料混凝土和预埋在细骨料混凝土中的至少一层纤维编织网；细骨料混凝土中的骨料为海砂，细骨料混凝土混合使用的水体为海水；
耐腐蚀内衬的表面均开设有若干个镂空灌浆孔，每个镂空灌浆孔内均充填有细骨料混凝土；
核心混凝土柱中的骨料为海边碎石和海砂，核心混凝土柱混合使用的水体为海水。


2.根据权利要求1所述的基于海砂海水TRC预制外壳的约束混凝土柱，其特征在于：核心混凝土柱中预埋有耐腐蚀增强筋。


3.根据权利要求2所述的基于海砂海水TRC预制外壳的约束混凝土柱，其特征在于：耐腐蚀增强筋为不锈钢筋或FRP筋。


4.根据权利要求1所述的基于海砂海水TRC预制外壳的约束混凝土柱，其特征在于：纤维编织网为碳纤维编织网或玄武岩纤维编织网。


5.根据权利要求1或4所述的基于海砂海水TRC预制外壳的约束混凝土柱，其特征在于：纤维编织网表面具有浸胶层或具有加固钢丝网衬。


6.根据权利要求1所述的基于海砂海水TRC预制外壳的约束混凝土柱，其特征在于：TRC预制外壳中，耐腐蚀内衬与细骨料混凝土之间形成粘结力T，其计算公式如下：
T＝T1+T2



T2＝ftA′
上式中，T1为耐腐蚀内衬与细骨料混凝土两者接触面间的胶结力；T2为耐腐蚀内衬中镂空灌浆孔中细骨料混凝土的销栓力；为耐腐蚀内衬与细骨料混凝土之间的平均粘结应力；S为耐腐蚀内衬与细骨料混凝土两者接触面的横截面周长；l为耐腐蚀内衬与细骨料混凝土两者接触面的轴向长度；ft为中砂浆的劈拉强度；A′为所有镂空灌浆孔中细骨料混凝土的充填截面面积。


7.根据权利要求2所述的基于海砂海水TRC预制外壳的约束混凝土柱，其特征在于：耐腐蚀增强筋为钢筋笼，包括箍筋和纵筋；则约束混凝土柱能承受的总轴向压力为FT，则FT的计算公式表示如下：
FT＝Fc+Fe
Fc＝fcAc+fyAs
Fe＝σrAcor



上式中，Fc为核心混凝土柱提供的轴压承载力；Fe为TRC预制外壳约束核心混凝土柱提供的附加轴压承载力；fc为核心混凝土的轴压抗压强度；Ac为核心混凝土柱的有效截面面积；fy为耐腐蚀增强筋的屈服强度；As为耐腐蚀增强筋的总截面面积；σr为TRC预制外壳约束核心混凝土柱受到的径向压应力；Acor为核心混凝土柱的截面面积；dcor为耐腐蚀内衬的直径或边长；s为耐腐蚀增强筋中箍筋的间距；fyv为耐腐蚀增强筋中箍筋的屈服强度；Asv为耐腐蚀增强筋中单根箍筋的截面面积；ls为纤维编织网的网孔边长；n为TRC预制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勤，陈明慧，陈欧军，杨翘楚，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32