ECC-混凝土-钢三明治管状结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及ECC

【技术实现步骤摘要】
ECC
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混凝土
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钢三明治管状结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种建筑结构，具体涉及一种ECC
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混凝土
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钢三明治管状结构，还涉及ECC
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混凝土
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钢三明治管状结构的制备方法。

技术介绍

[0002]传统的钢管及钢管混凝土结构都存在容易腐蚀的问题。针对这一缺陷，有学者陆续提出了使用纤维增强树脂基复合材料(简称FRP)包裹于结构最外层，约束钢管，并作为耐久性保护层，或在其外侧包裹混凝土形成混凝土叠合柱的形式。对前者而言，由于FRP的耐火性能差，在没有任何防火措施的情况下，FRP受热或受火时，其中的树脂基体会发生软化或分解，甚至会随着温度的升高而燃烧，并释放出黑烟和有毒气体，污染环境、损害人的身体健康，使得这一技术的应用受到了一定限制(如在需要考虑耐火的建筑结构中)；某些将FRP作为最外层起到约束及耐久性保护作用的组合构件，如FRP管
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混凝土
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钢管双壁空心柱(DSTC)，FRP管
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混凝土
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钢管双管柱(DTCC)，FRP管约束钢骨混凝土柱(FCSRC)，FRP管约束混凝土柱(CFFT)等，亦有类似的耐高温(或耐火)能力的不足。后者(叠合柱)虽提升了结构的耐火性能和耐久性，然而，试验研究表明，外侧的混凝土与钢管及钢管内部混凝土的协同变形能力差，导致外侧混凝土容易先发生剥离，反而降低了叠合柱的极限承载力。
[0003]ECC(Engineered Cementitious Composite)是近几十年快速发展起来的纤维增韧水泥基复合材料之一，具有超强的裂缝控制能力(如将裂缝宽度控制在100μm以内)、抗弯韧性、抗疲劳性及耐久性。目前，ECC已经成功应用到世界各国的多个工程实践当中并取得了较好的效果。由于材料中含有短切纤维，能够起到很好的桥联作用，不仅提供了超高的拉伸应变能力，还保证了材料的整体传力性能不被削弱。除此之外，研究还表明，ECC中的PVA纤维在火灾高温下逐渐熔融形成联通的空隙通道，有利于内部蒸汽水压力的释放，使材料不易发生爆裂，使结构保持其完整性。因此，ECC的使用能增强结构的安全性、耐高温性能及耐久性，降低结构的维护成本。此外，配制ECC所需要的材料中大量使用了工业废料，因此ECC是一种绿色、环保的建筑材料。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是：提供一种组合效应好的ECC
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混凝土
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钢三明治管状结构及其制备方法。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]ECC
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混凝土
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钢三明治管状结构，包括从外向内依次设置的ECC层、混凝土层和钢管层；钢管层的内侧为空腔或填充混凝土；在ECC层的内部设置增强网格；混凝土层通过浇筑的形式设置在钢管层的外侧，ECC层通过喷涂或浇筑的形式设置在混凝土层的外侧。其中，ECC层优选的厚度为5mm
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100mm、混凝土层优选的厚度为20mm
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200mm，钢管层优选的厚度为2mm
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30mm。
[0007]作为一种优选，ECC层等厚度的包裹于混凝土层的外侧，或ECC层变厚度的包裹于
混凝土层的外侧；混凝土层等厚度的填充在ECC层与钢管层之间，或混凝土层变厚度的填充在ECC层与钢管层之间。
[0008]作为一种优选，增强网格为纤维编织网、FRP(Fiber reinforced polymer)网格和钢丝网中的一种或者多种组合。
[0009]作为一种优选，钢管层中，钢管的截面形状为圆形、椭圆形、长方形或正多边形。
[0010]作为一种优选，ECC层包括位于内侧的第一层ECC层和位于外侧的第二层ECC层，增强网格固定在第一层ECC层的外侧，第二层ECC层覆盖增强网格；第一层ECC层通过喷涂或浇筑的形式设置在混凝土层的外侧，第二层ECC层通过喷涂或浇筑的形式设置在第一层ECC层的外侧。
[0011]作为一种优选，当第二层ECC层通过喷涂的形式设置在第一层ECC层的外侧时，第二层ECC层由多层喷涂层依次喷涂组成；当第二层ECC层通过浇筑的形式设置在第一层ECC层的外侧时，第二层ECC层通过一次浇筑形成。
[0012]ECC
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混凝土
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钢三明治管状结构的制备方法，包括如下步骤：第一步，在钢管层外侧搭建模板，在模版和钢管层之间浇筑混凝土层；第二步，将第一层ECC层以喷涂或浇注方式设置在混凝土层外侧；第三步，将增强网格固定在第一层ECC层的外侧；第四步，将第二层ECC层以喷涂或浇筑方式设置在第一层ECC层外侧，并覆盖在增强网格外侧。
[0013]ECC
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混凝土
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钢三明治管状结构的制备方法，包括如下步骤：第一步，独立浇筑ECC层：布置浇筑模板，在模板内布置增强网格，然后浇筑ECC层、脱模、养护，形成ECC薄壳；第二步，将ECC层作为模板临时固定在钢管层外侧；第三步，在ECC层及钢管层之间浇筑混凝土层。此处说的薄壳，指其截面轮廓尺寸(如截面直径或宽度)与厚度之比为10或以上。
[0014]本专利技术具有如下优点：
[0015]1.本专利技术从外向内依次设置的ECC层、混凝土层和钢管层形成类似三明治的管状结构，三种材料层可以实现功能彼此支持，获得三种材料单独使用无法达到的组合效应：首先，钢管层外部受到混凝土层及ECC层的约束与保护，不仅能有效防止向外局部屈曲变形从而更加充分利用其材料强度，而且能够自动解决其耐腐蚀及耐火性能方面的不足；在所述管状结构受压时，混凝土层则受到内侧钢管及ECC层的约束处于三向受压应力状态，其强度及变形能力会得到显著提升；将ECC层布置在最外侧，与内侧的混凝土层及钢管层共同受力，不仅能够充分发挥其在耐腐蚀及耐火方面的优点，保护内侧混凝土及钢管，而且能够有效规避ECC层单独受压时候强度不够高、刚度不够大的不足；在ECC层内布置增强网格可以进一步控制ECC层的开裂，增强其变形能力，在受力时对ECC层及混凝土层形成进一步的约束作用，进一步提升ECC层及混凝土的强度与变形能力。综上所述，本专利技术涉及的三明治管状结构实现了三种材料(ECC、混凝土、钢)功能的彼此支持，三层材料之间形成了有利的相互作用，达到了1+1+1>3的效果。
[0016]2.对比混凝土叠合柱，本专利技术组合效应好。ECC与混凝土的粘结性能较好，极限变形能力强，能够与钢管协同工作，对内部的混凝土层及钢管层起到较强的约束作用，有效防止钢管局部屈曲，提升钢管的强度利用率；此外，混凝土层同时受到了ECC层和钢管层的双重约束，受力性能要优于未约束的混凝土，且能与钢管协同工作。
[0017]3.对比混凝土叠合柱，本专利技术耐久性更好。外侧ECC层具有优越的裂缝控制能力，裂缝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ECC
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混凝土
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钢三明治管状结构，其特征在于：包括从外向内依次设置的ECC层、混凝土层和钢管层；钢管层的内侧为空腔或填充混凝土；在ECC层的内部设置增强网格；混凝土层通过浇筑的形式设置在钢管层的外侧，ECC层通过喷涂或浇筑的形式设置在混凝土层的外侧。2.按照权利要求1所述的ECC
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混凝土
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钢三明治管状结构，其特征在于：ECC层等厚度的包裹于混凝土层的外侧，或ECC层变厚度的包裹于混凝土层的外侧；混凝土层等厚度的填充在ECC层与钢管层之间，或混凝土层变厚度的填充在ECC层与钢管层之间。3.按照权利要求1所述的ECC
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混凝土
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钢三明治管状结构，其特征在于：增强网格为纤维编织网、FRP网格和钢丝网中的一种或者多种组合。4.按照权利要求1所述的ECC
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混凝土
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钢三明治管状结构，其特征在于：钢管层中，钢管的截面形状为圆形、椭圆形、长方形或正多边形。5.按照权利要求3所述的ECC
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混凝土
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钢三明治管状结构，其特征在于：ECC层包括位于内侧的第一层ECC层和位于外侧的第二层ECC层，增强网格固定在第一层ECC层的外侧，第二层ECC层覆盖增强网格；第一层ECC层通过喷涂或浇筑...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光明，李宁景，赵程，赵新宇，李召兵，胡福南，刘伟楠，
申请(专利权)人：广州市公用事业规划设计院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：