一種高延性纖維混凝土短柱的製作方法
2023-05-03 15:59:11 2
專利名稱：一種高延性纖維混凝土短柱的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種建築結構中的短柱，具體為一種高延性纖維混凝土材料澆築的短柱。
背景技術：
柱是建築結構中主要的受力構件，支撐著上部結構傳來的荷載並傳至基礎。在建築物底層層高一定的情況下，隨著上部樓層數量的增加，底層柱軸力增大，為提高延性而降低軸壓比將導致柱截面尺寸進一步增大，使底層柱剪跨比減小，進而形成剪跨比小於2的短柱。此外，諸如圖書館的書庫、層高較低的儲藏室、高層建築的地下車庫及樓梯間等由於使用荷載大，層高較低，在設計中也不可避免會出現短柱。現有的短柱的澆注材料均為普通混凝土，但因普通鋼筋混凝土的延性較差，建築遭受地震作用時，導致短柱容易發生剪切脆 性破壞而造成結構嚴重破壞甚至倒塌，難以滿足「中震可修，大震不倒」的設計準則。
發明內容
本發明的目的在於提供一種不易發生脆性破壞且延性和抗震性能好的高延性纖維混凝土短柱。為此，本發明提供的高延性纖維混凝土短柱的澆注材料為高延性纖維混凝土，該高延性纖維混凝土的組分為水泥、粉煤灰、矽灰、砂、PVA纖維和水，其中，按質量百分比計，水泥粉煤灰矽灰砂水=1 :0. 9 :0. I :0. 76 :0. 58 ;以水泥、粉煤灰、矽灰、砂和水混合均勻後的總體積為基數，PVA纖維的體積摻量為I. 5%。優選的，上述水泥為P. O. 52. 5R矽酸鹽水泥；粉煤灰為I級粉煤灰；矽灰的燒失量小於6%、二氧化娃含量大於85%、比表面積大於15000m2/kg ;砂的最大粒徑為I. 26mm ;PVA纖維的長度為6 12mm、直徑為26 μ m以上、抗拉強度為1200MPa以上、彈性模量為30GPa以上。優選的，上述高延性纖維混凝土中添加有減水率在30%以上的聚羧酸減水劑，減水劑的添加量為粉煤灰、矽灰和水泥總質量的O. 8%。優選的，上述高延性纖維混凝土的製備方法為將水泥、矽灰、粉煤灰和砂幹拌均勻後加入減水劑和80 %的水攪拌均勻；之後再加入PVA纖維攪拌均勻後加入剩餘20 %的水攪拌均勻即得高延性纖維混凝土。本發明高延性纖維混凝土短柱所使用的混凝土是由高延性纖維混凝土澆築而成，充分利用高延性纖維混凝土的高強度和高韌性，提高混凝土短柱的抗剪承載力和變形能力，進而提高短柱的延性和抗震性能。與現有的短柱相比，本發明的高延性纖維混凝土短柱具有如下的特點(I)本發明採用的高延性纖維混凝土抗壓強度可達到60MPa以上，極限拉應變可達到普通混凝土的100倍以上，具有類似鋼材的塑性變形能力，是一種具有高強度、高延性、聞耐久性和聞耐損傷能力的生態建築材料，可有效提聞短柱的變形能力，進一步提聞結構的抗震性能。
(2)本發明中的高延性纖維混凝土短柱具有良好的耐久性，可延長結構的使用壽命，大幅度提高短柱的抗剪承載力、延性和抗震性能，減少甚至免去強震後修復的工作。
具體實施例方式實施例I :該實施例的短柱為某教學樓樓梯間的柱剪跨比小於2的框架柱，建築層高3. 6m,休息平臺位於半層高處，柱支撐長度為I. Sm,截面尺寸500X500mm，短柱的縱筋採用HRB400，直徑為20mm，共8根，沿截面周邊均勻布置；箍筋採用HPB300，直徑為10mm，間距為100mm;採用短柱的常規施工方法澆築高延性纖維混凝土養護後即建得該實施例的短柱。遵循本發明的技術方案，該實施例的高延性纖維混凝土的組分為水泥、粉煤灰、矽灰、砂、PVA纖維和水，其中，按質量百分比計，水泥粉煤灰矽灰砂水=1 :0.9 :0. I O. 76 :0. 58 ;以水泥、粉煤灰、矽灰、砂和水混合均勻後的總體積為基數，PVA纖維(聚乙烯醇纖維)的體積摻量為I. 5% ;所用水泥為P. O. 52. 5R娃酸鹽水泥,粉煤灰為I級粉煤灰,娃灰 的燒失量為5%、二氧化矽含量為88%、比表面積為18000m2/kg，且矽灰符合GB/T 18736的相關要求；砂的最大粒徑為I. 26mm ；PVA纖維為上海羅洋科技有限公司生產的PA600纖維，長度為8mm、直徑為26 μ m、抗拉強度為1200MPa、彈性模量為30GPa，該實施例的高延性纖維混凝土中添加有江蘇博特新材料有限公司的PCA - I聚羧酸高性能減水劑，減水劑的添加量為粉煤灰、水泥和矽灰總質量的O. 8%。該實施例的高延性纖維混凝土的製備方法為首先將水泥、矽灰、粉煤灰和砂倒入強制式攪拌機中幹拌2 3分鐘；再加入減水劑和80%的水，攪拌Γ2分鐘；然後加入PVA纖維再攪拌2分鐘後加入剩餘20%的水，攪拌2分鐘。以下是發明人提供的關於本實施例的高延性纖維混凝土的力學性能試驗及其結
果O(I)採用70. 7mmX70. 7mmX70. 7mm的標準試模製作立方體試塊，按標準養護方法
養護60天，進行立方體抗壓強度試驗。試驗結果表明高延性纖維混凝土試塊抗壓強度平均值為65MPa，試塊達到峰值荷載後卸載再進行第二次加載，殘餘抗壓強度可達到峰值荷載的80%，試塊破壞過程具有明顯抗壓韌性。(2)採用40mmX40mmX 160mm的標準試模製作稜柱體抗彎試件，按標準養護方法養護60天，進行抗彎性能試驗。試驗結果表明高延性纖維混凝土試件的初裂強度為4. 8MPa，試件開裂以後承載力繼續提高，極限強度為10. IMPa，達到峰值荷載後承載力下降緩慢，按照ASTM C1018法計算所得的彎曲韌性係數其彎曲韌性15、110> 12(|、I30分別為6. 2、14. 5,33. 0,50. 6，表明具有很高的彎曲韌性。(3)米用50mmX 15mmX 350mm的試模製作拉伸試塊,按標準養護方法養護60天,進行直接拉伸試驗。結果表明高延性纖維混凝土試件單軸抗拉強度平均值為3. 6MPa，極限拉應變可達到I. 2%，試件開裂以後承載力基本保持不變，具有良好的抗拉韌性，破壞過程中出現10餘條裂縫。以上試驗表明，高延性纖維混凝土的極限拉應變遠高於《混凝土結構設計規範GB50010中普通混凝土的極限拉應變，高延性纖維混凝土受壓、受拉、受彎破壞時均具有較高的韌性，其破壞特徵與普通混凝土發生脆性破壞具有明顯不同。
該實施例的高延性纖維混凝土的上述力學特性表明，採用高延性纖維混凝土製 成的混凝土強度高、變形能力好，不易發生剪切脆性破壞。用它澆築成短柱，可顯著提高其抗剪承載力、延性和抗震性能。本發明的高延性纖維混凝土短柱可用於樓梯間柱、框支柱等。
權利要求
1.一種高延性纖維混凝土短柱，其特徵在於，該高延性纖維混凝土短柱的澆注材料為高延性纖維混凝土，該高延性纖維混凝土的組分為水泥、粉煤灰、矽灰、砂、PVA纖維和水，其中，按質量百分比計，水泥粉煤灰矽灰砂水=1 :0. 9 :0. I :0. 76 :0. 58 ;以水泥、粉煤灰、娃灰、砂和水混合均勻後的總體積為基數，PVA纖維的體積摻量為I. 5%。
2.如權利要求I所述的高延性纖維混凝土短柱，其特徵在於，所述水泥為P.O. 52. 5R矽酸鹽水泥；所述粉煤灰為I級粉煤灰；所述娃灰的燒失量小於6%、二氧化娃含量大於85%、比表面積大於15000m2/kg ;所述砂的最大粒徑為I. 26mm ;所述PVA纖維的長度為6 12mm、直徑為26 μ m以上、抗拉強度為1200MPa以上、彈性模量為30GPa以上。
3.如權利要求2所述的高延性纖維混凝土短柱，其特徵在於，所述高延性纖維混凝土中添加有減水率在30%以上的聚羧酸減水劑，且減水劑的添加量為粉煤灰、矽灰和水泥總質量的O. 8%。
4.如權利要求3所述的高延性纖維混凝土短柱，其特徵在於，所述高延性纖維混凝土的製備方法為將水泥、矽灰、粉煤灰和砂幹拌均勻後加入減水劑和80%的水攪拌均勻；之後再加入PVA纖維攪拌均勻後加入剩餘20%的水攪拌均勻即得高延性纖維混凝土。
全文摘要
本發明公開了一種高延性纖維混凝土短柱，以解決現有短柱存在的易發生剪切破壞、延性和抗震性能差的問題。本發明的高延性纖維混凝土短柱由高延性纖維混凝土澆築而成，所述高延性纖維混凝土的組分為水泥、粉煤灰、矽灰、砂、PVA纖維和水。本發明提供的高延性纖維混凝土短柱的承載力高、延性和抗震性能好，能夠防止短柱發生脆性破壞，可提高整體結構的耗能能力。
文檔編號C04B28/04GK102924012SQ201210437098
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月4日 優先權日2012年11月4日
發明者鄧明科, 梁興文, 代潔 申請人:西安建築科技大學