一種海洋工程組合柱的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海洋工程組合柱，包括活性粉末混凝土套管(1)、箍筋(2)、縱筋(3)、混凝土柱(4)，箍筋(2)、縱筋(3)設置在活性粉末混凝土套管(1)內(nèi)，其特征在于箍筋(2)、縱筋(3)分別為封閉的纖維增強塑料箍筋(2)和纖維增強塑料縱筋(3)，并在套管(1)的活性粉末混凝土中摻入了耐腐蝕的短纖維，活性粉末混凝土套管(1)的兩端分別設置有套管相互連接的連接件(5)。本發(fā)明具有耐海洋環(huán)境腐蝕性能優(yōu)異、可以采用預制施工、軸向承載力高、可以利用海水和海砂等現(xiàn)場材料、便于接長、經(jīng)濟性好等特點，能夠滿足海洋工程，特別是遠洋島礁工程建設需要的新型結(jié)構(gòu)柱，也可替代海洋工程中的鋼管樁。
【專利說明】
一種海洋工程組合柱
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明主要涉及到土木工程中的海洋工程和建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，特指一種在海洋工程使用的組合柱。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋具有豐富的自然資源，特別是能源和礦產(chǎn)資源，同時，海洋也為人類提供了耐以生存的空間環(huán)境。我國管轄的海洋面積十分寬廣，這其中蘊藏著豐富的海洋自然資源，海洋資源的開發(fā)是具有重要戰(zhàn)略意義的新興領(lǐng)域，因此，21世紀也被稱為“海洋世紀”。在我國廣闊的領(lǐng)海中，有許多遠洋島礁，它們遠離大陸，自然環(huán)境惡劣，資源匱乏，交通極為不便。但是，對于遠洋島礁的開發(fā)建設卻具有十分重要的意義，是維護我國海洋權(quán)益和領(lǐng)土安全的前沿陣地，是我國維護海洋區(qū)域?qū)嶋H控制能力的重要體現(xiàn)，也是開發(fā)海洋資源的重要基地。遠洋島礁工程是土木工程中最具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)處于高溫、高濕、高鹽霧、高輻射的海洋環(huán)境，是腐蝕極為嚴重，主要特征包括:①海水中NaCl的含量約為3%，是對結(jié)構(gòu)腐蝕速率最快的濃度;②處于浪濺區(qū)的構(gòu)件腐蝕最為嚴重;③海洋大氣環(huán)境中的鹽分高，是各類大氣環(huán)境腐蝕中最嚴重的區(qū)域之一;④海水中的生物對混凝土和金屬的腐蝕也很嚴重。在海洋工程建設中，最最主要的結(jié)構(gòu)形式是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有些跨海工程中也會用到鋼管粧。現(xiàn)有資料表明，遠洋島礁工程結(jié)構(gòu)在陽光照射、溫差、海水沖蝕、鹽霧及生物侵蝕等因素綜合作用下，混凝土構(gòu)件3年左右便出現(xiàn)開裂剝落、鋼筋銹蝕外露，而金屬構(gòu)件僅I年左右就會出現(xiàn)嚴重腐蝕。因此，海洋環(huán)境下，結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性能特別重要，一般需要采取必要的防腐措施。無論是混凝土結(jié)構(gòu)還是金屬結(jié)構(gòu)，通常采用防腐涂料進行表面噴涂。而對于混凝土結(jié)構(gòu)，由于鋼筋銹蝕引起的腐蝕問題特別突出，通過原材料的選擇、外加劑的摻入等手段提高混凝土的密實性和抗?jié)B性，以及對鋼筋進行涂覆處理，也是常用的技術(shù)手段。但是，現(xiàn)有的海洋結(jié)構(gòu)的防腐措施具有很明顯的缺陷:
[0003]首先，表面防腐涂料的使用壽命有限，需要定期修補，后期維護成本高，考慮到遠洋島礁的特殊地理位置，這種維護成本會成倍上升。此外，對于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，由于海水、海砂中的氯離子對鋼筋產(chǎn)生嚴重腐蝕，必須使用河砂、淡水拌制混凝土，大量原材料的運輸對于遠洋島礁工程而言極為不便，費用高昂。
[0004]綜上所述，采用耐腐蝕性能優(yōu)異的高性能混凝土、提高結(jié)構(gòu)的預制化程度，并且考慮就地取材拌制混凝土，對于海洋工程，特別是遠洋島礁工程建設，具有特別重大的意義。
[0005]活性粉末混凝土(簡稱RPC)是一種具有超高抗壓強度、高耐久性以及高韌性的新型水泥基復合材料，其具有兩個突出的特點，第一，具有超高的強度，無需特殊處理，抗壓強度可達到200MPa，抗彎強度可達30?60MPa，有效克服了高性能混凝土的高脆性，性能卓越；第二，具有突出的耐腐蝕性，RPC孔隙小，且孔隙率極低，已有研究表明，RPC抵抗海水腐蝕的能力遠遠高于普通混凝土和高性能混凝土。此外，在生產(chǎn)工藝方面，由于RPC大量摻入了活性材料，這些材料的高活性必須在一定養(yǎng)護溫度下才能快速、充分發(fā)揮，RPC構(gòu)件在成型后一般需要進行熱養(yǎng)護。因此，在現(xiàn)有條件下，RPC在土木工程領(lǐng)域的應用以預制構(gòu)件的方式為主。
[0006]基于以上特點，預制RPC結(jié)構(gòu)符合海洋工程，特別是遠洋島礁工程的技術(shù)要求，具有良好的應用情景。
[0007]專利CN201120058871公開了一種套管鋼筋混凝土柱，其特征在于鋼筋混凝土柱的套管為預制活性粉末混凝土套管，其特征在于活性粉末混凝土套管內(nèi)部配置有縱向鋼筋和箍筋。通過采用預制活性粉末混凝土套管與內(nèi)部的鋼筋混凝土柱組成組合柱。在施工過程中，活性粉末混凝土套管是內(nèi)部混凝土的模板，也是施工支持體系的一部分;在施工完成后，套管與內(nèi)部混凝土共同承擔軸向荷載，在活性粉末混凝土套管開裂前，套管與為核心區(qū)混凝土提供橫向約束，成形約束混凝土。該發(fā)明與鋼管混凝土柱比較，活性粉末混凝土套管柱具有自身的性能，如施工方便、成本低、軸向承載力高、抗震性能好、抗火性能突出、耐久性能優(yōu)異等。在一些關(guān)鍵技術(shù)方面(如成本較高、抗火性能和耐久性能不足等)彌補了現(xiàn)有鋼管混凝土柱的缺陷，同時充分發(fā)揮了活性粉末混凝土的材料性能，并從性能/費用效率方面克服了其成本較高的問題。
[0008]
【申請人】的試驗研究表明，活性粉末混凝土套管柱具有優(yōu)良的力學性能，即使在套管開裂后，只要箍筋不出現(xiàn)斷裂，套管能夠為內(nèi)部核心區(qū)混凝土提供有效的約束，從而極大提高了組合柱的承載力和延續(xù)。但采用這種活性粉末混凝土套管柱直接用于海洋工程建設，在性能方面存在以下技術(shù)缺陷:第一，目前，RPC中摻入的普通鋼纖維或鍍銅鋼纖維并不能有效抵抗海洋環(huán)境的腐蝕，鋼纖維的腐蝕不但影響構(gòu)件的外觀，而且使得腐蝕性介質(zhì)沿著鋼纖維形成的通道由構(gòu)件表面向構(gòu)件內(nèi)部侵蝕，導致RPC構(gòu)件被腐蝕破壞;第二，海洋環(huán)境中的氯離子滲透性強，一旦氯離子擴散到套管內(nèi)的鋼筋表面，鋼筋就會生銹，進而導致套管開裂破壞;第三，RPC套管內(nèi)現(xiàn)澆的鋼筋混凝土柱，也不能使用海水和海砂作為原材料，不滿足就地取材的要求;第四，RPC套管不能接長，施工不方便。
[0009]因此，提出一種新型耐腐蝕的預制RPC管柱，是解決RPC結(jié)構(gòu)應用于海洋工程，特別是遠洋島礁工程建設的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種海洋工程組合柱，具有耐海洋環(huán)境腐蝕性能優(yōu)異、可以采用預制施工、軸向承載力高、可以利用海水和海砂等現(xiàn)場材料、便于接長、經(jīng)濟性好等特點，能夠滿足海洋工程，特別是遠洋島礁工程建設需要的新型結(jié)構(gòu)柱，也可替代海洋工程中的鋼管粧。
[0011]本發(fā)明的解決方案為一種海洋工程組合柱，包括活性粉末混凝土套管、箍筋、縱筋、混凝土柱，箍筋、縱筋設置在活性粉末混凝土套管內(nèi)，其特征在于箍筋、縱筋分別為封閉的纖維增強塑料箍筋和纖維增強塑料縱筋，并在套管的活性粉末混凝土中摻入了耐腐蝕的短纖維，活性粉末混凝土套管的兩端分別設置有套管相互連接的連接件;活性粉末混凝土套管內(nèi)混凝土柱，為海水與海砂拌制的現(xiàn)澆混凝土柱。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點就在于:
[0013]①海洋工程組合柱具有優(yōu)異的耐腐蝕性。在活性粉末混凝土套管的原材料中，摻入不銹鋼纖維和合成纖維取代普通鋼纖維，有效避免了短纖維材料本身被海洋環(huán)境腐蝕的問題。采用纖維增強塑料(FRP)筋材制成封閉箍筋及縱筋取代鋼筋，由于FRP材料本身不存生銹的問題，因而即使發(fā)生氯離子滲透的情況，也不會產(chǎn)生筋材銹蝕引起預制管開裂的問題，耐腐蝕性能優(yōu)異。此外，本身是超高性能混凝土，滲透性極低，耐腐蝕性好。因此，本發(fā)明在海洋環(huán)境中具有極為突出的耐腐蝕性能。
[0014]②海洋工程組合柱可以直接使用海水和海砂拌制的混凝土。本發(fā)明中，活性粉末混凝土套管中配有FRP封閉箍筋，對內(nèi)部現(xiàn)澆混凝土具有橫向約束作用，可以顯著提高內(nèi)部混凝土的抗壓強度，兩者形成了組合柱。由于外圍活性粉末混凝土套管耐腐蝕性能好，也沒有配置鋼筋，因此，內(nèi)部現(xiàn)澆混凝土柱可以采用海水和海砂等遠洋島礁上的現(xiàn)場材料進行拌制，不會對組合柱的耐久性能產(chǎn)生影響，可以大大降低建設成本和維護成本。當然，現(xiàn)澆混凝土柱也可根據(jù)設計需要，配置FRP箍筋和FRP縱筋、FRP管材或FRP型材等。
[0015]③活性粉末混凝土套管便于接長。可以按設計要求預制定長的活性粉末混凝土套管，當長度不夠時，可以將套管通過兩端相互連接的連接件縱向接長，到達設計所要求的長度。
[0016]④活性粉末混凝土套管可以替代鋼管粧。在海洋工程中，可以無需在內(nèi)部現(xiàn)澆混凝土，直接代替鋼管粧。與鋼管粧相比，施工方式與現(xiàn)有鋼管粧類似，無需定期表面噴涂防腐層，耐久性大大提高，維護成本顯著降低。
【附圖說明】
[0017]圖1是海洋工程組合柱的橫截面示意圖；
[0018]圖2是海洋工程組合柱的縱剖面示意圖。
[0019]圖例說明
[0020]I為活性粉末混凝土套管2為封閉的纖維增強塑料箍筋
[0021]3為纖維增強塑料縱筋4為混凝土柱
[0022]5連接件
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明如附圖所示，一種海洋工程組合柱，包括活性粉末混凝土套管(I)、箍筋
(2)、縱筋(3)、混凝土柱(4)，箍筋(2)、縱筋(3)設置在活性粉末混凝土套管(I)內(nèi)，其特征在于箍筋(2)、縱筋(3)分別為封閉的纖維增強塑料箍筋(2)和纖維增強塑料縱筋(3)，并在套管(I)的活性粉末混凝土中摻入了耐腐蝕的短纖維，活性粉末混凝土套管(I)的兩端分別設置有套管相互連接的連接件(5)，如圖1和圖2所示。實施時，首先，按照設計要求，將封閉的纖維增強塑料箍筋(2)和纖維增強塑料縱筋(3)制成FRP筋籠，并放置在制作活性粉末混凝土套管(I)的模具內(nèi)；采用不銹鋼纖維和合成纖維拌制RPC，并澆筑在模具內(nèi)，采用離心法進行生產(chǎn);成型后的活性粉末混凝土套管(I)拆模，在熱水或蒸汽中的養(yǎng)護48小時;將預制好的活性粉末混凝土套管(I)運至施工現(xiàn)場，吊裝就位，或采用錘擊的方法在海水中定位;如長度不夠，繼續(xù)吊裝活性粉末混凝土套管(I)，并通過設置在套管兩端的連接件(5)縱向接長;最后采用海水和海砂現(xiàn)場拌制混凝土，在活性粉末混凝土套管(I)內(nèi)現(xiàn)澆混凝土柱(4)，完成海洋工程組合柱的施工。
【主權(quán)項】
1.一種海洋工程組合柱，包括活性粉末混凝土套管(I)、箍筋(2)、縱筋(3)、混凝土柱(4)，箍筋(2)、縱筋(3)設置在活性粉末混凝土套管(I)內(nèi)，其特征在于箍筋(2)、縱筋(3)分別為封閉的纖維增強塑料箍筋(2)和纖維增強塑料縱筋(3)，并在套管(I)的活性粉末混凝土中摻入了耐腐蝕的短纖維，活性粉末混凝土套管(I)的兩端分別設置有套管相互連接的連接件(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋工程組合柱，其特征在于所述的封閉的纖維增強塑料箍筋(2)和纖維增強塑料縱筋(3)為碳纖維增強塑料(CFRP)筋材、玻璃纖維增強塑料(GFRP)筋材、芳綸纖維增強塑料(AFRP)筋材、玄武巖纖維增強塑料(BFRP)筋材或者混雜纖維增強塑料(HFRP)筋材。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋工程組合柱，其特征在于所述的耐腐蝕短纖維為合成纖維，不銹鋼纖維，或兩者的混雜纖維。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性粉末混凝土套管(I)，其特征在于所述的連接件(5)為公母槽、榫頭榫套或者卡套。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋工程組合柱，其特征在于所述的混凝土柱(4)為海水與海砂拌制的現(xiàn)饒混凝土柱。
【文檔編號】E04C3/34GK106013611SQ201610519648
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月5日
【發(fā)明人】單波, 龔建清, 肖巖
【申請人】湖南大學