一種連續(xù)生產(chǎn)聚丙烯帶纏繞包裹鋼筋形成復(fù)合筋的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于建筑領(lǐng)域用增強(qiáng)材料，具體涉及一種連續(xù)生產(chǎn)聚丙烯帶纏繞包裹鋼筋 形成復(fù)合筋的方法，此復(fù)合鋼筋可作為腐蝕性環(huán)境下增強(qiáng)混凝土的箍筋使用。
【背景技術(shù)】
[0002] 混凝土是當(dāng)今世界上應(yīng)用范圍最為廣泛的建筑材料，混凝土具有相對高的壓縮強(qiáng) 度，而它的拉伸強(qiáng)度卻很低，因而混凝土結(jié)構(gòu)通常采用鋼筋等材料增強(qiáng)其拉伸應(yīng)力，以使其 承受結(jié)構(gòu)荷載；鋼筋在混凝土結(jié)構(gòu)中以加強(qiáng)縱筋和箍筋的組合形式應(yīng)用，兩者缺一不可。通 常加強(qiáng)縱筋兩端（或一端）需要彎曲到90°，而箍筋兩端需要彎曲到135°而中間彎曲到 90°，由于建筑結(jié)構(gòu)的多樣性，加強(qiáng)縱筋和箍筋需要根據(jù)現(xiàn)場要求彎曲，以滿足結(jié)構(gòu)工程。
[0003] 當(dāng)處于腐蝕性環(huán)境中，雖然存在混凝土提供的保護(hù)，但基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的增強(qiáng)用的鋼 筋的腐蝕而由此引發(fā)的結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性是值得懷疑的。環(huán)氧涂層鋼筋被用于腐蝕性環(huán)境 中增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)，但環(huán)氧樹脂涂層仍然存在一些問題，同時導(dǎo)致增強(qiáng)用鋼筋價格的上升， 我國的環(huán)氧涂層鋼筋相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見中華人民共和國建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：JG3042-1997,環(huán)氧 樹脂涂層厚度為0. 18-0. 30_，不得有少于0. 13_的涂層，此外，還可以采用不銹鋼筋以解 決普通增強(qiáng)用鋼筋腐蝕問題，但價格的增加有時是難以接受的。
[0004] 纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料筋（fiber reinforced polymer composites rebar，簡 稱FRP筋）被認(rèn)為是腐蝕性環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋的理想替代品，根據(jù)所用的增強(qiáng)纖維 不同，可以分為：玻璃纖維增強(qiáng)（GFRP)筋，芳綸纖維增強(qiáng)（AFRP)筋、碳纖維增強(qiáng)（CFRP)筋 和混雜纖維增強(qiáng)（HFRP)筋，增強(qiáng)用樹脂可以是熱固性、熱塑性，但纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合筋 沒有工業(yè)化，市面上的筋材都是熱固性FRP筋，它們不能彎曲，也不具備可焊接性能。
[0005] 多種增強(qiáng)用筋材性能、性價比，見表1【M Sayyar et al. Low -cost glass fiber composites with enhanced alkali resistance tailored towards concrete reinforcement. Constr Build Mater2013 :44 :458-63. ]〇
[0006] 表1 :各種增強(qiáng)用筋材的的性能、性價比（以直徑為12. 5mm說明）
[0007]
[0008] 表1說明，對于腐蝕性環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)中采用FRP筋和環(huán)氧涂層鋼筋取代 鋼筋的重要性和經(jīng)濟(jì)性，基于巨大的研究熱情和商業(yè)應(yīng)用需要，各國由此制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn) [ACI Committee440. Guide for the design and construction of concrete reinforced with FRP bars. ACI440. 1R-06. A. C. I.，F(xiàn)armington Hills，MI. 44 :2006.纖維增強(qiáng)復(fù)合材 料建設(shè)工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范（GB50608-2010)】。GFRP筋被認(rèn)為是腐蝕性環(huán)境中，基于混凝土 結(jié)構(gòu)性能與價格之間平衡，它是鋼筋最理想的替代品，但GFRP筋不能現(xiàn)場彎曲。
[0009] 為了解決腐蝕環(huán)境中混凝土結(jié)構(gòu)中的箍筋問題，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料建設(shè)工程應(yīng)用 技術(shù)規(guī)范（GB50608-2010)提出兩種方案：采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋和FRP筋。
[0010] 對于腐蝕條件下混凝土使用的箍筋，一個最容易想到的方案是直接彎曲環(huán)氧樹脂 鋼筋作為箍筋使用，但在彎曲時，鋼筋和環(huán)氧樹脂同時被拉伸，根據(jù)文獻(xiàn)【趙科。鋼筋、FRP筋 彎曲方程式。工業(yè)建筑（增刊），2009年，66-72】相關(guān)的計(jì)算公式和表2的內(nèi)容，對于箍筋常 用的90°、135°彎曲，要求鋼筋和環(huán)氧樹脂的延伸率在10 - 20%之間，鋼筋可滿足，但環(huán) 氧樹脂延伸率通常在5 %以內(nèi)，因而預(yù)計(jì)在此角度彎曲，環(huán)氧樹脂出現(xiàn)裂紋或從鋼筋表面脫 落；對此環(huán)氧涂層鋼筋相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)JG3042-1997有如下說明：在涂層鋼筋彎曲試驗(yàn)中，在被 彎曲鋼筋的外半圓范圍內(nèi)，不應(yīng)有肉眼可見的裂紋或失去粘著的現(xiàn)象出現(xiàn)。這樣的表述說 明彎曲時容易出現(xiàn)問題，只是檢驗(yàn)的方式采用肉眼觀察，而一般人的肉眼可以觀察到IOym 以上的裂紋，在此以下，則不同的人觀察能力存在差異；如果出現(xiàn)肉眼可見的裂紋或失去粘 著的現(xiàn)象，J63042-1997提出還可以采用修補(bǔ)材料進(jìn)行修補(bǔ)后處理；但同時也提出：在涂層 鋼筋經(jīng)過彎曲加工后，若加工區(qū)段僅有發(fā)絲（注：人體頭發(fā)絲直徑為50-70 μ m之間）裂縫， 涂層和鋼筋之間沒有可察覺的粘著損失，可不必修補(bǔ)。顯然，對于彎曲導(dǎo)致環(huán)氧樹脂出現(xiàn)裂 紋或從鋼筋表面脫落問題，JG3042-1997提出的方案比較模糊，可能是兼顧多方因素的結(jié) 果。雖然環(huán)氧樹脂鋼筋可以現(xiàn)場彎曲成箍筋使用，但彎曲容易導(dǎo)致環(huán)氧樹脂出現(xiàn)問題，使得 彎曲部位抗腐蝕能力下降。
[0011] FRP筋：將增強(qiáng)用的纖維浸膠后，通過模壓方式成為箍筋，并且GB50608-2010提出 為了盡量保留FRP筋彎曲部位的力學(xué)性能，避免出現(xiàn)由于更大的彎曲角度而導(dǎo)致FRP筋剪 切破壞，F(xiàn)RP筋彎曲角度限制在90°以內(nèi)，彎曲部位的彎折直徑與箍筋的直徑的比值大于 6。目前市面上出現(xiàn)的作為箍筋的6FRP筋通常彎曲角度限制在90°以內(nèi)，且是U型的結(jié)構(gòu)， 可以單獨(dú)采用一個U型箍筋或?qū)蓚€U型箍筋疊合（需要捆扎連接，如采用環(huán)氧樹脂浸漬 玻纖束后捆扎）成為封閉環(huán)結(jié)構(gòu)，一定程度適應(yīng)施工現(xiàn)場要求，這種U型GFRP箍筋需要定 制式生產(chǎn)，U型箍筋不具備現(xiàn)場加工能力；同時，這種結(jié)構(gòu)的箍筋與鋼筋形成的箍筋存在一 定的差異，進(jìn)而影響到箍筋的應(yīng)用效果，如容易出現(xiàn)兩個U型箍筋疊合處的連接破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 為了研究出一種可以像鋼筋一樣，根據(jù)需要現(xiàn)場彎曲的復(fù)合鋼筋，作為箍筋使用 且防腐蝕性能良好，尤其是彎曲部位不能出現(xiàn)損壞，如下的技術(shù)方案較好。
[0013] 在拉擠-纏繞設(shè)備上連續(xù)生產(chǎn)聚丙烯-鋼筋復(fù)合物，其中聚丙烯帶環(huán)向纏繞，將鋼 筋完全包裹在內(nèi)層，加熱熔融聚丙烯，冷卻后聚丙烯將鋼筋完全包裹。
[0014] 有利的，在拉擠-纏繞設(shè)備上連續(xù)生產(chǎn)聚丙烯-鋼筋復(fù)合物，其中鋁帶、聚丙烯帶 同步環(huán)向纏繞，形成內(nèi)部是鋼筋、中間層是聚丙烯，最外層是鋁帶的結(jié)構(gòu)，加熱熔融聚丙烯， 冷卻后鋁帶、聚丙烯將鋼筋完全包裹，解除鋁帶后形成聚丙烯-鋼筋復(fù)合物。
[0015] 有利的，鋼筋直徑為Φ4πιπι-Φ12πιπι的變形鋼筋，此類鋼筋以圓盤形式銷售。
[0016] 由此制造的聚丙烯包裹鋼筋復(fù)合物，作為腐蝕性環(huán)境下增強(qiáng)混凝土的箍筋使用。
[0017] 本發(fā)明說明如下
[0018] 為了提高鋼筋的防腐蝕能力，采用在鋼筋表面覆蓋高分子材料，利用高分子材料 的阻隔作用是一種比較好的方案；由于熱固性高分子材料（如環(huán)氧樹脂）斷裂延伸率普遍 比較低，在彎曲時由于拉伸作用，使得熱固性高分子材料容易斷裂，因而本發(fā)明不采用。
[0019] 本發(fā)明人認(rèn)為熱塑性高分子材料包覆鋼筋可提高其耐腐蝕性能并滿足彎曲要求， 在眾多熱塑性高分子材料方面，綜合多方面因素，聚丙烯是一種比較好的選擇，文獻(xiàn)【張曉 明、劉雄亞.纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料及其應(yīng)用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007年】說明如 下：
[0020] 聚丙烯24小時的吸水率為其自身重量的O.Olwt%，飽和吸水率為0.03- 0.04wt% (不足環(huán)氧樹脂的十分之一），伸長率方面：屈服10-20% (與鋼筋斷裂伸長率接 近），斷裂>200 %，成型收縮率：1. 0-2. 0 %，壓縮強(qiáng)度39- 56MPa，其余見此文獻(xiàn)。
[0021] 由于腐蝕性介質(zhì)通常需要溶解在水中再侵蝕鋼筋，如果鋼筋表面被聚丙烯材料包 裹，則由于其極低的吸水性，因而可以阻擋腐蝕性介質(zhì)的侵入而保護(hù)鋼筋，聚丙烯材料也具 有很好的耐酸堿能力，并作為混凝土增強(qiáng)用纖維材料使用，以減緩或