本發(fā)明屬土木、交通、水利等領(lǐng)域的復(fù)合材料、新結(jié)構(gòu)研發(fā)，具體涉及到一種用于隧洞工程的內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋混凝土管片。其特點(diǎn)在于高強(qiáng)度、高延性、高彈性模量、高性價(jià)比和優(yōu)異的耐腐蝕性。

背景技術(shù)：

鋼筋混凝土管片是盾構(gòu)法隧洞工程中最常用的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中鋼筋具有彈性模量高、延性好等優(yōu)點(diǎn)。管片作為隧洞工程的二次襯砌，需有良好的耐久性。因隧洞工程中地下水富集、環(huán)境惡劣，鋼筋存在易銹蝕、耐久性差的問題。

纖維增強(qiáng)塑料(FRP)由具有抗拉作用的連續(xù)纖維束和具有粘結(jié)作用的聚合物基體兩部分組成。FRP作為一種新型的有發(fā)展?jié)摿Φ慕ㄖ牧线m于服役環(huán)境、耐久性等方面要求高的重要工程結(jié)構(gòu)，如地下結(jié)構(gòu)、海洋結(jié)構(gòu)等。但FRP仍存在彈性模量低、變形大、價(jià)格高并呈脆性破壞的問題。

在FRP筋內(nèi)嵌入傳統(tǒng)鋼筋，并綁扎成內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋網(wǎng)用于混凝土管片中，可綜合利用FRP和鋼筋各自的優(yōu)點(diǎn)，從根本上解決鋼材銹蝕的問題，并改善FRP的力學(xué)性能。制備出兼顧輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高彈性模量、高延性、高性價(jià)比和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)的內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋混凝土管片。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種耐腐蝕性能好、延性高、性價(jià)比高、彈性模量和強(qiáng)度高的內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋混凝土管片。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋混凝土管片，該混凝土管片由內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋網(wǎng)和混凝土組成，F(xiàn)RP筋網(wǎng)設(shè)置在混凝土中；內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋網(wǎng)為混凝土管片的骨架結(jié)構(gòu)，該骨架結(jié)構(gòu)設(shè)置在混凝土中；所述的FRP筋網(wǎng)由內(nèi)嵌鋼筋的FRP受力筋、內(nèi)嵌鋼筋的FRP分布筋、內(nèi)嵌鋼筋的FRP腰筋和FRP箍筋綁扎而成。因箍筋主要承受剪力且內(nèi)嵌鋼筋的FRP箍筋制備復(fù)雜，故箍筋選用FRP箍筋。

鋼筋與FRP層通過拉擠成型工藝復(fù)合在一起，然后將其表面用纖維絲纏繞成螺紋狀并在其表面粘砂。

所述FRP層由連續(xù)纖維和熱固性樹脂復(fù)合而成，連續(xù)纖維選用玄武巖纖維、玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維。

根據(jù)所需力學(xué)性能指標(biāo)，按照復(fù)合材料理論計(jì)算FRP材料與鋼筋的體積比。

拉擠成型工藝采用與圓形相對(duì)應(yīng)的成型模具。

一種內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋混凝土管片的制備成型工藝為：送紗→纖維浸膠→纖維集束→鋼筋置入→通過模具拉擠成型→彎曲成型→熱固化成型→表面粘砂→鋼筋網(wǎng)綁扎→支模板→混凝土澆筑→養(yǎng)護(hù)成型。

本發(fā)明一種內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋混凝土管片，通過拉擠熱固化成型工藝將鋼筋和FRP層固化在一起，使鋼筋與FRP能夠共同受力，可保證該支護(hù)結(jié)構(gòu)具有良好的延性。FRP層保護(hù)內(nèi)部鋼筋免受環(huán)境腐蝕。該FRP筋表面粘有砂，可保證其與混凝土的有效粘結(jié)。所述管片適用于對(duì)力學(xué)性能和耐腐蝕性能要求高的隧洞工程中。

附圖說明

圖1是一種內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋混凝土管片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是A-A剖面圖；

圖3是內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋的橫截面圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

如圖1和圖2所示，本實(shí)例提供一種內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋管片，該結(jié)構(gòu)由內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋網(wǎng)和現(xiàn)澆混凝土層1組成，F(xiàn)RP筋網(wǎng)設(shè)置在現(xiàn)澆混凝土層1中。所述的內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋網(wǎng)由內(nèi)嵌鋼筋的FRP受力筋3、內(nèi)嵌鋼筋的FRP分布筋4、內(nèi)嵌鋼筋的FRP腰筋5和FRP箍筋2組成，構(gòu)件2、3、4、5通過綁扎連接在一起。如圖3所示，所述的內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋由鋼筋6、FRP層7和粘砂8組成。

將浸潤環(huán)氧樹脂的鋼筋6和纖維束按照一定比例一起送入拉擠模具，然后將其表面用纖維絲纏繞成螺紋狀，采用熱固化工藝進(jìn)行固化成型并在其表面粘砂8。纖維束與加熱固化后的環(huán)氧樹脂基體的體積比為2～3；所述的FRP層7的截面積占內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋的總截面積的35～40％。

一種內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋混凝土管片的制備工藝為：送紗→纖維浸膠→纖維集束→鋼筋置入→通過模具拉擠成型→彎曲成型→熱固化成型→表面粘砂→鋼筋網(wǎng)綁扎→支模板→澆筑混凝土→養(yǎng)護(hù)成型。

本發(fā)明采用傳統(tǒng)拉擠熱固化成型工藝和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)制備流程，設(shè)備改造要求不大，應(yīng)用前景廣泛。