一種海洋工程組合柱制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)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(shè)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(qiáng)塑料箍筋(2)和纖維增強(qiáng)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(shè)置有套管相互連接的連接件(5)。本發(fā)明專利技術(shù)具有耐海洋環(huán)境腐蝕性能優(yōu)異、可以采用預(yù)制施工、軸向承載力高、可以利用海水和海砂等現(xiàn)場(chǎng)材料、便于接長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，能夠滿足海洋工程，特別是遠(yuǎn)洋島礁工程建設(shè)需要的新型結(jié)構(gòu)柱，也可替代海洋工程中的鋼管樁。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)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。
技術(shù)介紹
海洋具有豐富的自然資源，特別是能源和礦產(chǎn)資源，同時(shí)，海洋也為人類提供了耐以生存的空間環(huán)境。我國(guó)管轄的海洋面積十分寬廣，這其中蘊(yùn)藏著豐富的海洋自然資源，海洋資源的開(kāi)發(fā)是具有重要戰(zhàn)略意義的新興領(lǐng)域，因此，21世紀(jì)也被稱為“海洋世紀(jì)”。在我國(guó)廣闊的領(lǐng)海中，有許多遠(yuǎn)洋島礁，它們遠(yuǎn)離大陸，自然環(huán)境惡劣，資源匱乏，交通極為不便。但是，對(duì)于遠(yuǎn)洋島礁的開(kāi)發(fā)建設(shè)卻具有十分重要的意義，是維護(hù)我國(guó)海洋權(quán)益和領(lǐng)土安全的前沿陣地，是我國(guó)維護(hù)海洋區(qū)域?qū)嶋H控制能力的重要體現(xiàn)，也是開(kāi)發(fā)海洋資源的重要基地。遠(yuǎn)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(yán)重，主要特征包括：①海水中NaCl的含量約為3％，是對(duì)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(yán)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(yán)重的區(qū)域之一；④海水中的生物對(duì)混凝土和金屬的腐蝕也很?chē)?yán)重。在海洋工程建設(shè)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(huì)用到鋼管樁?，F(xiàn)有資料表明，遠(yuǎn)洋島礁工程結(jié)構(gòu)在陽(yáng)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(kāi)裂剝落、鋼筋銹蝕外露，而金屬構(gòu)件僅1年左右就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)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(wú)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(jìn)行表面噴涂。而對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)，由于鋼筋銹蝕引起的腐蝕問(wèn)題特別突出，通過(guò)原材料的選擇、外加劑的摻入等手段提高混凝土的密實(shí)性和抗?jié)B性，以及對(duì)鋼筋進(jìn)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：首先，表面防腐涂料的使用壽命有限，需要定期修補(bǔ)，后期維護(hù)成本高，考慮到遠(yuǎn)洋島礁的特殊地理位置，這種維護(hù)成本會(huì)成倍上升。此外，對(duì)于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，由于海水、海砂中的氯離子對(duì)鋼筋產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，必須使用河砂、淡水拌制混凝土，大量原材料的運(yùn)輸對(duì)于遠(yuǎn)洋島礁工程而言極為不便，費(fèi)用高昂。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(yù)制化程度，并且
考慮就地取材拌制混凝土，對(duì)于海洋工程，特別是遠(yuǎn)洋島礁工程建設(shè)，具有特別重大的意義?；钚苑勰┗炷?簡(jiǎn)稱RPC)是一種具有超高抗壓強(qiáng)度、高耐久性以及高韌性的新型水泥基復(fù)合材料，其具有兩個(gè)突出的特點(diǎn)，第一，具有超高的強(qiáng)度，無(wú)需特殊處理，抗壓強(qiáng)度可達(dá)到200MPa，抗彎強(qiáng)度可達(dá)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(hù)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(jìn)行熱養(yǎng)護(hù)。因此，在現(xiàn)有條件下，RPC在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用以預(yù)制構(gòu)件的方式為主?；谝陨咸攸c(diǎn)，預(yù)制RPC結(jié)構(gòu)符合海洋工程，特別是遠(yuǎn)洋島礁工程的技術(shù)要求，具有良好的應(yīng)用情景。專利CN201120058871公開(kāi)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(yù)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(guò)采用預(yù)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(guò)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(dān)軸向荷載，在活性粉末混凝土套管開(kāi)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。該專利技術(shù)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(bǔ)了現(xiàn)有鋼管混凝土柱的缺陷，同時(shí)充分發(fā)揮了活性粉末混凝土的材料性能，并從性能/費(fèi)用效率方面克服了其成本較高的問(wèn)題。申請(qǐng)人的試驗(yàn)研究表明，活性粉末混凝土套管柱具有優(yōu)良的力學(xué)性能，即使在套管開(kāi)裂后，只要箍筋不出現(xiàn)斷裂，套管能夠?yàn)閮?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(shè)，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(dǎo)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(qiáng)，一旦氯離子擴(kuò)散到套管內(nèi)的鋼筋表面，鋼筋就會(huì)生銹，進(jìn)而導(dǎo)致套管開(kāi)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(zhǎng)，施工不方便。因此，提出一種新型耐腐蝕的預(yù)制RPC管柱，是解決RPC結(jié)構(gòu)應(yīng)用于海洋工程，特別是遠(yuǎn)洋島礁工程建設(shè)的關(guān)鍵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)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(yù)制施工、軸向承載力高、可以利用海水和海砂等現(xiàn)場(chǎng)材料、便于接長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，能夠滿足海洋工程，特別是遠(yuǎn)洋島礁工程建設(shè)需要的新型結(jié)構(gòu)柱，也可替代海洋工程中的鋼管樁。本專利技術(shù)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(shè)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(qiáng)塑料箍筋和纖維增強(qiáng)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(shè)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。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就在于：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(wèn)題。采用纖維增強(qiáng)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(wèn)題，因而即使發(fā)生氯離子滲透的情況，也不會(huì)產(chǎn)生筋材銹蝕引起預(yù)制管開(kāi)裂的問(wèn)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，本專利技術(shù)在海洋環(huán)境中具有極為突出的耐腐蝕性能。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。本專利技術(shù)中，活性粉末混凝土套管中配有FRP封閉箍筋，對(duì)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(qiáng)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(méi)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(yuǎn)洋島礁上的現(xiàn)場(chǎng)材料進(jìn)行拌制，不會(huì)對(duì)組合柱的耐久性能產(chǎn)生影響，可以大大降低建設(shè)成本和維護(hù)成本。當(dāng)然，現(xiàn)澆混凝土柱也可根據(jù)設(shè)計(jì)需要，配置FRP箍筋和FRP縱筋、FRP管材或FRP型材等。③活性粉末混凝土套管便于接長(zhǎng)。可以按設(shè)計(jì)要求預(yù)制定長(zhǎng)的活性粉末混凝土套管，當(dāng)長(zhǎng)度不夠時(shí)，可以將套管通過(guò)兩端相互連接的連接件縱向接長(zhǎng)，到達(dá)設(shè)計(jì)所要求的長(zhǎng)度。④活性粉末混凝土套管可以替代鋼管樁。在海洋工程中，可以無(wú)需在內(nèi)部現(xiàn)澆混凝土，直接代替鋼管樁。與鋼管樁相比，施工方式與現(xiàn)有鋼管本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
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(shè)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(qiáng)塑料箍筋(2)和纖維增強(qiáng)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(shè)置有套管相互連接的連接件(5)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種海洋工程組合柱，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(shè)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(qiáng)塑料箍筋(2)和纖維增強(qiáng)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(shè)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(qiáng)塑料箍筋(2)和纖維增強(qiáng)塑料縱筋(3)為碳纖維增強(qiáng)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：單波，龔建清，肖巖，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：湖南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖南;43