[发明专利]一种分布超细钢丝的纤维塑料筋及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程用结构材料技术领域，具体涉及一种分布超细钢丝的纤维塑料筋及其制作方法。

背景技术

长期以来，混凝土结构中钢筋的锈蚀问题严重地影响了结构的使用性能，降低了结构的耐久性。为此，工程技术人员致力于寻找从根本上解决结构耐久性问题的技术措施。纤维增强塑料(Fiber reinforced polymer/plastic，简称FRP)以其优良的抗腐蚀性能成为目前彻底解决钢筋混凝土结构耐久性问题最具潜力的选材之一。

FRP材料是由纤维和基体材料按一定比例混合并经过一定工艺(如拉挤、编织、手糊等)复合形成的新型高性能材料。纤维塑料筋是土木工程中常见的一种FRP材料。与普通钢筋相比，它具有高强、轻质、耐腐蚀和非磁性等诸多优点。目前，国内外学者针对FRP筋在混凝土结构中的应用已开展了较多的研究工作，国内外市场上已有多种较成熟的FRP筋产品。但是总体看来，FRP筋在混凝土结构中应用的发展仍较为缓慢。除了FRP筋的成本较高、人们对新材料性能了解不够等因素制约外，另外一个重要原因在于纤维塑料筋，如碳纤维(CFRP)筋，玻璃纤维(GFRP)筋，芳纶纤维(AFRP)筋等，其应力应变呈线性关系，没有类似钢筋的屈服平台。该缺点导致了FRP筋混凝土结构延性较差，破坏时没有明显的征兆。因此，延性问题是FRP筋能否得到广泛应用所需解决的根本问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提出一种改善FRP筋混凝土构件的延性性能的分布超细钢丝的新型纤维塑料筋及其制作方法。

本发明提出的一种分布超细钢丝的纤维塑料筋，包括超细钢丝1、塑料纤维2和基体材料3，它在传统纤维塑料筋的成型过程中掺入了一定比例的超细钢丝1。其中，超细钢丝1与塑料纤维2的体积比为1∶4～1∶3，二者体积之和占纤维塑料筋总体积的50％～70％。

本发明中，所述塑料纤维2可以为碳纤维、芳纶纤维或玻璃纤维等中任一种。

本发明中，所述超细钢丝1的直径不大于0.03mm，且应具有较高的弹性模量和较好的延性。

本发明中，所述基体材料3采用不饱和聚酯树脂、环氧树脂或乙烯基酯树脂等中任一种。

本发明提出的分布超细纲丝的纤维塑料筋的制作方法，具体步骤为：在传统纤维塑料筋的成型过程中掺入超细钢丝1，并用基体材料3将塑料纤维2和超细钢丝1粘结成一整体，其中，超细钢丝1和塑料纤维2采用分层布置，最里层分布超细钢丝，外面包围单层或若干层塑料纤维2，依此排序，循环布置。

本发明根据FRP材料设计原理，将塑料纤维和超细钢丝按照一定比例混合后经拉挤工艺可制得新型纤维塑料筋。为保证超细钢丝与基体材料间具有良好的粘结性能，选用的超细钢丝的直径应不大于0.03mm。超细钢丝的弹性应变和极限应变分别为1％和5％左右，而塑料纤维的极限应变约为2～3％。在纤维塑料筋的应变达到1％之前，超细钢丝和塑料纤维协同变形，共同承担荷载作用，此时纤维塑料筋处于弹性受力阶段；随着应变的增加，超细钢丝进入塑性阶段，导致纤维塑料筋的弹性模量降低，各组分受力重新分布，呈现出类似于普通钢筋的“伪屈服阶段”；当塑料纤维达到其极限拉应变后，外荷载主要由超细钢丝承担，直至超细钢丝被拉断。因此，本发明方案可改变传统纤维塑料筋的线弹性应力-应变关系，改善其延性。此外，采用超细钢丝代替部分塑料纤维，在一定程度上降低了纤维塑料筋的生产成本。

本发明可根据纤维塑料筋的力学性能要求，调整超细钢丝的直径以及超细钢丝、碳纤维和基体材料的体积比例。超细钢丝的直径越小，与基体材料的粘结性能越好；超细钢丝的体积比例越大，纤维塑料筋的延性越好。此外，为保证该新型纤维塑料筋具有良好的耐腐蚀性能，应控制最外层超细钢丝至纤维塑料筋表面的最小距离。本实施例中的塑料纤维还可采用芳纶纤维、玻璃纤维等。为提高本新型纤维塑料筋与混凝土之间的粘结性能，可将筋的表面作各种变形处理。

附图说明

图1为本发明横断面结构图示。

图中标号：1为超细钢丝，2为塑料纤维，3为基体材料。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1：