[发明专利]ECC-混凝土-钢三明治管状结构及其制备方法

说明书

本发明涉及ECC‑混凝土‑钢三明治管状结构，包括从外向内依次设置的ECC层、混凝土层和钢管层；钢管层的内侧为空腔或填充混凝土；在ECC层的内部设置增强网格；混凝土层通过浇筑的形式设置在钢管层的外侧，ECC层通过喷涂或浇筑的形式设置在混凝土层的外侧。增强网格为纤维编织网、FRP网格和钢丝网中的一种或者多种组合。还涉及两种ECC‑混凝土‑钢三明治管状结构的制备方法。本发明组合效应好，耐久性好，耐火性能好，属于建筑结构技术领域。

技术领域

本发明涉及一种建筑结构，具体涉及一种ECC-混凝土-钢三明治管状结构，还涉及ECC-混凝土-钢三明治管状结构的制备方法。

背景技术

传统的钢管及钢管混凝土结构都存在容易腐蚀的问题。针对这一缺陷，有学者陆续提出了使用纤维增强树脂基复合材料(简称FRP)包裹于结构最外层，约束钢管，并作为耐久性保护层，或在其外侧包裹混凝土形成混凝土叠合柱的形式。对前者而言，由于FRP的耐火性能差，在没有任何防火措施的情况下，FRP受热或受火时，其中的树脂基体会发生软化或分解，甚至会随着温度的升高而燃烧，并释放出黑烟和有毒气体，污染环境、损害人的身体健康，使得这一技术的应用受到了一定限制(如在需要考虑耐火的建筑结构中)；某些将FRP作为最外层起到约束及耐久性保护作用的组合构件，如FRP管-混凝土-钢管双壁空心柱(DSTC)，FRP管-混凝土-钢管双管柱(DTCC)，FRP管约束钢骨混凝土柱(FCSRC)，FRP管约束混凝土柱(CFFT)等，亦有类似的耐高温(或耐火)能力的不足。后者(叠合柱)虽提升了结构的耐火性能和耐久性，然而，试验研究表明，外侧的混凝土与钢管及钢管内部混凝土的协同变形能力差，导致外侧混凝土容易先发生剥离，反而降低了叠合柱的极限承载力。

ECC(Engineered Cementitious Composite)是近几十年快速发展起来的纤维增韧水泥基复合材料之一，具有超强的裂缝控制能力(如将裂缝宽度控制在100μm以内)、抗弯韧性、抗疲劳性及耐久性。目前，ECC已经成功应用到世界各国的多个工程实践当中并取得了较好的效果。由于材料中含有短切纤维，能够起到很好的桥联作用，不仅提供了超高的拉伸应变能力，还保证了材料的整体传力性能不被削弱。除此之外，研究还表明，ECC中的PVA纤维在火灾高温下逐渐熔融形成联通的空隙通道，有利于内部蒸汽水压力的释放，使材料不易发生爆裂，使结构保持其完整性。因此，ECC的使用能增强结构的安全性、耐高温性能及耐久性，降低结构的维护成本。此外，配制ECC所需要的材料中大量使用了工业废料，因此ECC是一种绿色、环保的建筑材料。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种组合效应好的ECC-混凝土-钢三明治管状结构及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

ECC-混凝土-钢三明治管状结构，包括从外向内依次设置的ECC层、混凝土层和钢管层；钢管层的内侧为空腔或填充混凝土；在ECC层的内部设置增强网格；混凝土层通过浇筑的形式设置在钢管层的外侧，ECC层通过喷涂或浇筑的形式设置在混凝土层的外侧。其中，ECC层优选的厚度为5mm-100mm、混凝土层优选的厚度为20mm-200mm，钢管层优选的厚度为2mm-30mm。

作为一种优选，ECC层等厚度的包裹于混凝土层的外侧，或ECC层变厚度的包裹于混凝土层的外侧；混凝土层等厚度的填充在ECC层与钢管层之间，或混凝土层变厚度的填充在ECC层与钢管层之间。

作为一种优选，增强网格为纤维编织网、FRP(Fiber reinforced polymer)网格和钢丝网中的一种或者多种组合。

作为一种优选，钢管层中，钢管的截面形状为圆形、椭圆形、长方形或正多边形。