一种加固橡胶混凝土梁及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，尤其是涉及一种加固橡胶混凝土梁及其制备方法。

背景技术

近年来，迫于需要探索出大量废旧轮胎的新用途以提高其回收利用率的问题，橡胶混凝土应时而生并开始大量被人们应用于多种场景，橡胶混凝土的出现让人们发现了一种有效处理废旧轮胎的绿色环保新方法。橡胶混凝土对于废旧轮胎的回收再利用，不但具有一定的社会效益和经济效益，而且还可以缓解由于过度开采天然骨料而导致不可再生自然资源枯竭的困境。因此，这种新型绿色环保的混凝土材料自提出使用以来便广受关注。

橡胶混凝土具有自重轻、抗裂性能好、抗冲击性强等优点，同时还具有较好的耗能能力和延性。然而，添加橡胶将导致混凝土抗折强度和抗压强度显著下降，主要原因如下：橡胶材料是亲水性差的有机材料，水泥浆体为亲水性强的无机材料。两者的物理化学性质差异较大，相容性差，界面粘结力弱，导致混凝土强度显著降低，严重限制了橡胶混凝土的工程应用。

现有技术中，普遍通过向橡胶混凝土中添加增强纤维对橡胶混凝土进行改性，然而，混合改性的方式无法对橡胶混凝土梁的薄弱环节进行针对性改善。

鉴于此，提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加固橡胶混凝土梁及其制备方法，该加固方式解决了橡胶混凝土基本力学性能相对较差的问题，延长了混凝土结构的寿命，避免由于混凝土强度降低造成的对橡胶筋混凝土梁受弯受剪性能的不良影响。

第一方面，本发明提供一种加固橡胶混凝土梁，包括改性橡胶混凝土梁和FRP加强层，所述FRP加强层通过环氧树脂粘贴设置在所述改性橡胶混凝土梁弯剪段的外部。

本发明的加固橡胶混凝土梁包括改性橡胶混凝土梁和FRP加强层，其中，FRP加强层通过环氧树脂粘贴设置在改性橡胶混凝土梁弯剪段的外部，将FRP加强层通过环氧树脂胶黏剂与橡胶混凝土梁固定在一起，可使FRP加强层、钢筋与橡胶混凝土组成一个协同工作的整体，使剪应力通过胶黏剂进行传递，FRP加强层承担部分承载力，进而提高橡胶混凝土梁的极限抗弯抗剪承载力，该加固方式解决了橡胶混凝土基本力学性能相对较差的问题，延长了混凝土结构的寿命，避免由于混凝土强度降低造成的对橡胶筋混凝土梁受弯受剪性能的不良影响。

相比于共混改性橡胶混凝土的方式，操作简单，而且针对性更强，效果更为显著。

具体地，改性橡胶混凝土梁每个面的弯剪段是对称设置的，因此，所述改性橡胶混凝土梁每个面两弯剪段的所述FRP加强层对称设置。

作为本技术方案优选地，所述FRP加强层具体包括FRP布，所述FRP布对称粘贴设置在所述改性橡胶混凝土梁的弯剪段，即FRP布可以整片粘贴在橡胶混凝土梁的弯剪段，也可以分条间隔粘贴在橡胶混凝土梁的弯剪段。

当FRP布分条间隔粘贴在橡胶混凝土梁的弯剪段时，所述FRP加强层包括多条平行间隔设置的FRP布，且所述FRP布所在的直线与水平方向的夹角为α，0＜α＜180°，即可根据实际使用需求，调整FRP布所在的直线与水平方向的夹角为α。

同理，当FRP布分条间隔粘贴在橡胶混凝土梁的弯剪段时，FRP布还可以以交叉的方式粘贴在橡胶混凝土梁弯剪段的表面，即所述FRP加强层包括多组交叉间隔设置的FRP布，且每组中两条所述FRP布之间的夹角为β，0＜β＜180°，其夹角也可以根据需要进行调整。

作为本技术方案优选地，所述FRP布包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维和芳纶纤维编织布中的任意一种，所述FRP布的粘贴层数为3-5层，且所述改性橡胶混凝土梁的同一受力面的所述FRP布的层数相同，所述改性橡胶混凝土梁的不同受力面的所述FRP布的层数相同或不同。

第二方面，本发明还公开了上述加固橡胶混凝土梁的制备方法，也理应属于本发明的保护范围，该制备方法具体包括以下步骤：

制备改性橡胶混凝土，并将改性橡胶混凝土倒入含有钢筋架的模具中进行浇筑，凝固后定期养护，得到改性橡胶混凝土梁；

使用环氧树脂将FRP布粘贴在改性橡胶混凝土梁的弯剪段，得到加固橡胶混凝土梁。

将FRP布粘贴在改性橡胶混凝土梁的弯剪段，对橡胶混凝土梁进行加固处理的方式，不仅解决了橡胶混凝土基本力学性能相对较差的问题，延长了混凝土结构的寿命，而且相比于共混的改性方式，操作简单，针对性强。

作为本技术方案优选地，所述改性橡胶混凝土的制备包括以下步骤：

S1、随机选取3份天然细骨料试样进行筛分实验，并统计各筛孔剩余百分率，随后将三次实验结果进行平均化处理，得到天然细骨料的级配曲线；

S2、将天然细骨料按照0-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm、2.36-4.75mm进行筛分备用；

S3、将橡胶粉于改性剂中浸泡改性，并将改性得到的改性橡胶粉，按照0-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm和2.36-4.75mm的区间进行筛分；

S3、使用改性橡胶粉替代天然细骨料，并按照天然细骨料的级配曲线，补全其余粒径区间天然细骨料，得到含橡胶骨料的级配细骨料；

S4、将水泥与含橡胶骨料的级配细骨料混合后，搅拌均匀，并依次加入天然粗骨料、水和减水剂，搅拌均匀，得到改性橡胶混凝土。

作为本技术方案优选地，所述橡胶粉的粒径为0-4.75mm，由废旧轮胎研磨而成；

使用氢氧化钠对橡胶粉进行改性，可使橡胶中的一些助剂转换为可溶性钠盐去除，减少阻碍橡胶与混凝土结合的化学杂质，进而改善橡胶混凝土的性能，降低其强度损失，具体地，氢氧化钠溶液的浓度为0.5-2mol/L，浸泡时间为0.5-2h。

作为本技术方案优选地，本发明对于天然细骨料和天然粗骨料的种类不作严格限定，其中，天然细骨料可以选择粒径为0.15-4.75mm，细度模数为2.6-2.8的天然河沙；天然粗骨料可以选择粒径为5-20mm的碎石，并且其中粒径为5-10mm的碎石占比为35-40％，粒径为10-20mm的碎石占比为60-65％；而所述水泥可以为P.O 42.5等级的普通硅酸盐水泥；减水剂优选为聚羧酸高效减水剂。

本发明的加固橡胶混凝土梁，与现有技术相比，至少具有以下技术效果：

1、本发明的加固橡胶混凝土梁包括改性橡胶混凝土梁和FRP加强层，其中，FRP加强层通过环氧树脂粘贴设置在改性橡胶混凝土梁弯剪段的外部，将FRP加强层通过环氧树脂胶黏剂与橡胶混凝土梁固定在一起，可使FRP加强层、钢筋与橡胶混凝土组成一个协同工作的整体，使剪应力通过胶黏剂进行传递，FRP加强层承担部分承载力，进而提高橡胶混凝土梁的极限抗弯抗剪承载力，该加固方式解决了橡胶混凝土基本力学性能相对较差的问题，延长了混凝土结构的寿命，避免由于混凝土强度降低造成的对橡胶筋混凝土梁受弯受剪性能的不良影响；

2、纤维增强复合材料(FRP)作为一种新型建筑材料，相比较于传统的建筑材料，其具有“轻质高强”的显著优势，其较高的强度可以极大地增强被加固结构的极限承载力，此外，其较轻的质量不仅使得施工简便，也不会因为构件加固而对结构产生过多的附加荷载。本发明中FRP加强层以结构补强材料通过环氧树脂等胶黏剂固定于需要加固或易破损部位，可发挥材料较强的承载能力，与主体结构共同承载，达到补强效果；

3、本发明改性橡胶混凝土梁中所使用的橡胶粉来源于回收利用的废旧轮胎，减缓了由于大量废旧轮胎堆积而造成的“黑色污染”，强有力地缓解了当前大量废旧轮胎堆积给人类健康和绿色环境所带来的巨大威胁。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例3FRP加强层粘贴方式；

图2为本发明实施例4FRP加强层粘贴方式；

图3为本发明实施例5FRP加强层粘贴方式；

图4为本发明实施例6FRP加强层粘贴方式；

图5为本发明加固橡胶混凝土梁的截面图。

附图标记说明：

1：改性橡胶混凝土梁；2：FRP布。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

改性橡胶混凝土的制备

S1、随机选取3份天然河砂试样进行筛分实验，并统计各筛孔剩余百分率，随后将三次实验结果进行平均化处理，得到天然细骨料的级配曲线；

S2、将天然细骨料按照0-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm和2.36-4.75mm的区间进行筛分备用；

S3、将废旧轮胎研磨而成的粒径范围介于0 -4.75mm之间的橡胶粉于1mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡改性1h，随后将自然风干的改性橡胶粉进行筛分，按照0-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm和2.36-4.75mm的区间进行筛分；

S3、使用改性橡胶粉替代天然细骨料，并按照已确定的天然细骨料的级配曲线，补全其余粒径区间天然细骨料，得到含橡胶骨料的级配细骨料；

S4、按量称取P.O 42.5等级的普通硅酸盐水泥，与含橡胶骨料的级配细骨料混合后，加入强制式搅拌机搅拌均匀，并依次加入粒径介于5-20mm之间的碎石、水和聚羧酸高效减水剂，搅拌均匀，得到改性橡胶混凝土。

实施例2

橡胶混凝土的制备

S1、随机选取3份天然河砂试样进行筛分实验，并统计各筛孔剩余百分率，随后将三次实验结果进行平均化处理，得到天然细骨料的级配曲线；

S2、将天然细骨料按照0-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm和2.36-4.75mm的区间进行筛分备用；

S3、将废旧轮胎研磨而成的粒径范围介于0 -4.75mm之间的橡胶粉进行筛分，按照0-0.3mm、0.3-0.6mm、0.6-1.18mm、1.18-2.36mm和2.36-4.75mm的区间进行筛分；

S3、使用橡胶粉替代天然细骨料，并按照已确定的天然细骨料的级配曲线，补全其余粒径区间天然细骨料，得到含橡胶骨料的级配细骨料；

S4、按量称取P.O 42.5等级的普通硅酸盐水泥，与含橡胶骨料的级配细骨料混合后，加入强制式搅拌机搅拌均匀，并依次加入粒径介于5-20mm之间的碎石、水和聚羧酸高效减水剂，搅拌均匀，得到橡胶混凝土。

实施例3

加固橡胶混凝土梁的制备

将实施例1制备的改性橡胶混凝土倒入含有钢筋架的模具中进行浇筑，凝固后定期养护，得到改性橡胶混凝土梁；

使用环氧树脂将玻璃纤维编织的FRP布对称粘贴在改性橡胶混凝土梁的弯剪段，每个面均粘贴3层，粘贴方式如图1、5所示，得到加固橡胶混凝土梁。

实施例4

加固橡胶混凝土梁的制备

使用环氧树脂将碳纤维编织的FRP布对称粘贴在改性橡胶混凝土梁的弯剪段，每个面均粘贴3层，粘贴方式如图2、5所示，得到加固橡胶混凝土梁；

其他同实施例3基本相同。

实施例5

加固橡胶混凝土梁的制备

使用环氧树脂将玄武岩纤维编织的FRP布对称粘贴在改性橡胶混凝土梁的弯剪段，每个面均粘贴3层，粘贴方式如图3、5所示，得到加固橡胶混凝土梁；

其他同实施例3基本相同。

实施例6

加固橡胶混凝土梁的制备

使用环氧树脂将芳纶纤维编织的FRP布对称粘贴在改性橡胶混凝土梁的弯剪段，每个面均粘贴3层，粘贴方式如图4、5所示，得到加固橡胶混凝土梁；

其他同实施例3基本相同。

对照例1

加固橡胶混凝土梁的制备

将实施例2制备的橡胶混凝土倒入含有钢筋架的模具中进行浇筑，凝固后定期养护，得到橡胶混凝土梁；

使用环氧树脂将玻璃纤维编织的FRP布对称粘贴在改性橡胶混凝土梁的弯剪段，每个面均粘贴3层，粘贴方式如图1、5所示，得到加固橡胶混凝土梁。

对照例2

加固橡胶混凝土梁的制备

将实施例2制备的橡胶混凝土倒入含有钢筋架的模具中进行浇筑，凝固后定期养护，得到橡胶混凝土梁；

使用环氧树脂将碳纤维编织的FRP布对称粘贴在改性橡胶混凝土梁的弯剪段，每个面均粘贴3层，粘贴方式如图2、5所示，得到加固橡胶混凝土梁。

对照例3

将玻璃纤维作为橡胶混凝土的改性剂，通过混合的方式对橡胶混凝土进行改性；

将玻璃纤维改性后的橡胶混凝土倒入含有钢筋架的模具中进行浇筑，凝固后定期养护，得到橡胶混凝土梁。

为研究上述实施例3-6及对照例1-3所得橡胶混凝土梁的抗弯剪性能，对橡胶混凝土梁弯剪段的力学性质进行了分析。研究表明，本发明相比于共混改性，使用玻璃纤维编织的FRP布直接对改性橡胶混凝土梁进行改性，针对性更强，对橡胶混凝土梁力学性能的改善有显著的效果，而且操作简单，易于实现。

综上，本发明的加固方式解决了橡胶混凝土基本力学性能相对较差的问题，延长了混凝土结构的寿命，避免由于混凝土强度降低造成的对橡胶筋混凝土梁受弯受剪性能的不良影响。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。