本发明涉及建筑材料施工领域，具体涉及一种纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件及制备方法。
背景技术：
：桥梁和房屋的预制拼装施工工艺，采用工厂化集中预制成型的构件，运输到施工现场进行装配组合，不仅能够有效缩短工期，更好地控制施工质量，减小对道路交通的压力，而且能够减少施工现场扬尘和噪音污染，是未来工程施工的主要发展方向。采用高性能混凝土预制主梁、柱、板等构件进行现场拼装，加快了施工进度，提高了施工质量。但是，由于高性能混凝土密度大、强度低、造成预制构件截面尺寸大，造成预制构件运输和吊装施工困难，制约了预制拼装施工技术的推广应用。相比高性能混凝土，超高性能混凝土(uhpc)具有超高的力学性能和优异的耐久性能，用于预制拼装式桥梁，可提高桥梁的承载能力，减小桥梁构件截面尺寸，降低构件自重，延长服役寿命。然而，由于uhpc的密度(2600-2800kg/m3)大于普通混凝土，用其制备的预制构件的自重仍然较大。为了进一步降低预制构件的自重，本发明运用轻质超高性能混凝土(密度≤2000kg/m3)制备预制构件，待混凝土的强度和收缩达到稳定后，再在构件外侧缠绕浸渍了树脂胶液的连续纤维，相当于在预制构件外侧成型无缝的复合材料加强层，该方法不仅对内部混凝土起到紧箍作用，使构件混凝土不配筋或少量配筋，即可达到或超过相同混凝土配合比条件下的钢筋混凝土构件的力学性能，而且还可以阻隔外部腐蚀性介质对混凝土的侵蚀，从而有效提高轻质超高性能混凝土预制构件的力学性能和耐久性。技术实现要素：本发明的目的是提供一种自重低、承载能力高、抗震性能好的纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件及制备方法，可降低预制构件的自重，提升了构件的承载能力和抗震性能。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件的制备方法，包括以下步骤：步骤1、配制轻质超高性能混凝土，所述轻质超高性能混凝土的密度≤2000kg/m3、抗压强度≥100mpa、抗折强度≥15mpa；步骤2、将轻质超高性能混凝土成型为所需尺寸的混凝土构件，成型后，在混凝土构件表面覆盖塑料薄膜防止水分蒸发，拆模后再置于进行标准养护或蒸压养护环境继续养护至指定龄期，得到轻质超高性能混凝土构件；步骤3、当步骤2得到的轻质超高性能混凝土构件的强度和收缩应变趋于稳定后，在轻质超高性能混凝土构件外侧缠绕浸渍树脂胶液的连续纤维，形成一层纤维树脂复合材料层，得到纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件。进一步的，所述轻质超高性能混凝土包括600-730kg/m3的水泥、130-180kg/m3的粉煤灰微珠、130-180kg/m3的硅灰、700-900kg/m3的细轻集料、140-180kg/m3的钢纤维、20-30kg/m3的减水剂和170-190kg/m3的水，水灰比为0.15-0.18；进一步的，所述粉煤灰微珠比表面积≥1300m2/kg，28d活性指数≥90％，烧失量≤5.0％，需水量比≤90％，所述硅灰的sio2质量含量≥90％，比表面积≥19500m2/kg，28d活性指数≥105％。进一步的，所述的细轻集料为页岩陶砂，表观密度≤1500kg/m3，粒径范围为1-5mm。进一步的，所述的钢纤维的公称长度为10-16mm，当量直径为0.18-0.32mm，屈服强度≥2000mpa，断裂强度≥3000mpa，弹性模量为200-220gpa。进一步的，所述减水剂为高效减水剂，固含量≥30％，减水率≥30％。进一步的，所述连续纤维为碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维和玻璃纤维中的任意一种。进一步的，所述的树脂胶液为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、双马来酰亚胺树脂、热固性聚酰亚胺树脂和氰酸酯树脂中的任意一种或多种。进一步的，所述纤维树脂复合材料层的厚度为1-10mm。纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件，由上述方法制备得到。本发明的有益效果为：本发明运用轻质超高性能混凝土(密度≤2000kg/m3)制备预制构件，待混凝土的强度和收缩达到稳定后，再在构件外侧缠绕浸渍了树脂胶液的连续纤维，相当于在预制构件外侧成型无缝的复合材料加强层，该方法不仅对内部混凝土起到紧箍作用，而且可以阻隔外部腐蚀性介质对混凝土的侵蚀，从而有效提高轻质超高性能混凝土预制构件的力学性能和耐久性。具体实施方式以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件的制备方法，包括以下步骤：1)按配比称取各原料，各组分及其含量包括：水泥600-730kg/m3、粉煤灰微珠130-180kg/m3、硅灰130-180kg/m3、细轻集料700-900kg/m3、钢纤维140-180kg/m3、减水剂20-30kg/m3、水150-185kg/m3；2)将细轻集料预吸水至饱和状态，控干表面水分得预湿细轻集料备用；3)将水泥、粉煤灰微珠、硅灰加入混凝土搅拌机混合均匀，加入预湿细轻集料拌合均匀，随后倒入水和减水剂搅拌均匀，再均匀加入镀铜钢纤维搅拌均匀；4)将搅拌好的混凝土进行装模、振捣、成型后，表面覆盖塑料薄膜防止水分蒸发，拆模后再置于进行标准养护或蒸压养护环境继续养护至指定龄期，得到轻质超高性能混凝土构件，所述的构件的截面为矩形或圆形；5)将轻质超高性能混凝土构件沿轴线固定于复合材料缠绕成型架上，通过驱动电机带动轻质超高性能混凝土构件绕轴线旋转，同时将浸过树脂胶液的连续纤维缠绕于混凝土构件外围，待树脂胶液固化后，即得到纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件。改变轻质超高性能混凝土的配合比，得到实施例1-6，实施例1-6及所用的轻质超高性能混凝土的配合比见表1。表1实施例1-6所述轻质超高性能混凝土配合比(kg/m3)表2实施例1-6所述轻质超高性能混凝土性能表3轻质超高性能混凝土构件尺寸表4实施例1-6所用的缠绕纤维、树脂选材及缠绕工艺表5实施例1-4中构件力学性能测试结果实施例构件类型承载力/kn峰值应变/με1短柱1586738062短柱1278335113柱765040344柱94753912表6实施例5-6中构件力学性能测试结果对比例7-12为了研究纤维缠绕成型对轻质超高强混凝土性能提升效果，对比分析了未采用纤维缠绕的轻质超高性能混凝土构件的力学性能。对比例7-12中所用到的构件，分别为采用实施例1-6的方法得到的，未经纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土构件(见表3)，并对构件进行相应的性能测试，测试结果见表7和表8。表7对比例7-10中构件力学性能测试结果对比例构件类型承载力/kn峰值应变/με7短柱835031008短柱858630059柱1969325410柱21733603表8对比例11-12中构件力学性能测试结果由上述实施例和对比例中预制构件的力学性能测试结果可知，经过纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土，其力学性能得到了极大的提升，与未采用纤维缠绕的同配合比混凝土构件相比，纤维缠绕成型的预制混凝土柱具有更高的承载力和峰值应变，纤维缠绕成型的预制混凝土梁则具有更高的峰值荷载、峰值挠度、极限挠度和延性系数。可见，纤维缠绕作用下的紧箍效应可以提高轻质超高性能混凝土构件的承载能力和变形能力。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3
技术特征：1.纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、配制轻质超高性能混凝土，所述轻质超高性能混凝土的密度≤2000kg/m3、抗压强度≥100mpa、抗折强度≥15mpa；
步骤2、将轻质超高性能混凝土成型为所需尺寸的轻质超高性能混凝土构件；
步骤3、当步骤2得到的轻质超高性能混凝土构件的强度和收缩应变趋于稳定后，在轻质超高性能混凝土构件外侧缠绕浸渍树脂胶液的连续纤维，形成一层纤维树脂复合材料层，得到纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件。
2.根据权利要求1所述的纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件的制备方法,其特征在于，所述轻质超高性能混凝土包括600-730kg/m3的水泥、130-180kg/m3的粉煤灰微珠、130-180kg/m3的硅灰、700-900kg/m3的细轻集料、140-180kg/m3的钢纤维、20-30kg/m3的减水剂和170-190kg/m3的水，水灰比为0.15-0.18；
3.根据权利要求2所述的纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件的制备方法，其特征在于，所述水泥为p.o52.5普通硅酸盐水泥，所述粉煤灰微珠比表面积≥1300m2/kg，28d活性指数≥90％，烧失量≤5.0％，需水量比≤90％，所述硅灰的sio2质量含量≥90％，比表面积≥19500m2/kg，28d活性指数≥105％。
4.根据权利要求2所述的纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件的制备方法，其特征在于，所述的钢纤维的公称长度为8-16mm，当量直径为0.18-0.32mm，屈服强度≥2000mpa，断裂强度≥3000mpa，弹性模量为200-220gpa。
5.根据权利要求2所述的纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件的制备方法，其特征在于，所述减水剂为高效减水剂，固含量≥30％，减水率≥30％。
6.根据权利要求2所述的纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件的制备方法，其特征在于，所述的细轻集料为页岩陶砂，表观密度≤1500kg/m3，粒径范围为1-5mm。
7.根据权利要求1所述的纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件的制备方法，其特征在于，所述连续纤维为碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维和玻璃纤维中的任意一种或多种。
8.根据权利要求1所述的纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件的制备方法，其特征在于，所述的树脂胶液为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、双马来酰亚胺树脂、热固性聚酰亚胺树脂和氰酸酯树脂中的任意一种或多种。
9.根据权利要求1所述的纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件的制备方法，其特征在于，所述纤维树脂复合材料层的厚度为1-10mm。
10.纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件，其特征在于，由上述1-9中任一种方法制备得到。
技术总结本发明涉及一种纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件及制备方法，所述方法包括以下步骤：1、配制轻质超高性能混凝土；2、将混凝土成型为轻质超高性能混凝土构件；3、在轻质超高性能混凝土构件外侧缠绕浸渍树脂胶液的连续纤维，形成一层纤维树脂复合材料层，得到纤维缠绕成型的轻质超高性能混凝土预制构件。本发明运用轻质超高性能混凝土(密度≤2000kg/m3)制备预制构件，待混凝土的强度和收缩达到稳定后，再在构件外侧缠绕浸渍了树脂胶液的连续纤维，相当于在预制构件外侧成型无缝的复合材料加强层，不仅对内部混凝土起到紧箍作用，还可阻隔外部腐蚀性介质对混凝土的侵蚀，可有效提高混凝土预制构件的力学性能和耐久性。
技术研发人员：吴静;丁庆军;刘沐宇;杨文;卢志芳;曹玉贵
受保护的技术使用者：武汉纺织大学
技术研发日：2020.12.09
技术公布日：2021.03.12
