用FRP连接管/膨胀水泥同轴连接FRP筋的方法

摘要

一种用FRP连接管/膨胀水泥同轴连接FRP筋的方法，其先在要连接的两根筋材上各打一个同轴孔并通过FRP挤拉杆或钢丝将其同轴连接定位；在筋材的连接处外套一段FRP连接管，在该连接管的两端采用定位圈进行同轴定位；水平浇注时定位圈上设有浇注口或出气口，通过浇注口向筋材与连接管之间注入膨胀水泥溶液；垂直浇注时，定位圈不必开设浇注口或出气口，下部定位圈先行安装并做密封处理，待膨胀水泥溶液从上口沿FRP连接管壁浇注完毕后再将上密封圈就位，以保证筋材与外套管同轴。膨胀水泥硬化时间一般为6～12小时。本发明的FRP管材可预制，质量易控制，膨胀水泥成本低，连接施工简便，用其制成的连接件重量轻、强度高、耐腐蚀、可用于有消磁要求的结构。

权利要求

1.一种同轴连接FRP筋的方法，其特征在于：其包括以下步骤：

1)将需要连接的筋材实施同轴定位；

2)在筋材的连接处外套一段连接管，连接管的两端采用定位圈固定密封；

3)在筋材与连接管之间注入膨胀水泥溶液，在筋材与连接管之间注入膨胀水泥溶液的方式有两种：所述的膨胀水泥溶液水平浇注时，定位圈上的浇注口或出气口垂直向上安置，浇注口比出气口低2～3毫米，从一端定位圈上的浇注口注入至膨胀水泥溶液从另一端的出气口冒出为止；

所述的膨胀水泥溶液垂直浇注时，定位圈上不设置浇注口或出气口，膨胀水泥溶液直接从连接管上端口沿壁浇注直至溢出上端口达到浇满，浇满后再将上定位圈安装定位。

4)膨胀水泥硬化后即完成连接。

2.如权利要求1所述的同轴连接FRP筋的方法，其特征在于：所述的筋材同轴定位的方法为：

1)在需连接筋材的对接面端部中心各开设一个同轴孔；

2)通过涂有胶固剂的线材穿入同轴孔内连接固定筋材。

3.如权利要求2所述的同轴连接FRP筋的方法，其特征在于：所述的筋材同轴定位的方法为：

1)在需连接的两筋材的对接面的端部中心各开设直径为3～6毫米、孔深32-38毫米的同轴孔；

2)采用与同轴孔直径相匹配、长度小于两倍孔深的FRP挤拉杆或钢丝，其上涂覆502瞬间胶水后插入两根筋材的同轴孔内实施同轴定位。

4.如权利要求1所述的同轴连接FRP筋的方法，其特征在于：所述的连接管的中心截面与筋材的对接面重合，重合误差小于3毫米，且连接管的内径要比相应筋材外径大6～10毫米，该连接管外表面加工成呈凹凸状的非光滑表面。

5.如权利要求4所述的同轴连接FRP筋的方法，其特征在于：所述的连接管为纤维增强聚合物连接管，其增强材料为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维，纤维增强聚合物连接管的成型工艺方法为挤拉工艺、缠绕工艺、挤拉-缠绕工艺或织物缠绕工艺。

6.如权利要求1所述的同轴连接FRP筋的方法，其特征在于：所述的定位圈由两半圆环组成，定位圈材料是有机玻璃或尼龙材料。

7.如权利要求6所述的同轴连接FRP筋的方法，其特征在于：所述定位圈安装后采用密封材料对定位圈与筋材接缝处进行局部密封处理。

8.如权利要求1所述的同轴连接FRP筋的方法，其特征在于：所述的膨胀水泥的水灰比为0.28-0.33，其硬化后膨胀压力为40～80Mpa，硬化时间在6～12小时。

说明书

用FRP连接管/膨胀水泥同轴连接FRP筋的方法

技术领域

[0001] 本发明属于复合材料结构领域，涉及复合材料的连接技术，尤其是同轴连接FRP筋的方法。

背景技术

[0002] 传统的钢筋混凝土结构在使用过程中会出现裂纹或微裂纹，当遭遇海水或含盐的雪水(为化雪而撒盐形成含盐雪水)或含腐蚀性的气液时会使钢筋锈蚀，从而导致结构承载能力的下降或完全丧失；在周围存在高频电磁场时，钢筋会由于偶流效应产生热量，导致热应力而使混凝土开裂破坏；广泛应用于水利水电工程、深基础、地下结构、边坡稳定、矿井巷道支护等等中的钢锚杆可能由于与地下水和地层的化学成分相互作用而腐蚀，严重影响锚杆的使用寿命；另外钢锚杆重量大，制造、运输和安装困难，且对需要回采的矿井巷道钢锚杆易损坏刀具。

[0003] 针对钢筋或钢锚杆存在的这些缺点，为提高工程结构的耐久性，降低结构的全寿命成本，工程师和科学家已进行了很多探索，譬如采用不锈钢钢筋或涂敷环氧树脂钢筋代替传统的钢筋等等，一定程度上解决了一些问题，但仍未能彻底解决问题。由于纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer，以下简记为FRP)具备材料性能的可设计性、比强度高、耐腐蚀、不导电、不导磁、易于切割等优越性能，因此用其制作的筋材和锚杆成为较彻底地解决上述问题的一条有效途径‘但FRP属于脆性材料，且各向异性，不同纤维增强时其模量差别也较大，FRP筋及锚杆与混凝土、土体或岩体的锚固性能也不同于钢筋及钢锚杆，要将其应用到实际工程中去有一系列基础性的问题和应用层面的问题需要研究。

[0004] 由于运输、生产条件的限制，从工厂生产出来的钢筋及FRP筋的长度均是有限的，而实际工程中要求的筋材长度往往很长，因此筋与筋的连接问题便成了一个不可避免的问题。

[0005] 钢筋的连接方式有绑扎搭接连接、焊接和机械连接几种，但由于热固性FRP筋不具备可焊性、冷弯性；热塑性FRP筋虽可以焊接，但其实质是基体的焊接，而起主要承力作用的纤维并不能焊接，且FRP筋强度和刚度是各向异性的，挤压强度和层间性能都较弱，属脆性材料，破坏时无实质性的屈服变形，载荷重分配的能力差，因此适合于钢筋连接的如焊接、带肋钢筋套筒挤压连接、钢筋锥螺纹连接、钢筋镦粗及滚压直螺纹连接、熔融金属充填套筒连接等连接方式不适合于FRP筋。搭接绑扎连接在FRP筋混凝土结构中虽也可应用，但在钢筋混凝土规范中明确规定：对轴心受拉及小偏心受拉杆件的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接接头；当受拉钢筋的直径大于28mm及受压钢筋的直径大于32mm时，不宜采用绑扎搭接接头；需进行疲劳验算的构件，其纵向受拉钢筋不得采用绑扎搭接接头等等，因此对FRP筋混凝土结构也必须研究开发有效的同轴连接方法，以满足实际工程的需要。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种用FRP连接管/膨胀水泥同轴连接FRP筋的方法，有效实现FRP筋之间的连接并具有足够的承载能力。

[0007] 为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

[0008] 一种同轴连接FRP筋的方法，其包括以下步骤：

[0009] 1)将需要连接的筋材同轴定位，并相对固定；

[0010] 2)在筋材的连接处外套一段连接管，连接管两端采用定位圈固定密封，以保证外套连接管与筋材同轴；

[0011] 3)在筋材及连接管之间注入膨胀水泥溶液；

[0012] 4)待膨胀水泥硬化后即可。

[0013] 进一步，所述的筋材同轴定位的方法为：

[0014] 1)在需连接的筋材的对接端部中心各打一个同轴孔；

[0015] 2)通过涂有胶固剂的线材穿入同轴孔内连接固定筋材。

[0016] 所述的筋材同轴定位的方法为：

[0017] 1)在需连接的两筋材的对接面处筋材的端部中心各开设直径为3～6毫米、孔深32-38毫米的同轴孔；

[0018] 2)采用与同轴孔直径相匹配、长度略小于两倍孔深的FRP挤拉杆或钢丝，其上涂覆502瞬间胶水后立即插入两根筋材的同轴孔内实施同轴定位。

[0019] 所述的连接管的中心截面与筋材的对接面重合，重合误差小于3毫米，且连接管内径要比相应筋材外径大6～10毫米，其外表面加工成呈凹凸状的非光滑表面。

[0020] 所述的连接管为纤维增强聚合物连接管，其增强材料为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或其织物，其成型工艺方法为挤拉工艺、缠绕工艺、挤拉-缠绕工艺、织物缠绕工艺等。

[0021] 所述的定位圈两“哈夫”块组成，定位圈材料是有机玻璃或尼龙材料。

[0022] 所述定位圈安装后采用密封材料对定位圈与筋材接缝处进行局部密封处理。

[0023] 所述的膨胀水泥溶液水平浇注时，定位圈上设置浇注口/出气口，且应垂直向上安置，浇注口应比出气口低2～3毫米，从一端定位圈上的浇注口注入至膨胀水泥溶液从另一端的出气口冒出为止。

[0024] 所述的膨胀水泥溶液垂直浇注时，定位圈上不需设置浇注口/出气口，膨胀水泥溶液直接从连接管上端口沿壁浇注直至溢出上端口达到浇满，浇满后再将上定位圈安装定位。

[0025] 所述的膨胀水泥的水灰比为0.28-0.33，其硬化后膨胀压力为40～80Mpa，硬化时间在6～12小时。

[0026] 由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：本连接方法采用FRP管材和膨胀水泥作为连接材料，FRP管材可预制，质量易控制，膨胀水泥成本低，连接施工简便，用其制成的连接件重量轻、强度高、耐腐蚀、可用于有消磁要求的结构等，连接性能稳定。

附图说明

[0027] 图1为筋材同轴定位示意图。

[0028] 图2为FRP连接管示意图。

[0029] 图3为定位圈主视结构示意图。

[0030] 图4为定位圈右视结构示意图。

[0031] 图5为定位圈俯视结构示意图。

[0032] 图6为FRP连接管/膨胀水泥连接FRP筋的的结构图。

具体实施方式

[0033] 以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

[0034] 在两根拟连接的FRP筋1的端部中心各打一个直径3～6毫米的同轴孔，孔深约35毫米，将一根直径与孔相对应，长为60毫米的FRP挤拉杆或钢丝等线材2涂上502瞬间胶水后立即插入两端孔内，数秒钟后即完成了两根FRP筋1的同轴定位(如图1)。根据FRP连接管4应具备不低于FRP筋本体的抗拉能力，及FRP连接管4与被连接FRP筋材1间的锚固胶合面能有效传递不低于FRP筋本体承载能力的荷载的要求，设计制备FRP连接管4，FRP连接管4的增强材料可以用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或其织物等，其成型工艺方法可以是挤拉工艺、缠绕工艺、挤拉-缠绕工艺、织物缠绕工艺等。(例如成型工艺方法采用挤拉-缠绕工艺，即在挤拉管41的基础上进行环向缠绕42和螺旋缠绕43后得到一根能满足同轴连接强度性能的且外表面带有明显的凹凸网格状的FRP连接管。)FRP连接管4的内径要比相应筋材外径大6～10毫米，FRP连接管4的外表面可以加工成呈凹凸状的非光滑表面，以提高连接段与混凝土的锚固性能(如图2)。并按设计要求计算确定连接用管段长度，依此将加工好的FRP连接管切割成若干管段备用。为保证FRP连接管4与筋材1同轴连接，以FRP筋材1外径和FRP连接管4外径为基准，加工两个带浇注口/出气口
52的定位圈5，每个定位圈由两“哈夫”块51组成(如图3-图5)，定位圈5材料可以是有机玻璃或尼龙材料。在同轴连接两根FRP筋1时应预先将FRP连接管4套入一端筋材上，然后通过FRP挤拉杆2将两根筋材1实施同轴定位，定位后将FRP连接管4移至筋材1连接部位，使管长中心截面与筋材的对接面3重合，重合误差应小于3毫米，在管的两端各安装一个定位圈5，两定位圈5的浇注口/出气口52应垂直朝上。在浇注膨胀水泥溶液7前需用橡皮泥等密封材料6对定位圈5与FRP筋材1接缝处进行局部密封处理，水平浇注时，一端的定位圈5的浇注口/出气口52作为浇注口，另一端则作为出气口，浇注口应略比出气口低2～3毫米。按规定的水灰比调制膨胀水泥溶液7，一般水灰比应控制在0.28-0.33的范围内，所选膨胀水泥硬化后膨胀压力应可达40～80MPa，然后将调制好的膨胀水泥溶液7从一端定位圈5上的浇注口52缓缓注入，直到膨胀水泥溶液7从另一端的出气口52冒出为止。浇注完毕后在原地待膨胀水泥自然硬化，一般硬化时间在6～12小时，36小时后可完全承载。若需垂直浇注，则上下定位圈5无需设置浇注口/出气口52，浇注前先将下定位圈安装定位好，并做好密封处理，然后可将调制好的膨胀水泥溶液7直接从连接管上端口沿壁浇注，直至膨胀水泥溶液从上端口中溢出浇满，浇满后再将上定位圈安装定位，以保证连接管与筋材的同轴。浇注完毕并在原地待膨胀水泥自然硬化后取出定位圈即可(如图6)。

[0035] 用玻璃纤维增强聚合物连接管(GFRP连接管)/膨胀水泥同轴连接 玻璃纤维增强聚合物筋(GFRP筋)的实施步骤如下：

[0036] 步骤一，将两根待连接的 GFRP筋材的端部分别夹持于工装上，在筋的端部中心用手电钻各打一个直径为 毫米的同轴孔，孔深约35毫米；

[0037] 步骤二，取一根 毫米的玻璃钢挤拉筋或钢丝切割成60毫米长的小段备用；

[0038] 步骤三，根据连接设计要求，取一根长3米，外径 毫米，壁厚为5毫米的玻璃钢挤拉管，在缠绕机上用二束500TEX的玻璃纤维、基体材料为环氧树脂，室温固化体系下对玻璃钢挤拉管进行环向缠绕3层，再加螺旋缠绕1层，待其树脂凝胶后关闭缠绕机，在室温自然条件下固化一周后即能满足GFRP连接管的强度性能要求。

[0039] 步骤四，根据所选用的膨胀水泥的锚固特性，切割一段400毫米长的GFRP连接管备用；

[0040] 步骤五，把切割好备用的挤拉-缠绕GFRP连接管套入一根拟连接的筋材，将一根备用的FRP挤拉杆或钢丝涂上502瞬间胶水后立即插入两筋材端孔内，数秒钟后即完成了两根GFRP筋的同轴定位；

[0041] 步骤六，定位后将GFRP连接管移至筋材连接部位，管长中心截面应与两根筋的对接面重合，在管的两端各安装一个定位圈(定位圈由两“哈夫”块组成，安装时可用螺钉或胶带组装)，两定位圈的浇注口/出气口应朝上，用橡皮泥等密封材料对定位圈与GFRP筋材接缝处进行局部密封处理，水平浇注时，浇注口应略比出气口低2～3毫米；

[0042] 步骤七，按规定的水灰比调制膨胀水泥溶液，然后将调制好的膨胀水泥溶液从一端定位圈上的浇注口缓缓注入管内，直到膨胀水泥溶液从另一端的出气口冒出为止；

[0043] 步骤八，浇注完毕后在原地待膨胀水泥自然硬化，一般硬化时间在6～12小时，36小时后可完全承载。

[0044] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。