專利名稱：一種套管鋼筋混凝土柱的制作方法
技術領域：
本發明主要涉及到土木工程中的建筑結構領域，特指一種可作結構柱使用的套管 鋼筋混凝土柱。
背景技術：
隨著社會的進步和經濟的持續發展，現代建筑業對建筑材料和建筑結構的要求也 越來越高，材料和結構必須能夠適應現代工程結構向大跨、高聳、重載發展并滿足承受惡劣 使用環境及耐久性的需求，符合現代施工技術工業化要求，并且具有高承重能力、良好變形 能力、耐火性能好以及良好的性能/費用比。在過去30年中，新型復合材料和組合結構的 出現和發展，極大地推動了建筑業的發展。其中，高性能混凝土和鋼管混凝土無疑最具代表 性。在可以預計的將來，水泥混凝土將仍然是最主要的建筑材料，無可替代。從這個角 度出發，建筑業的可持續發展與混凝土的性能和耐久性密切相關。也就是混凝土必須以最 小的材料消耗和環境影響來滿足社會經濟發展的要求。在這方面，超高性能混凝土的發展 無疑是最有希望的解決方案。活性粉末混凝土，是一種具有超高抗壓強度、高耐久性以及高韌性的新型水泥基 復合材料。活性粉末混凝土作為一類新型的超高性能混凝土，具有200MPa或SOOMPa兩個 抗壓強度等級，且抗彎強度在30 60MPa，有效克服了高性能混凝土的高脆性，性能卓越。 其中，200MI^強度等級的活性粉末混凝土工藝與普通混凝土類似，應用前景廣泛。活性粉末混凝土具有超高強度、優異的耐久性和良好的延性和耗能能力。這些優 異的性能使得活性粉末混凝土構件及結構具有很高的強度/自重比、突出的耐久性和良好 的抗震性能。作為一種高技術混凝土，目前，阻礙活性粉末混凝土大量應用的主要因素有兩 個第一個是單方材料成本較高。活性粉末混凝土的水泥用量大，同時還需要摻入高效減水 劑和鋼纖維等，增加了材料成本；另一個是構件需要進行熱養護。活性粉末混凝土材料的高 活性必須在一定養護溫度下才能快速、充分發揮，研究表明，活性粉末混凝土在90°C的熱水 中養護48h，其抗壓強度比標準養護28d提高30%以上。因此，在現有條件下，活性粉末混 凝土在土木工程領域應該是以預制構件的方式，與其他材料組成組合構件，充分發揮其超 高的抗壓性能和良好的延性，可考慮在合理的部位取代鋼材使用，從而體現活性粉末混凝 土的強度/費用比優勢。以鋼管混凝土柱為代表的約束混凝土結構，在過去近五十年中，得到了深入研究 和廣泛應用。鋼管混凝土柱是在鋼管內部填充混凝土，形成鋼-混凝土組合柱。這種組合 柱的基本原理是利用鋼管對核心區混凝土提供側向約束，使混凝土處于三向受壓的應力狀 態，從而提高其抗壓強度和壓縮變形的能力。此外，內部填充的混凝土為鋼管提供了支撐作 用，增強了鋼管壁的幾何穩定性，改變了鋼管的失穩模態，提高了鋼管的承載能力，同時，內 部混凝土的存在，可以提高鋼管的耐火極限。而且在施工中，鋼管作為澆筑核心區混凝土的 模板，便于施工。
目前，鋼管混凝土柱在性能和使用方面存在一些不足，如鋼管材料價格較高，加工 要求高；鋼管混凝土柱抗火性能較差，需要采取其他措施提高抗火極限；鋼管與混凝土材 料特性差別大，容易導致鋼管與混凝土的脫空等。此外，鋼管混凝土柱在使用中需要進行定 期維護，增加了使用成本。因此，研制一種新型套管鋼筋混凝土柱已為急需。
發明內容
本發明的目的在于提供一種套管鋼筋混凝土柱，具有施工方便、成本低、軸向承載 力高、抗震性能好、抗火性能突出、耐久性能優異等特點，同時更加節約資源和能源，符合可 持續發展的要求。本發明的解決方案為一種套管鋼筋混凝土柱，其特征在于鋼筋混凝土柱的套管為 預制活性粉末混凝土套管。這樣通過采用預制活性粉末混凝土套管與內部的鋼筋混凝土柱 組成組合柱。在施工過程中，活性粉末混凝土套管是內部混凝土的模板，也是施工支持體系 的一部分；在施工完成后，套管與內部混凝土共同承擔軸向荷載，在活性粉末混凝土套管開 裂前，套管與為核心區混凝土提供橫向約束，成形約束混凝土。在水平荷載作用下，活性粉 末混凝土套管依靠自身材料所具有的較高抗彎強度和抗剪強度，可有效提高組合柱的抗彎 性能、抗剪性能和延性；在使用過程中，活性粉末混凝土套管可為內部混凝土提供了性能極 為優異的保護層，使組合柱具有突出的耐久性和抗火性能，并且活性粉末混凝土套管可以 直接作為柱的外裝飾層使用，降低裝修成本。本發明與鋼管混凝土柱比較，活性粉末混凝土套管柱具有自身的性能，如施工方 便、成本低、軸向承載力高、抗震性能好、抗火性能突出、耐久性能優異等。在一些關鍵技術 方面(如成本較高、抗火性能和耐久性能不足等)彌補了現有鋼管混凝土柱的缺陷，同時 充分發揮了活性粉末混凝土的材料性能，并從性能/費用效率方面克服了其成本較高的問題。所述的套管鋼筋混凝土柱，其特征在于所述的活性粉末混凝土套管內部配置有縱 向鋼筋和箍筋。在組合柱的受力過程中，套管內配置的箍筋可為核心區混凝土提供有效的 約束應力，提高組合柱的抗剪性能和延性。套管內配置的縱向鋼筋，可以有效提高套管的施 工性能和組合柱的抗彎承載力。所述的套管鋼筋混凝土柱，其特征在于所述的鋼筋混凝土柱內配置的鋼筋為縱向 鋼筋和螺旋箍筋。所配置的縱向鋼筋，可以提高組合柱的抗彎承載力和抗壓承載力。所配 置的螺旋箍筋可進一步增強內部核心區混凝土的約束效應，可以有效提高組合柱的承載力 和延性。與現有技術相比，本發明的優點就在于①活性粉末混凝土套管能顯著提高組合柱的軸向承載力。活性粉末混凝土的抗壓 強度與鋼材接近，而容重與普通混凝土基本一致，因此，活性粉末混凝土的強度/重量大大 高于鋼材，約為鋼材的3倍。50mm厚的活性粉末混凝土套管與16mm厚的鋼管自重基本相 同，也就是說施工難度不會增加，而套管本身提供的軸向承載力可以提高200%以上，因此， 活性粉末混凝土套管柱軸向承載力更高。②活性粉末混凝土套管柱抗火性能優異。結構鋼的屈服強度和彈性模量隨溫度上 升而下降，當溫度超過^(TC時，鋼材喪失大部分強度和剛度。因此，鋼管混凝土柱在設計中采取外包防火涂料，或者在混凝土中配置專門考慮抗火的鋼筋等措施提高耐火極限，但這 些措施都會大幅提高造價。活性粉末混凝土套管柱具有突出的抗火性能，無需進行防火處 理，具有造價優勢。③活性粉末混凝土套管柱材料成本低。RPC材料成本約為3500元/m3(鋼纖維摻 量為2% )，折合成重量約為1400元/噸。鋼材的價格超過6000元/噸，考慮到活性粉末 混凝土的強度/重量約為鋼材的3倍，從材料的強度/成本關系來看，對于同樣的組合柱， 活性粉末混凝土套管的材料成本僅為鋼管的1/10不到，。④活性粉末混凝土套管柱的耐久性能好，使用和維護成本低。活性粉末混凝土具 備高密實性與高流動性，使其與模板的接觸面具有很高的光潔度。同時，外界的有害介質很 難侵入活性粉末混凝土中，而活性粉末混凝土中的著色劑等組分也不易向外析出，可直接 利用活性粉末混凝土套管作為組合柱的外裝飾層，取消了二次裝飾。另外，活性粉末混凝土 套管無需考慮防銹蝕問題，且其優異的耐久性能可以大幅提高結構的使用周期。⑤活性粉末混凝土套管柱的生態效應好。以2009年為例，我國水泥和鋼材的單位 能耗分別為95. 08kg標準煤/噸和590. 08kg標準煤/噸，而單位產品(X)2的排放量鋼材為 水泥的2倍。單位重量活性粉末混凝土的能耗與CO2排放量分別為鋼材的1/18和1/6。此 外，活性粉末混凝土中大量摻入硅灰、粉煤灰等工業副產物。因此，活性粉末混凝土的環保 性能好。⑥活性粉末混凝土套管柱施工方便。在常用的構件尺寸范圍內，活性粉末混凝土 套管與鋼管的自重差別不大，摻有鋼纖維或配筋的活性粉末混凝土套管具有良好的強度和 延性，在生產、運輸和施工中無特殊要求，可以按照鋼管混凝土柱的施工工藝進行。此外，活 性粉末混凝土套管與內部混凝土都是水泥基材料，變形性能基本相同，可以有效避免套管 與內部混凝土脫空的問題，而這是鋼管混凝土常見的質量問題。
圖1是本發明活性粉末混凝土套管柱的結構示意圖；圖2是活性粉末混凝土套管柱A-A截面示意圖；圖3是活性粉末混凝土套管柱7的應用示意圖。圖例說明1為預制活性粉末混凝土套管3為活性粉末混凝土套管內縱向鋼筋5為鋼筋混凝土柱縱向鋼筋7為活性粉末混凝土套管柱
2為鋼筋混凝土柱 4為活性粉末混凝土套管內箍筋 6為鋼筋混凝土柱螺旋箍筋 8為鋼筋混凝土梁
具體實施例方式
本發明如附圖所示，其特征在于鋼筋混凝土柱2的套管為預制活性粉末混凝土套 管1，如圖1所示。其特征還在于所述的活性粉末混凝土套管1內部配置有縱向鋼筋3和箍 筋4，如圖1和圖2所示。其特征還在于所述的鋼筋混凝土柱2內配置的鋼筋為縱向鋼筋5 和螺旋箍筋6，如圖1和圖2所示。實施時，首先，綁扎由活性粉末混凝土套管內縱向鋼筋3 和箍筋4組成的鋼筋籠，并放置在制作預制活性粉末混凝土套管1的模子內；澆筑配制好的活性粉末混凝土，制成預制活性粉末混凝土套管1 ；完成澆筑1天后拆模，并將預制活性粉 末混凝土套管1放置在90°C的熱水中養護48小時；將預制好的活性粉末混凝土套管1運 至施工現場，并吊裝就位；在預制套管1內綁扎鋼筋混凝土柱2的縱向鋼筋4和螺旋箍筋5 支好鋼筋混凝土梁8以及樓板的模板，綁扎好梁和樓板的鋼筋，然后澆筑混凝土，這樣就形 成了活性粉末混凝土套管柱7，同時形成了梁和樓板等構件，如圖3所示；再重復步驟4 6，逐步完成各樓層柱和梁的施工。
權利要求
1.一種套管鋼筋混凝土柱，其特征在于鋼筋混凝土柱O)的套管(1)為預制活性粉末混凝土套管。
2.根據權利要求1所述的套管鋼筋混凝土柱，其特征在于所述的活性粉末混凝土套管 ⑴內部配置有縱向鋼筋⑶和箍筋G)。
3.根據權利要求1或者2所述的套管鋼筋混凝土柱，其特征在于所述的鋼筋混凝土柱 ⑵內配置的鋼筋為縱向鋼筋(5)和螺旋箍筋(6)。
全文摘要
本發明公開了一種套管鋼筋混凝土柱，其特征在于鋼筋混凝土柱(2)的套管(1)為預制活性粉末混凝土套管。本發明具有施工方便、成本低、軸向承載力高、抗震性能好、抗火性能突出、耐久性能優異等特點，同時更加節約資源和能源，符合可持續發展的要求。
文檔編號E04C3/34GK102102423SQ20111005496
公開日2011年6月22日 申請日期2011年3月9日 優先權日2011年3月9日
發明者單波, 肖巖, 龔建清 申請人:湖南大學