工业化制备钢—连续纤维复合筋的方法 [0002] 钢筋混凝土结构（RC结构）是用钢筋和混凝土建造的一种结构，钢筋承受拉力，混 凝土承受压力，具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点，也是目前 建筑工程中较常见的一种施工形式，多用于各种超高建筑、大跨度结构，如桥梁、隧道等载 荷结构。在其结构中，钢筋作为基本的增强材料，其综合性能较强，但却存在容易腐蚀等缺 点，基于这一情况，近年来，纤维增强复合材料（FRP)由于其轻质高强的特性逐渐得到广泛 应用，例如，专利文献CN1936206A (钢-连续纤维复合筋增强混凝土抗震结构）即公开了使 用该纤维增强复合材料（FRP)与混凝土粘结形成的一种抗震结构，但在实际使用时，该纤 维增强复合材料（FRP)却还存在材料脆性强、价格高等缺陷，为此，国内外学者提出用不同 纤维的混杂或者纤维包裹钢筋得到综合性能优、价格低的新型复合材料加强筋，但目前，对 钢一连续纤维复合筋（SFCB)的研究在国内外还处于初级阶段，没有成熟的产品，当然，其生 产工艺也没有定型化。
[0003] 本发明的目的在于提供工业化制备钢一连续纤维复合筋的方法，采用螺纹钢筋作 为内芯，依次使用纤维粗纱以及纤维纱束复合而成，具有合理的构造结构，且作为增强材料 使用的纤维纱束采用树脂充分浸渍，其内外界面均具有良好的粘结性能，能有效的满足于 钢筋混凝土结构的设计强度，同时，还能克服现有纤维增强复合材料（FRP)存在材料脆性 强、价格高等缺陷，实际使用效果良好。 [0004] 本发明通过下述技术方案实现：工业化制备钢一连续纤维复合筋的方法，该纤维 复合筋克服了现有纤维增强复合材料（FRP)存在材料脆性强、价格高等缺陷，具有较强的综 合性能，且价格低廉，在本发明中，该方法是将浸渍有树脂的纤维粗纱以及纤维纱束依次复 合在钢筋表面并形成纤维复合筋的制作工艺，包括以下步骤： (1) 内芯加工：选择螺纹钢筋作为钢筋内芯，采用打磨机除去该螺纹钢筋两侧对称的纵 向通长肋，制得螺纹筋材，并用酒精擦洗干净； (2) 环向纤维缠绕：采用纤维粗纱对步骤（1)制得的螺纹筋材进行环向缠绕； (3) 排纱：将步骤（2)制得的钢筋材料放置在排纱座上，将浸渍有树脂的纤维纱束经排 纱器均匀布置在钢筋内芯的外侧； (4) 固化成型：使用牵引装置，将上述步骤（3)制得的钢筋内芯依次送入拉挤装置和固 化炉，完成纤维复合筋的复合。 [0005] 本发明适用于直径为8?12mm的螺纹钢筋的工业制备，因此，在本发明中，所述的 钢筋内芯采用直径为8?12mm的螺纹钢筋。
[0006] 为更好的实现本发明，在所述的纤维粗纱上涂刷有树脂，所述的纤维粗纱沿螺纹 筋材凸起肋之间的空隙进行环向缠绕，可用于填补螺纹钢筋螺纹间的间隙，同时，可以在钢 筋内芯与纤维纱束复合并拉挤成复合筋时，增强螺纹钢筋与纤维纱束(纵向纤维）之间的粘 结性能和整体性。
[0007] 理论上，该环向缠绕的纤维粗纱在纤维复合筋轴向受力时，基本不发挥作用，故可 采用低成本的连续纤维，即：所述的纤维粗纱为玄武岩纤维或玻璃纤维。
[0008] 所述纤维纱束的浸渍方法包括：将纤维纱束以纱锭的形式设置在纱架上，再采用 排纱架将纱锭上的纤维纱束引入盛装有树脂的浸渍槽内，待纤维纱束浸渍充分后，再使用 排纱器将该纤维纱束均匀布置在钢筋内芯的外侧，在本发明中，纤维纱束的浸渍采用直槽 浸渍的方法，操作简单、快捷。
[0009] 进一步的，在所述的纱架上纱锭的设置数量为20?40目。
[0010] 在本发明中，所述的纤维纱束为玄武岩纱束或碳纤维纱束。
[0011] 本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果： (1)本发明涉及的纤维复合筋构造设计合理，主要由螺纹钢筋、纤维粗纱以及纤维纱束 复合而成，且作为增强材料使用的纤维粗纱和纤维纱束均采用树脂充分浸渍，不仅能有效 的满足于钢筋混凝土结构的设计强度，同时，还能克服现有纤维增强复合材料（FRP)存在材 料脆性强、价格高等缺陷，具有较强的综合性能，且价格低廉，适宜广泛推广使用。
[0012] (2)本发明采用玄武岩纤维或玻璃纤维作为纤维粗纱进行环向缠绕，理论上，该环 向缠绕的纤维粗纱在纤维复合筋轴向受力时，基本不发挥作用，故可采用低成本的连续纤 维，生产成本十分低廉。
[0013] (3)本发明在使用纤维粗纱对螺纹钢筋内芯进行缠绕前，还需进行打磨操作，主要 由于现有市面上购买的螺纹钢筋两侧均带有对称的纵向通长肋，往往会造成复合而成的纤 维复合筋截面呈椭圆形结构，为此，还需采用打磨机对其进行去除，操作简单、快捷。


[0014] 下面将本发明的发明目的、技术方案和有益效果作进一步详细的说明。
[0015] 应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对所要求的本发明提供进一步的说 明，除非另有说明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属【技术领域】的普通技 术人员通常理解的相同含义。
[0016] 钢筋是目前RC结构(钢筋混凝土结构)中广泛使用的增强材料，应具备较强的综合 性能，但基于现有纤维增强复合材料（FRP)存在材料脆性强、价格高等缺陷，本发明提出了 一种工业化制备钢一连续纤维复合筋的方法，该纤维复合筋不仅具有较强的综合性能，其 价格也十分低廉。本发明涉及的纤维复合筋主要由螺纹钢筋、纤维粗纱以及纤维纱束复合 而成，具有合理的构造结构，且作为增强材料使用的纤维粗纱以及纤维纱束均采用树脂充 分浸渍，不仅能有效的满足于钢筋混凝土结构的设计强度，同时，还能克服现有纤维增强复 合材料（FRP)存在材料脆性强、价格高等缺陷，具有较强的综合性能，且价格低廉，适宜广泛 推广使用。
[0017] 以下是对本发明所述纤维复合筋的进一步描述： 本发明涉及的纤维复合筋包含有以下三个部分： A :钢筋内芯：选择直径为8?12mm的螺纹钢筋作为钢筋内芯； B :纤维粗纱：环向缠绕于螺纹钢筋的螺纹间隙，理论上，该环向缠绕的纤维粗纱在纤 维复合筋轴向受力时，基本不发挥作用，故可采用低成本的连续纤维，即：玄武岩纤维或玻 璃纤维。
[0018] C :纤维纱束：纵向均匀布置在钢筋内芯的外侧，可选用玄武岩纱束或碳纤维纱 束。
[0019] 在上述结构中，纤维粗纱和纤维纱束上均浸渍有树脂，在实际制作过程中，可在树 脂混合器中完成树脂的充分浸渍，以达到钢筋混凝土结构的施工设计强度，设计十分合理， 其中，树脂可选用环氧树脂，如：Atlac430环氧双酚A乙烯基树脂。
[0020] 下面以一个典型实施例来列举说明本发明的，当然，本发明的保护 范围并不局限于以下实施例。
[0021] 本方法是纤维复合筋的工业制备方法，是将浸渍有树脂的纤维粗纱以及纤维纱束 依次复合在钢筋表面并形成纤维复合筋的制作工艺，在本实施例中，其制备方法具体包括 以下步骤： (1) 内芯加工：选择10mm直径的螺纹钢筋(如：HRB400型螺纹钢筋)作为钢筋内芯，采用 打磨机除去该螺纹钢筋两侧对称的纵向通长肋，制得螺纹筋材，并用酒精擦洗干净，HRB400 型螺纹钢筋的基本性能如表1所示： 表1 ?Ι運类型|型号 |屈服强度（MPa) |弹性模量（Gpa) |重量（kg/m) |直径（mm) ?Ι纹钢筋 |hRB400 丨420 |200 |〇. 617 |l0 一 (2) 环向纤维缠绕：选择Atlac430环氧双酚A乙烯基树脂作为涂刷树脂，对玄武岩纤 维进行涂刷，然后再将涂刷有树脂的玄武岩纤维沿螺纹筋材凸起肋之间的空隙环向缠绕， 其中，Atlac430环氧双酚A乙烯基树脂的材料性能如表2所示： 表2 Wig |抗拉强度（MPa) |拉伸模量（Gpa) |断裂延伸率（％) |密度（g/m 3) Atlac430 |θ5 丨3· 6 丨6· 1 |?· 06 - (3) 浸渍纤维纱束：将碳纤维纱束以纱锭的形式设置在纱架上，再采用排纱架将纱锭上 的碳纤维纱束引入盛装有树脂的浸渍槽内，碳纤维纱束可选用12k的碳纤维纱束，纱锭设 定为40目 (4) 排纱：待纤维纱束浸渍充分后，再使用排纱器将该纤维纱束均匀布置在钢筋内芯的 外侧，在本实施例中，碳纤维纱束的浸渍采用直槽浸渍的方法，操作简单、快捷。
[0022] (5)固化成型：使用牵引装置，将上述步骤（4)制得的钢筋内芯依次送入拉挤装置 和恒温固化炉，完成纤维复合筋的复合。
[0023] 对制得的纤维复合筋进行测试，其力学特性如表3所示： 表3 直径（mm) |弹模（Gpa) |强度（MPa) 12 |l52 |588 将本实施例制得的纤维复合筋与普通钢筋和纤维增强复合材料（FRP)进行综合性能比 较，如表4所示： 表4