专利名称：一种套管钢筋混凝土柱的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及到土木工程中的建筑结构领域，特指一种可作结构柱使用的套管 钢筋混凝土柱。
背景技术：
随着社会的进步和经济的持续发展，现代建筑业对建筑材料和建筑结构的要求也 越来越高，材料和结构必须能够适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展并满足承受恶劣 使用环境及耐久性的需求，符合现代施工技术工业化要求，并且具有高承重能力、良好变形 能力、耐火性能好以及良好的性能/费用比。在过去30年中，新型复合材料和组合结构的 出现和发展，极大地推动了建筑业的发展。其中，高性能混凝土和钢管混凝土无疑最具代表 性。在可以预计的将来，水泥混凝土将仍然是最主要的建筑材料，无可替代。从这个角 度出发，建筑业的可持续发展与混凝土的性能和耐久性密切相关。也就是混凝土必须以最 小的材料消耗和环境影响来满足社会经济发展的要求。在这方面，超高性能混凝土的发展 无疑是最有希望的解决方案。活性粉末混凝土，是一种具有超高抗压强度、高耐久性以及高韧性的新型水泥基 复合材料。活性粉末混凝土作为一类新型的超高性能混凝土，具有200MPa或SOOMPa两个 抗压强度等级，且抗弯强度在30 60MPa，有效克服了高性能混凝土的高脆性，性能卓越。 其中，200MI^强度等级的活性粉末混凝土工艺与普通混凝土类似，应用前景广泛。活性粉末混凝土具有超高强度、优异的耐久性和良好的延性和耗能能力。这些优 异的性能使得活性粉末混凝土构件及结构具有很高的强度/自重比、突出的耐久性和良好 的抗震性能。作为一种高技术混凝土，目前，阻碍活性粉末混凝土大量应用的主要因素有两 个第一个是单方材料成本较高。活性粉末混凝土的水泥用量大，同时还需要掺入高效减水 剂和钢纤维等，增加了材料成本；另一个是构件需要进行热养护。活性粉末混凝土材料的高 活性必须在一定养护温度下才能快速、充分发挥，研究表明，活性粉末混凝土在90°C的热水 中养护48h，其抗压强度比标准养护28d提高30%以上。因此，在现有条件下，活性粉末混 凝土在土木工程领域应该是以预制构件的方式，与其他材料组成组合构件，充分发挥其超 高的抗压性能和良好的延性，可考虑在合理的部位取代钢材使用，从而体现活性粉末混凝 土的强度/费用比优势。以钢管混凝土柱为代表的约束混凝土结构，在过去近五十年中，得到了深入研究 和广泛应用。钢管混凝土柱是在钢管内部填充混凝土，形成钢-混凝土组合柱。这种组合 柱的基本原理是利用钢管对核心区混凝土提供侧向约束，使混凝土处于三向受压的应力状 态，从而提高其抗压强度和压缩变形的能力。此外，内部填充的混凝土为钢管提供了支撑作 用，增强了钢管壁的几何稳定性，改变了钢管的失稳模态，提高了钢管的承载能力，同时，内 部混凝土的存在，可以提高钢管的耐火极限。而且在施工中，钢管作为浇筑核心区混凝土的 模板，便于施工。
目前，钢管混凝土柱在性能和使用方面存在一些不足，如钢管材料价格较高，加工 要求高；钢管混凝土柱抗火性能较差，需要采取其他措施提高抗火极限；钢管与混凝土材 料特性差别大，容易导致钢管与混凝土的脱空等。此外，钢管混凝土柱在使用中需要进行定 期维护，增加了使用成本。因此，研制一种新型套管钢筋混凝土柱已为急需。
发明内容
本发明的目的在于提供一种套管钢筋混凝土柱，具有施工方便、成本低、轴向承载 力高、抗震性能好、抗火性能突出、耐久性能优异等特点，同时更加节约资源和能源，符合可 持续发展的要求。本发明的解决方案为一种套管钢筋混凝土柱，其特征在于钢筋混凝土柱的套管为 预制活性粉末混凝土套管。这样通过采用预制活性粉末混凝土套管与内部的钢筋混凝土柱 组成组合柱。在施工过程中，活性粉末混凝土套管是内部混凝土的模板，也是施工支持体系 的一部分；在施工完成后，套管与内部混凝土共同承担轴向荷载，在活性粉末混凝土套管开 裂前，套管与为核心区混凝土提供横向约束，成形约束混凝土。在水平荷载作用下，活性粉 末混凝土套管依靠自身材料所具有的较高抗弯强度和抗剪强度，可有效提高组合柱的抗弯 性能、抗剪性能和延性；在使用过程中，活性粉末混凝土套管可为内部混凝土提供了性能极 为优异的保护层，使组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 直接作为柱的外装饰层使用，降低装修成本。本发明与钢管混凝土柱比较，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、轴向承载力高、抗震性能好、抗火性能突出、耐久性能优异等。在一些关键技术 方面(如成本较高、抗火性能和耐久性能不足等)弥补了现有钢管混凝土柱的缺陷，同时 充分发挥了活性粉末混凝土的材料性能，并从性能/费用效率方面克服了其成本较高的问题。所述的套管钢筋混凝土柱，其特征在于所述的活性粉末混凝土套管内部配置有纵 向钢筋和箍筋。在组合柱的受力过程中，套管内配置的箍筋可为核心区混凝土提供有效的 约束应力，提高组合柱的抗剪性能和延性。套管内配置的纵向钢筋，可以有效提高套管的施 工性能和组合柱的抗弯承载力。所述的套管钢筋混凝土柱，其特征在于所述的钢筋混凝土柱内配置的钢筋为纵向 钢筋和螺旋箍筋。所配置的纵向钢筋，可以提高组合柱的抗弯承载力和抗压承载力。所配 置的螺旋箍筋可进一步增强内部核心区混凝土的约束效应，可以有效提高组合柱的承载力 和延性。与现有技术相比，本发明的优点就在于①活性粉末混凝土套管能显著提高组合柱的轴向承载力。活性粉末混凝土的抗压 强度与钢材接近，而容重与普通混凝土基本一致，因此，活性粉末混凝土的强度/重量大大 高于钢材，约为钢材的3倍。50mm厚的活性粉末混凝土套管与16mm厚的钢管自重基本相 同，也就是说施工难度不会增加，而套管本身提供的轴向承载力可以提高200%以上，因此， 活性粉末混凝土套管柱轴向承载力更高。②活性粉末混凝土套管柱抗火性能优异。结构钢的屈服强度和弹性模量随温度上 升而下降，当温度超过^(TC时，钢材丧失大部分强度和刚度。因此，钢管混凝土柱在设计中采取外包防火涂料，或者在混凝土中配置专门考虑抗火的钢筋等措施提高耐火极限，但这 些措施都会大幅提高造价。活性粉末混凝土套管柱具有突出的抗火性能，无需进行防火处 理，具有造价优势。③活性粉末混凝土套管柱材料成本低。RPC材料成本约为3500元/m3(钢纤维掺 量为2% )，折合成重量约为1400元/吨。钢材的价格超过6000元/吨，考虑到活性粉末 混凝土的强度/重量约为钢材的3倍，从材料的强度/成本关系来看，对于同样的组合柱， 活性粉末混凝土套管的材料成本仅为钢管的1/10不到，。④活性粉末混凝土套管柱的耐久性能好，使用和维护成本低。活性粉末混凝土具 备高密实性与高流动性，使其与模板的接触面具有很高的光洁度。同时，外界的有害介质很 难侵入活性粉末混凝土中，而活性粉末混凝土中的着色剂等组分也不易向外析出，可直接 利用活性粉末混凝土套管作为组合柱的外装饰层，取消了二次装饰。另外，活性粉末混凝土 套管无需考虑防锈蚀问题，且其优异的耐久性能可以大幅提高结构的使用周期。⑤活性粉末混凝土套管柱的生态效应好。以2009年为例，我国水泥和钢材的单位 能耗分别为95. 08kg标准煤/吨和590. 08kg标准煤/吨，而单位产品(X)2的排放量钢材为 水泥的2倍。单位重量活性粉末混凝土的能耗与CO2排放量分别为钢材的1/18和1/6。此 外，活性粉末混凝土中大量掺入硅灰、粉煤灰等工业副产物。因此，活性粉末混凝土的环保 性能好。⑥活性粉末混凝土套管柱施工方便。在常用的构件尺寸范围内，活性粉末混凝土 套管与钢管的自重差别不大，掺有钢纤维或配筋的活性粉末混凝土套管具有良好的强度和 延性，在生产、运输和施工中无特殊要求，可以按照钢管混凝土柱的施工工艺进行。此外，活 性粉末混凝土套管与内部混凝土都是水泥基材料，变形性能基本相同，可以有效避免套管 与内部混凝土脱空的问题，而这是钢管混凝土常见的质量问题。
图1是本发明活性粉末混凝土套管柱的结构示意图；图2是活性粉末混凝土套管柱A-A截面示意图；图3是活性粉末混凝土套管柱7的应用示意图。图例说明1为预制活性粉末混凝土套管3为活性粉末混凝土套管内纵向钢筋5为钢筋混凝土柱纵向钢筋7为活性粉末混凝土套管柱
2为钢筋混凝土柱 4为活性粉末混凝土套管内箍筋 6为钢筋混凝土柱螺旋箍筋 8为钢筋混凝土梁
具体实施例方式
本发明如附图所示，其特征在于钢筋混凝土柱2的套管为预制活性粉末混凝土套 管1，如图1所示。其特征还在于所述的活性粉末混凝土套管1内部配置有纵向钢筋3和箍 筋4，如图1和图2所示。其特征还在于所述的钢筋混凝土柱2内配置的钢筋为纵向钢筋5 和螺旋箍筋6，如图1和图2所示。实施时，首先，绑扎由活性粉末混凝土套管内纵向钢筋3 和箍筋4组成的钢筋笼，并放置在制作预制活性粉末混凝土套管1的模子内；浇筑配制好的活性粉末混凝土，制成预制活性粉末混凝土套管1 ；完成浇筑1天后拆模，并将预制活性粉 末混凝土套管1放置在90°C的热水中养护48小时；将预制好的活性粉末混凝土套管1运 至施工现场，并吊装就位；在预制套管1内绑扎钢筋混凝土柱2的纵向钢筋4和螺旋箍筋5 支好钢筋混凝土梁8以及楼板的模板，绑扎好梁和楼板的钢筋，然后浇筑混凝土，这样就形 成了活性粉末混凝土套管柱7，同时形成了梁和楼板等构件，如图3所示；再重复步骤4 6，逐步完成各楼层柱和梁的施工。
权利要求
1.一种套管钢筋混凝土柱，其特征在于钢筋混凝土柱O)的套管(1)为预制活性粉末混凝土套管。
2.根据权利要求1所述的套管钢筋混凝土柱，其特征在于所述的活性粉末混凝土套管 ⑴内部配置有纵向钢筋⑶和箍筋G)。
3.根据权利要求1或者2所述的套管钢筋混凝土柱，其特征在于所述的钢筋混凝土柱 ⑵内配置的钢筋为纵向钢筋(5)和螺旋箍筋(6)。
全文摘要
本发明公开了一种套管钢筋混凝土柱，其特征在于钢筋混凝土柱(2)的套管(1)为预制活性粉末混凝土套管。本发明具有施工方便、成本低、轴向承载力高、抗震性能好、抗火性能突出、耐久性能优异等特点，同时更加节约资源和能源，符合可持续发展的要求。
文档编号E04C3/34GK102102423SQ20111005496
公开日2011年6月22日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者单波, 肖岩, 龚建清 申请人:湖南大学