威沥士BFT复合筋是以连续硅岩纤维为增强材料,以合成树脂(如不饱和聚酯树酯、环氧树脂、乙烯基酯树脂)为基体材料,并掺入适量辅助剂(如交联单体、引发剂、促进剂、蚀变剂、阻燃剂、阴聚剂、填料、颜料等)经拉挤工艺和特殊的表面处理形成的一种新型复合材料。其优点是耐腐蚀、强度高、重量轻、耐电磁。
威沥士BFT复合筋的主要技术指标及其与钢筋、铜筋的对比如表1所示:
表1 威沥士BFT复合筋材技术指标及其与钢筋、铜筋的对比
名称 | 威沥士BFT复合筋 | 钢筋 | 铜筋 | |
密度(g/cm3) | 1.9-2.1 | 7.8-7.9 | 8.9 | |
抗拉强度(MPa) | ≥850 | ≥500 | ≥430 | |
屈服强度(MPa) | ≥600 | ≥300 | ≥340 | |
抗压强度(MPa) | ≥500 | - | - | |
抗拉弹性模量(GPa) | ≥40 | 210 | 110 | |
伸长率(%) | ≥1.8 | ≥18 | ||
与混凝土的粘结强度(MPa) | ≥35 | ≥35 | ≥35 | |
热膨胀系数 ×10-6 /℃ |
纵向 | 9-12 | 11.7 | 17.6 |
横向 | 21-22 | 11.7 | 17.6 | |
耐碱性(%) | ≥75 | 差 | 差 | |
磁化率 (1×10-5CGSM) | ≤5×10-7 | 较高 | 较高 |
*注:耐碱性:是指经100℃的Ca(OH)2饱和溶液浸泡4h后单丝断裂强度保留率。
铜筋的磁化率没有威沥士BFT复合筋的好。
磁化率标准:4π×10-8SI(1×10-5CGSM)。
可以看出,复合纤维筋的抗拉屈服强度是纤维筋的2-3倍,密度约为纤维筋的1/4,其热膨胀系数与混凝土相近,确保了混凝土与筋材的同步变形;其缺点是其弹性模量较低,约为钢筋的1/4-1/5。
复合筋的相对密度在1.8-2.1 g/cm3之间,是钢筋的1/4和铜筋的1/5。使用复合筋使建筑物减轻了
自身的重量,威沥士BFT复合材料螺纹筋最大长度可达2000米,适合连续配筋工艺工程运用,在运输、施工和安装中更加方便。
威沥士BFT复合筋与钢筋、铜筋不同的地方:硅岩纤维筋达到极限抗拉强度时,没有任何实质性的屈服变形,其应力应变关系具有特殊函数关系。硅岩纤维筋由于剪切滞后的原因,接近硅岩纤维筋断面中的纤维受到的应力比硅岩纤维筋外表面的纤维受到的应力小,导致大直径威沥士BFT纤维筋比小直径筋的强度要低。
威沥士BFT纤维复合筋在增强混凝土中是增强材料,水泥是基材。与金属材料筋不同的是,威沥士BFT纤维复合筋的纵向和横向热膨胀系数虽然不同,但威沥士BFT纤维复合筋(纵向)与混凝土的热膨胀系数相近,因而与混凝土结构相容。(混凝土热膨胀系数(6-11)×10-6/℃)。
威沥士BFT纤维复合筋不生锈、耐腐蚀,尤其具有极高的耐酸性和耐盐性。对水泥砂浆中的盐分浓度及盐分或二氧化碳的浸透和扩散等具有较高的容许度;可以在苛刻环境下或超低温下使用;威沥士BFT纤维复合筋能提高混凝土构筑物的耐久性。
从美国、欧洲和中东地区应用纤维复合筋结果表明,采用特定的树脂和硅岩纤维制成的复合筋,承受碱性环境的性能也非常良好,在地下可使用50年。
威沥士BFT纤维复合筋是一种电绝缘体,并具有非磁性。在靠近高压线的建筑,要求非磁性的混凝土建筑物应用威沥士BFT纤维复合筋,具有很大的价值,是其他材料无法取代的。
二、威沥士BFT复合筋施工及注意点
(1)施工准备
施工准备包括3个方面:
原材料的准备,包括筋材、水泥、粗集料、细集料、填缝料和混凝土外加剂等;
基层的检测验收,包括:外形、沉降和裂缝3个方面;
施工场地布置和施工机械准备。
(2)筋材的准备与施工
筋材网的制作、安装和定位是连续配筋路面不同于普通水泥混凝土路面施工的主要内容,也是施工中的关键技术。筋材网的质量与路面使用性能有着非常密切的关系,直接影响到微裂缝的数量和间距,所以筋材网的安装一定要牢固,定位一定要准确。
①筋材制作
先按设计尺寸加工好纵、横向筋材,再运至工地,如图所示。需注意的是,威沥士BFT复合筋弹性模量较低,可按照一定直径卷曲(2.7m左右)运输,十分方便;但在拆封时应注意安全,纤维筋弹性大易伤人,必须在相关技术人员指导下进行。
②筋材网的安装
在基层检验合格、模板安装完成后,进行筋材网的安装。安装时首先将横向筋材按设计尺寸布置于底层,然后布置纵向筋材,确定纤维筋在板厚方向的高度后,再绑扎成筋材网。
③筋材网支架
为了保证筋材位于设计的高度,必须制作高度符合要求的支架。常规情况下可采用钢筋制作,如果有特殊要求(隐形跑道)可采用其他材料代替。施工时将部分支架放置在横向筋材下方,然后将纵向筋材绑扎在横向筋材之上,从而形成稳固支撑的筋材网。
(3)端部锚固施工
按照设计,端部锚固时采用威沥士BFT纤维绑扎钢筋与威沥士BFT复合筋材,同时灌注钢胶,确保胶结部位暴露在空气中一定温度情况下8小时以上(若胶未完全达到强度就浇筑混凝土,则强度将不能充分形成),如图所示:
(4)混凝土施工
筋材安装就位后,进行混凝土的摊铺,摊铺方法和过程与普通连续配筋水泥混凝土路面基本一致[4],包括:
①混凝土的拌和
根据拌和楼的性能和拌和物的和易性确定每盘混凝土的搅拌时间,最短搅拌时间为120s。
②混凝土的运输
混凝土采用5t和10t自卸汽车运输。料车的车厢垫有塑料薄膜,防止运输过程中有滴漏现象,运料车装料后立即用油布覆盖严密,防止混合料水分损失与污染。根据施工时的气温和初凝时间,混凝土拌和物从拌和楼出料后到铺筑完毕允许的最长时间为1.5h。
③混凝土的摊铺
混凝土摊铺的步骤为:浇筑、振捣、收浆、抹面和拉毛。由于采用摊落度较小的干硬性混凝土,可由自卸车将混凝土运至施工现场,卸在料斗中,再由两台挖掘机将混凝土从料斗中铲出,倒入已安装好模板和筋材网中。
④混凝土养生
在混凝土终凝后拆模养生,为减小混凝土收缩,应采用湿养的方法:用土工布覆盖新鲜混凝土表面,并洒水养生7d。
(5)施工注意事项
由于威沥士BFT复合筋与钢筋的性能差异,在施工中必须注意以下事项:
①威沥士BFT复合筋弹性高,在拆封过程中要注意安全,采取一定的保护措施;
②威沥士BFT复合筋抗剪强度比钢筋低,因此在筋材布置和混凝土施工中,尽量避免在威沥士BFT复合筋上行走,指导施工单位机械操作人员减少混凝土从高处抛落,需要人工作业时宜使用搭板。
③威沥士BFT复合筋连续配筋水泥混凝土路面端部锚固易采用钢筋,通过特制钢胶实现威沥士BFT复合筋与钢筋间的粘结,然后再与地锚梁、毛勒缝相连。
三、威沥士BFT复合筋其他特性应用
1.复合筋的非磁性和非导电性的特点,不但是地震台站建筑物的优良增强筋材料,还可以广泛应用到:医疗保健的磁共振成像房、机场、军用设施、通讯大楼、防雷达干扰建筑物、地磁房、磁悬浮列车的导轨、超导性线性机车的地板和衍架建筑、电信传输塔、电视台、电台、观察站、无磁码头和其他工业上需要的非导电和非磁性建筑领域。
2. BFT复合筋性能价格比高
3.BFT纤维螺纹筋和连续配筋工艺在高速公路收费站和服务区、沉降路段以及高速公路的临时停机坪等重要工程的建设维修加固工程中具有很大优势。在隧道工程、港口重货码头的路面建设中,具有防裂、防腐、承重强度大、施工快、工期短等特点。