广州大学土木工程学院 广州 510006
摘要：为了满足社会发展对高性能混凝土的需求，从其高强度、高耐久性、高延性出发，介绍了CFRP钢管混凝土的研究现状，根据其已有的问题，提出一种新型复合构件碳纤维布钢管活性粉末混凝土构件的制作流程和工艺，为该材料的科研与工程应用提供了参考意见。
关键词：高性能混凝土；研究现状；碳纤维布钢管活性粉末混凝土；制作流程和工艺
1引言
我国经济迅猛发展，势必推动我国建筑向高层、大跨、重载及结构轻量型方向的趋势发展；并且公路网、铁路网和机场等基础设施的不断兴起，跨越江河、海峡、深谷的大跨桥梁的兴建也是与日俱增；所以，对我国的建筑结构材料提出了更高要求--向高强度、高延性、高耐久性发展，碳纤维布钢管活性粉末混凝土也应运而生。
碳纤维布钢管活性粉末混凝土是CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料）粘贴于钢管表面，并在管内灌注活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，简称RPC）所形成的一种复合构件；CFRP钢管RPC，以超高强度的RPC为核心，外部的CFRP布为钢管和核心RPC提供有效约束的同时，也为钢管提供了良好的防腐保护，并且，钢管保证了复合构件的刚度与延性。与传统的RPC、钢管混凝土或CFRP套管混凝土相比，CFRP钢管RPC是一种更为理想的复合构件。与此同时CFRP钢管RPC良好的施工性能注定其在未来的工程应用上有着更广阔的前景。
2 CFRP钢管混凝土的研究进展
沈阳建筑大学王庆利和关崇伟等（2004）进行了CFRP钢管混凝土组合短柱的轴压试验研究[1]，来了解CFRP钢管混凝土组合短柱的受力特性,并对这两种组合短柱在轴向荷载下的荷载-应变关系曲线进行比较,发现CFRP会使组合柱在屈服后的曲线有一个下降后又缓慢上升的过程,其程度会随着CFRP的层数改变。
沈阳建筑大学王庆利和赵春雷等（2006）进行的CFRP钢管混凝土核心轴压短柱静力性能研究[2],研究结果表明:由于CFRP的存在,试件在屈服之后,承载力并不马上下降,而变形却经历一段持续增长;在其他条件相同的情况下,ξcf或ξs越大,CFRP钢管混凝土核心轴压短柱的承载力越大,且承载力的增长与ξcf或ξs的增加基本呈线性关系,但约束效应系数的增加对提高CFRP钢管混凝土核心轴压短柱承载力的效果并不显著。
大连海事大学顾威（2007）进行了CFRP钢管混凝土柱的力学性能研究[3]，研究结构表明：CFRP可以有效的提高钢管混凝土轴压短柱构件的极限承载力，并且，在有限元分析中，考虑材料的非线性于各向同性，运用并修正了钢管混凝土结构中混凝土的本构关系。
沈阳建筑大学姜桂兰和王庆利等（2008）应用静力平衡法求解，分析计算值偏于安全的情况下，极限弯矩计算值与试验值吻合较好且偏于安全，应用静力平衡法求解圆CFRP-钢管混凝土受弯构件极限弯矩是可行的[4]。分析结果表明：除了钢管、混凝土和CFRP的基本物理参数和几何参数之外,纵向CFRP抗拉系数、钢管约束效应系数和CFRP筒约束效应系数等指标对极限弯矩也有显著影响。
长安大学曹文涛（2009）采用统一强度理论,对圆形CFRP钢管混凝土柱进行了研究[5]，并以大型通用有限元软件ANSYS为平台,对在单调水平荷载作用下的CFRP钢管混凝土柱进行了弹塑性分析,得到了CFRP钢管混凝土柱的荷载-位移曲线,分析和考虑了轴压比、CFRP的层数、钢管的屈服强度和混凝土强度等因素对荷载-位移曲线的影响规律。
大连理工大学顾威和李宏男等（2011）在钢管混凝土基础上对核心混凝土的本构关系进行修正,得出了适用于CFRP钢管混凝土新型构件的核心混凝土本构关系[6]。利用ANSYS有限元分析软件对CFRP钢管混凝土轴压短柱构件的应力应变关系进行了数值模拟。
3 碳纤维布钢管活性粉末混凝土构件的制作流程和工艺
3.1 构件的制作流程和工艺
3.1.1 构件的制作流程
碳纤维布缠绕钢管的制作方法包括如下步骤：
根据设计要求的尺寸裁剪CRRP布；
粘帖CFRP布之前需要将钢管表面的杂质和铁锈打磨干净，并且，将配制好的环氧胶水用毛刷均匀涂刷于需要缠绕CFRP布的钢管表面，涂刷结束后用手指触摸CFRP布干燥后进入下一步；
当需要粘结多层CFRP布时，按照步骤2循环进行；
用刮板刮掉底部多余胶水，然后整理构件。
3.1.2 构件的灌注工艺
(1)首先要制备大流动性的活性粉末混凝土；
采用机械振捣密实的方式，严控振捣时间，避免混凝土发生离析现象。
CFRP钢管RPC工艺路线如图1所示：
图1 CFRP钢管RPC工艺路线
4 发展趋势
CFRP钢管RPC结构是发展前景广阔的一种结构形式，为了能使其更加完善、应用范围更加广泛，应该从几个方面来更为深入的研究：
制作工艺的研究。由于钢管表面缠绕和粘帖CFRP，其制作工艺与流程需要更近一步完善；
CFRP钢管RPC成型的研究。目前有很多学者进行了 CFRP钢管混凝土结构的研究，就其短柱、中长柱、长柱的钢管混凝土振捣成型方法有待完善；
目前, 国内外对 CFRP钢管RPC结构的研究较少, 成果有限 ,需研究其轴压、偏压、受弯、抗冲击等力学性能。
5 结语
CFRP 钢管RPC是将CFRP粘帖在钢管表面，制成CFRP钢复合管，并在管内灌入活性粉末混凝土所形成的一种复合构件。钢管混凝土构件承载力高,具有很好的塑性和韧性,耐火极限比钢结构长,施工简单易行,经济和社会效益好。相信通过深入研究并凭借其自身的优良性能，CFRP钢管RPC在未来的应用将会更加的广泛。
参考文献
[1]王庆利,关崇伟,等.CFRP钢管混凝土组合短柱的轴压试验[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版）,2004,20(3):178-182.
[2]王庆利,赵春雷,等.CFRP钢管混凝土核心轴压短柱静力性能研究[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版）,2006(01):51-53.
[3]顾威.CFRP钢管混凝土柱的力学性能研究[D].辽宁:大连海事大学,2007.
[4]姜桂兰,王庆利,等.圆CFRP-钢管混凝土受弯构件极限弯矩简化计算[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2008,24(2):204-207.
[5]曹文涛.CFRP钢管混凝土柱在轴压和水平荷载下力学性能的研究[D].陕西:长安大学,2009.
[6]顾威,李宏男,等.CFRP钢管混凝土轴压短柱混凝土本构关系[J].大连理工大学学报,2011(4)：545-548.
论文作者:简超
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/26
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