利用CO2养护FRP筋增强海水海砂再生混凝土梁的制备方法 技术领域： [0001] 本发明涉及混凝土预制构件的养护的技术领域，具体涉及一种利用CO2养护FRP筋增强海水海砂再生混凝土梁的制备方法。 背景技术： [0002] 混凝土结构作为土木工程中最主要的结构，在其原材料生产、运输、混凝土制备过程中会排放大量的CO2，CO2是主要的温室气体之一，寻找一种有效节能减排的混凝土结构的制作方法具有重要意义。 [0003] 二氧化碳养护混凝土是其中一项具有前景的方法，对实现碳中和有很大的帮助，但二氧化碳在胶凝材料的研究存在一定局限性，二氧化碳养护混凝土的应用实验多集中在砌块等小尺寸试件上，缺乏对大尺寸试件的试验，特别是对大型预制混凝土碳化养护工艺的研究。 [0004] 建筑业的大规模增长产生了大量的建筑和拆迁垃圾，将废弃混凝土回收利用为再生资源并用于新建项目是提高建筑固体废物资源化利用的有效途径，由于废弃混凝土在破碎过程中内部损伤的积累，骨料在外力作用下堆积，产生许多微裂纹，粒度和强度损失严重；此外，再生骨料表面附着的疏松多孔的硬化水泥砂浆导致再生骨料的质量低于天然骨料。 [0005] 目前的研究进展表明，碳化增强混凝土的碳化深度普遍较低，影响了纤维增强的复合材(FRP)增强混凝土结构耐久性的提高。 发明内容： [0006] 鉴于现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种利用CO2养护FRP筋增强海水海砂再生混凝土梁的制备方法，该利用CO2养护FRP筋增强海水海砂再生混凝土梁的制备方法有利于解决碳化混凝土值低易腐蚀钢筋的缺陷。 [0007] 本发明一种利用CO2养护FRP筋增强海水海砂再生混凝土梁的制备方法，其特征在于：具体流程包括， [0008] (1)、混合再生骨料、海砂、人工模拟海水、减水剂和水泥制作海水海砂再生混凝土； [0009] (2)、安装底模板； [0010] (3)、铺设FRP筋，架设用于形成孔道的套管； [0011] (4)、安装侧模板； [0012] (5)、将搅拌好的海水海砂再生混凝土注入模具内，等到混凝土浇筑完成形成试块，试块送入养护室进行标准养护； [0013] (6)、达到预期标准养护时间之后在试块上抽出套管，暴露出FRP筋附近的混凝土碳化所需的孔道； [0014] (7)、随后将试块送去二氧化碳养护箱养护，在密闭空间内，在预留的孔道两侧架设加压气泵向预留孔道内通入工业废弃的二氧化碳气体进行碳化养护； [0015] (8)、待养护时长达到时间，满足预期碳化深度时取出试块； [0016] (9)、最后进行注浆填充所预留的孔道。 [0017] 本发明一种利用CO2养护FRP筋增强海水海砂再生混凝土梁的制备方法，其特征在于：具体流程包括， [0018] (1)、混合再生骨料、海砂、人工模拟海水、减水剂和水泥制作海水海砂再生混凝土； [0019] (2)、安装底模板； [0020] (3)、铺设FRP筋，架设长方体预制模具； [0021] (4)、安装侧模板； [0022] (5)、将搅拌好的海水海砂再生混凝土注入模具内，等到混凝土浇筑完成形成试块，将试块送入养护室进行标准养护； [0023] (6)、达到预期标准养护时间之后抽出预制正方体模具，暴露出钢筋附近的混凝土碳化所需的区域； [0024] (7)、随后将试块送去二氧化碳养护箱养护，在密闭空间内通入工业废弃的二氧化碳气体进行碳化养护； [0025] (8)、待养护时长达到时间，满足预期碳化深度时取出试块； [0026] (9)、最后进行注浆填充所预留的区域。 [0027] 优选的，上述FRP筋包括玄武岩纤维增强复合材料筋(BFRP)、玻璃纤维增强复合材料筋(GFRP)，碳纤维增强复合材料筋(CFRP)中的一种或几种。 [0028] 优选的，上述水为人工模拟海水。 [0029] 优选的，上述海砂可由再生砂、河砂、贝壳砂中的一种或几种替代。 [0030] 优选的，上述混合再生骨料包括建筑物破碎回收利用的建筑废料和工业二氧化碳废气。 [0031] 本发明的制备方法中经过二氧化碳养护的混凝土，不仅能够储存固定二氧化碳气体，而且具有非常致密的微观结构，使其具有一般混凝土所没有的良好耐久性(耐腐蚀性、抗渗透性、抗冻融循环性)。纤维增强的复合材料(FRP)具有强度高、重量轻、耐腐蚀性好的优点，可直接应用于海水海砂混凝土，而不是钢作为增强材料；两种材料的结合完美解决了因使用海水海砂钢筋易腐蚀的缺陷；此外，再生骨料由于其具有较高的孔隙率，它的存在能够提升二氧化碳的养护效率，显著增强再生混凝土的抗压强度。 [0032] 本方法在制作梁时提前预留好碳化通道，创造快速碳化钢筋周围混凝土的条件，在碳化过程中使得钢筋附近的混凝土充分接触二氧化碳，使FRP筋附近的混凝土快速碳化完成；这不仅可以提升预制混凝土梁的早期强度，缩短养护龄期，并且很好的结合FRP筋和海水海砂再生混凝土，解决海水海砂再生混凝土中的氯离子侵蚀，解决混凝土PH值高导致的FRP钢筋长期性能退化。 附图说明： [0033] 图1是本发明第一种方法制成的梁的截面的构造示意图； [0034] 图中1指孔洞，2指FRP筋，3指孔洞距FRP筋间距，4指混凝土区域； [0035] 图2是本发明第二种方法制成的梁的截面的构造示意图； [0036] 图中1指开孔区域，2指混凝土区域，3指FRP筋，4指方孔纵向距离； [0037] 图3是本发明第一种实施例梁的截面的构造示意图； [0038] 图4是第一种实施例养护完成后钢筋周围混凝土碳化程度示意图； [0039] 图5是本发明第二种实施例梁的截面的构造示意图； [0040] 图6是受压区高度的示意图； [0041] 图7是本发明第二种实施例梁的截面的具体尺寸示意图； [0042] 图8是第二种实施例养护完成后钢筋周围混凝土碳化程度示意图。 具体实施方式： [0043] 本发明第一种利用CO2养护FRP筋增强海水海砂再生混凝土梁的制备方法，其特征在于：具体流程包括， [0044] (1)、混合再生骨料、海砂、人工模拟海水、减水剂和水泥制作海水海砂再生混凝土； [0045] (2)、安装底模板； [0046] (3)、铺设FRP筋，架设用于形成孔道的套管； [0047] (4)、安装侧模板； [0048] (5)、将搅拌好的海水海砂再生混凝土注入模具内，等到混凝土浇筑完成形成试块，试块送入养护室进行标准养护； [0049] (6)、达到预期标准养护时间之后在试块上抽出套管，暴露出FRP筋附近的混凝土碳化所需的孔道； [0050] (7)、随后将试块送去二氧化碳养护箱养护，在密闭空间内，在预留的孔道两侧架设加压气泵向预留孔道内通入工业废弃的二氧化碳气体进行碳化养护； [0051] (8)、待养护时长达到时间，满足预期碳化深度时取出试块； [0052] (9)、最后进行注浆填充所预留的孔道。 [0053] 本发明第二种利用CO2养护FRP筋增强海水海砂再生混凝土梁的制备方法，其特征在于：具体流程包括， [0054] (1)、混合再生骨料、海砂、人工模拟海水、减水剂和水泥制作海水海砂再生混凝土； [0055] (2)、安装底模板； [0056] (3)、铺设FRP筋，架设正方体预制模具； [0057] (4)、安装侧模板； [0058] (5)、将搅拌好的海水海砂再生混凝土注入模具内，等到混凝土浇筑完成形成试块，将试块送入养护室进行标准养护； [0059] (6)、达到预期标准养护时间之后抽出预制正方体模具，暴露出钢筋附近的混凝土碳化所需的区域； [0060] (7)、随后将试块送去二氧化碳养护箱养护，在密闭空间内通入工业废弃的二氧化碳气体进行碳化养护； [0061] (8)、待养护时长达到时间，满足预期碳化深度时取出试块； [0062] (9)、最后进行注浆填充所预留的区域。 [0063] 上述FRP筋包括玄武岩纤维增强复合材料筋(BFRP)、玻璃纤维增强复合材料筋(GFRP)，碳纤维增强复合材料筋(CFRP)中的一种或几种；上述水为人工模拟海水；上述海砂可由再生砂、河砂、贝壳砂中的一种或几种替代；上述混合再生骨料包括建筑物破碎回收利用的建筑废料和工业二氧化碳废气。 [0064] 本发明的制备方法中经过二氧化碳养护的混凝土，不仅能够储存固定二氧化碳气体，而且具有非常致密的微观结构，使其具有一般混凝土所没有的良好耐久性(耐腐蚀性、抗渗透性、抗冻融循环性)。纤维增强的复合材料(FRP)具有强度高、重量轻、耐腐蚀性好的优点，可直接应用于海水海砂混凝土，而不是钢作为增强材料；两种材料的结合完美解决了因使用海水海砂钢筋易腐蚀的缺陷；此外，再生骨料由于其具有较高的孔隙率，它的存在能够提升二氧化碳的养护效率，显著增强再生混凝土的抗压强度。 [0065] 本方法在制作梁时提前预留好碳化通道，创造快速碳化钢筋周围混凝土的条件，在碳化过程中使得钢筋附近的混凝土充分接触二氧化碳，使FRP筋附近的混凝土快速碳化完成；这不仅可以提升预制混凝土梁的早期强度，缩短养护龄期，并且很好的结合FRP筋和海水海砂再生混凝土，解决海水海砂再生混凝土中的氯离子侵蚀，解决混凝土PH值高导致的FRP钢筋长期性能的退化。 [0066] 本发明第一种方法的实施例： [0067] 材料采用42.5等级的普通硅酸盐水泥，人工模拟海水，海砂等原材料，水灰比为 0.47，环境类别为一类。 [0068] SSRAC混凝土配合比 [0069] [0070] 混凝土根据表中混凝土的配合比进行备料，采用干拌法进行拌制，先让水泥、再骨料与细骨料干拌90s以保证混合均匀，再向搅拌机内加入90％的拌合水搅拌大约90s后，加入10％的拌合水和减水剂搅拌90s后浇筑好模具。 [0071] 按混凝土保护层厚度原理以限制孔道与FRP筋之间的最小间距，以此保证与混凝土与钢筋的粘结，由规范知悉正常室内环境下，梁的最小混凝土保护层厚度为20mm，设置 20mm为孔道与FRP筋的最小距离。 [0072] 在中国建筑标准《普通混凝土结构设计规范》(GB 50010‑2010)中，规定了混凝土结构中预埋管道的最小直径应该不小于20mm，取孔道直径为20mm。 [0073] 梁的尺寸为200mm×300mm。钢筋采用直径为14mm的GFRP筋。d大于20mm[0074] 主要形式如图3所示，图中3D20@40为3个直径为20mm的孔道间距为40mm；4G14@40为4条直径为14mm的GFRP筋。 [0075] 使用此碳化深度模型计算海水海砂再生混凝土碳化深度，使用已经经过验证的海水海砂再生混凝土碳化模型进行碳化深度的分析，即可得到此变量的影响系数。 [0076] 具体模型如下： [0077] [0078] 式中：kW/C—水灰比影响系数；kSS—细骨料种类影响系数；m—反映其它因素的常数；T—温度；C0—二氧化碳浓度；RH—湿度；W/C—水胶比；t—碳化时间(d)；tc—标准养护时间(d)；fcu—标准抗压强度；已知所得标准养护后得抗压强度标准值为34.302Mpa。 [0079] 基本参数 [0080] 设置养护温度(T)20度；湿度(RH)70％；二氧化碳浓度(C0)50％；海砂吸水率 4.69％；水胶比0.47；标准养护7天之后送入碳化养护21天；以上参数带入计算[0081] [0082] 可得碳化深度可达到36mm；此碳化深度下可将FRP筋周围混凝土碳化完成；养护完成后钢筋周围混凝土碳化程度约如图4所示，灰色区域为碳化完成区域；此方法较普通碳化养护方法更加具有效率；在仅需较短的标准养护加碳化养护的时间下完成钢筋附近混凝土碳化。 [0083] 本发明第二种方法实施例： [0084] 材料采用42.5等级的普通硅酸盐水泥，人工模拟海水，海砂等原材料，水灰比为 0.47。环境类别为一类。 [0085] SSRAC混凝土配合比 [0086] 混凝土根据表中混凝土的配合比进行备料，采用干拌法进行拌制，先让水泥、再骨料与细骨料干拌90s以保证混合均匀，再向搅拌机内加入90％的拌合水搅拌大约90s后，加入10％的拌合水和减水剂搅拌90s后浇筑好模具。 [0087] 按混凝土梁保护层厚度原理以限制孔道与FRP筋之间的最小间距，以此保证与混凝土与钢筋的粘结，由规范知悉正常室内环境下，梁的最小混凝土保护层厚度为20mm，设置 20mm为孔道与钢筋的最小距离。 [0088] 按混凝土梁受弯时受压区混凝土高度依据限制D1取值，梁的尺寸为200mm× 300mm。钢筋采用直径为14mm的GFRP筋；主要形式如图5所示。 [0089] (1)考虑D1尺寸 [0090] 本次计算目的测得受压区高度xc(如图6所示) [0091] 根据混凝土设计原理规范： [0092] α1fcbx＝fyAs [0093] x＝2(1‑0.6)xc＝0.8xc [0094] β1＝2(1‑k2) [0095] 式中：C50以下α1取1.0，β1取0.8。fc‑混凝土轴心抗压强度设计值，fy‑钢筋抗拉强度设计值，As‑纵筋面积。b‑梁横截面宽度200mm。x‑等效矩形应力图受压区高度，xc‑实际受压区高度。本次实验浇筑的海水海砂再生混凝土立方体抗压强度为34.302Mpa，属于C30强 2 2 度等级混凝土，fc取14.3N/mm。选取的配筋为14mmGFRP筋，fy取400N/mm，b为200mm； [0096] 带入β1＝0.8求得 [0097] k2＝1‑0.4＝0.6 [0098] x＝2(1‑0.6)xc＝0.8xc [0099] 带入fc、fy、b、α1、As [0100] α1fcbx＝fyAs [0101] 1.0×14.3×200×x＝400×4×π×72 [0102] x＝86.12mm [0103] xc＝86.12/0.8＝107.65mm [0104] 说明开孔顶部到混凝土梁顶部的距离限制为107.65mm [0105] 图示D1尺寸限制。上方限制预留107.65≈108mm，下方限制保护层厚度25加钢筋直径14mm加孔洞到钢筋限制厚度20mm为59mm，具体尺寸如图7所示。 [0106] (2)考虑碳化深度 [0107] 1、设置养护温度(T)20度； [0108] 2、湿度(RH)70％； [0109] 3、二氧化碳浓度(C0)50％； [0110] 4、海砂吸水率4.69％； [0111] 5、水胶比0.47； [0112] 6、标准养护7天之后送入碳化养护21天； [0113] 以上参数带入计算 [0114] [0115] 可得碳化深度可达到36mm，碳化效果如下图所示灰色区域为碳化完成区域，[0116] 如图8所示。 [0117] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。