一种水泥板生产设备、真空挤出成型水泥板及其制作方法

本技术涉及建筑领域，尤其涉及一种水泥板生产设备、真空挤出成型水泥板及其制作方法。

背景技术：

1、目前，真空挤出成型板（ecp）因其优异的成型工艺和尺寸精度而被广泛应用于建筑围护系统，但受限于水泥基体材料的脆性本质，其抗拉强度较低，在受拉应力作用时易出现裂缝，从而影响结构整体受力性能，使得其仅能作为非受力构件使用，应用场景受到严重限制。

2、为提升ecp板的承载性能，引入预应力技术是有效途径之一。然而，传统后张预应力技术依赖永久性机械锚具在构件端部锚固预应力筋，存在以下缺陷：其一，机械锚具增加了材料成本与施工工序的复杂性；其二，锚具区域存在应力集中现象，易诱发端部混凝土劈裂破坏；其三，挤出工艺的板材截面尺寸较小，难以在端部布置常规锚具；其四，传统挤出工艺难以在成型过程中直接预埋张拉钢筋，先张法亦无法直接应用。上述问题导致传统预应力技术无法直接应用于至ecp板的生产与应用中。

技术实现思路

1、本技术的目的之一在于提供一种真空挤出成型水泥板，旨在解决现有ecp板因无法施加预应力导致抗拉强度低、应用场景受限的技术问题。

2、本技术的目的之二在于提供一种真空挤出成型水泥板制作方法，目的在于提供一种不依赖永久性机械锚具、通过预留预应力孔道内壁的螺纹状凹槽而与高强砂浆粘结传力实现预应力施加的制作方法。

3、本技术的技术方案是：

4、一种水泥板生产设备，包括机架、成型机头总成以及张拉机构；所述成型机头总成、所述张拉机构分别设置于所述机架上；所述成型机头总成对真空挤出成型水泥板制作所用的混合材料进行挤出成型而成板坯体；所述张拉机构用于对所述板坯体进行穿筋张拉；

5、所述成型机头总成包括锥形成型壳，所述锥形成型壳的大端相对两内壁之间安装有可沿轴向进行移动的成型导轨，所述成型导轨连接有多根间距可调节的螺纹成型芯棒，所述螺纹成型芯棒由螺纹段与光滑圆柱段沿轴向交替排列构成；所述锥形成型壳的小端外侧上设置有内部中空且自由端处开口的定型壳，所述螺纹成型芯棒的端部延伸于所述定型壳中；所述定型壳的内壁上设置有表面成型凹槽，且内腔中设置有成型芯块，所述成型芯块与所述定型壳中的所述螺纹成型芯棒间隔设置。

6、作为本技术的进一步技术方案，所述张拉机构具有设置于所述机架上的支撑架，所述支撑架上沿轴向依次设置有第一横梁、张拉台座、后横梁、油压千斤顶以及第二横梁；所述张拉台座的上表面上依次设置有均与所述第一横梁相平行间隔的前横梁、第一活动横梁以及第二活动横梁；所述第一横梁、所述前横梁、所述第一活动横梁之间通过第一螺丝杆相连接；所述油压千斤顶设置于所述后横梁处，且驱动端连接于所述第二横梁，用于驱动所述第二横梁移动；所述第二横梁连接于第二螺丝杆的一端，所述第二螺丝杆的另一端穿过所述后横梁并与所述第二活动横梁相连接，用于带动所述第二活动横梁在所述张拉台座上移动，以对所述真空挤出成型水泥板中的预应力筋进行张拉。

7、一种真空挤出成型水泥板，基于如上所述的水泥板生产设备制作而成，包括板本体；所述板本体内部沿纵向分别贯穿开设有多个预制空腔和预留预应力孔道；所述预留预应力孔道的内壁设有通过挤出成型工艺一体形成的预制凹槽；所述预留预应力孔道内穿设有预应力筋，且所述预留预应力孔道内灌注有高强砂浆。

8、作为本技术的进一步技术方案，多个所述预制空腔之间沿所述板本体的横向平行间隔排列，多个所述预留预应力孔道之间沿所述板本体的横向平行间隔排列。

9、作为本技术的进一步技术方案，所述预制凹槽为螺纹状凹槽，并由螺纹成型芯棒在挤出过程中于所述预留预应力孔道内壁一体压印形成。

10、一种如上任一项所述的真空挤出成型水泥板的制作方法，包括以下步骤：

11、s1，确定最佳孔道间距

s：参数设定，构建应力效应评估模型，确定所述预应力筋之间的最佳孔道间距

s；

12、s2，挤出成型：根据所述最佳孔道间距

s调整成型机头总成，将各类增韧纤维与水泥基原材料按配合比要求进行充分搅拌并挤出成型，形成内部具有预制空腔和预留预应力孔道的板坯体，并经切割、养护后得到硬化的板坯体；

13、s3，穿筋张拉：将硬化的所述板坯体定位于所述张拉机构上，将所述预应力筋穿过所述预留预应力孔道，将所述预应力筋张拉至设计控制应力后持荷锁定；

14、s4，压力灌浆与固化：在持荷状态下，向所述预留预应力孔道内压力灌注高强砂浆，以确保所述预留预应力孔道内密实填充，并养护至所述高强砂浆达到设计强度；

15、s5，放张与质量检验：待所述高强砂浆强度达标后放张，切断所述板坯体端部多余的预应力筋，以形成所述板本体，并进行检验。

16、作为本技术的进一步技术方案，在步骤s1中，所述应力效应评估模型的构建包括以下步骤：

17、向应力效应表达式中输入关键参数，所述关键参数包括有效预加力

n、所述板本体的板宽

l、所述板本体的板高

d；

18、预设所述预应力筋之间的初始孔道间距

s1；

19、计算所述板本体的横截面应力分布；

20、通过所得到的所述板本体的横截面应力分布计算所述板本体的横截面的截面应力均匀度λ、截面压力水平系数k，根据截面应力均匀度λ、截面压力水平系数k评估此初始孔道间距下的所述板本体的横截面应力分布；

21、若λ≥0.95，则说明满足设计要求，确定所述预应力筋之间的最佳孔道间距

s；若λ＜95，则说明不满足设计要求，通过变化初始孔道间距

s1迭代至满足设计要求为止，并确定最佳预应力孔道间距

s。

22、作为本技术的进一步技术方案，通过如下的应力效应表达式得到所述板本体的横截面应力分布：

23、；

24、式中：为所述板本体的横截面应力分布；

n为有效预加力；

l为所述板本体板宽度的一半；

t为所述板本体厚度；

n为傅里叶级数阶数；

x为沿所述板本体横向方向的位置坐标；

d为所述板本体长度的一半；

s为所述预应力筋之间的孔道间距；

y为沿所述板本体纵向方向的位置坐标。

25、作为本技术的进一步技术方案，分别通过如下公式计算截面应力均匀度λ、截面压力水平系数κ：

26、；

27、；

28、式中：（

x=0）为所述板本体横截面上相邻两个预应力孔道中点处的正应力；（

x

=s）为所述板本体横截面上预应力筋处正应力；（

x）为所述板本体横截面的正应力分布；为所述板本体横截面上的平均正应力。

29、作为本技术的进一步技术方案，在步骤s3中，将多块标准尺寸的所述板坯体沿纵向进行拼接，并将通长的所述预应力筋连续穿过拼接后的所述预留预应力孔道后进行整体张拉。

30、本技术的有益效果：

31、（1）本技术提供一种水泥板生产设备，其通过在锥形成型壳大端的相对两内壁之间安装有可沿着其轴向进行前后往复运动的成型导轨，并将成型导轨与多根平行间隔设置且间距可以调节的螺纹成型芯棒的一端相连接，将螺纹成型芯棒的另一端延伸于定型壳中，并将定型壳的内壁上设置表面成型凹槽，且内腔中设置成型芯块，同时将其该螺纹成型芯棒采用分段式构造，由螺纹段与光滑圆柱段沿其轴向交替排列组成，从而能够在板本体上制作出预留预应力孔道和其内壁上的螺纹状凹槽，且螺纹状凹槽能够由螺纹成型芯棒在真空挤出成型水泥板的挤出成型阶段与预留预应力孔道的内壁一体压印形成，使得制作而成的真空挤出成型水泥板的力学性能显著提升。

32、（2）本技术提供一种真空挤出成型水泥板，其通过在具有螺纹状凹槽的预留预应力孔道中填充高强砂浆，利用该预留预应力孔道几何构造而与后期填充的高强砂浆之间的机械咬合力和粘结传力机制，取消了传统后张法所需的永久性机械锚具，消除了端部应力集中风险，实现了后张构件-先张机理的创新预应力施加方式；其显著提升了真空挤出成型水泥板的力学性能，拓宽了其应用场景，有效克服了传统真空挤出板材抗拉强度低、延性弱的技术缺陷，显著提升了真空挤出成型水泥板的抗裂荷载与极限承载力，使其能够胜任人行道板、桥面板等高性能承重构件的应用需求。

33、（3）本技术提供一种真空挤出成型水泥板的制作方法，其先构建应力效应评估模型，向应力效应表达式中输入关键参数，预设预应力筋之间的初始孔道间距

s1，通过所得到的板本体的横截面应力分布计算板本体的横截面的截面应力均匀度λ、截面压力水平系数k，根据所得到的λ确定预应力筋之间的最佳孔道间距

s，再利用特制的螺纹成型芯棒在板材真空挤出成型时同步构建内壁带有螺纹状凹槽的预留预应力孔道，当板坯体硬化后穿入预应力筋并张拉，随后向预留预应力孔道内压力灌注高强砂浆，当砂浆固化后放张，预应力筋通过其与高强砂浆之间的粘结力，以及高强砂浆与预留预应力孔道内壁的螺纹状凹槽之间的机械咬合力，沿预留预应力孔道全长均匀传递并锚固于板本体中；该方法无需永久性机械锚具，且该制作方法在构件制作方式上采用后张工艺，在预应力传递机理上模拟先张法的全长粘结传力机制，从而使ecp升级为可承受主动荷载的高性能承重构件。