一种钢-纤维束复合材料及其应用的制作方法

1.本发明属于复合材料领域，具体涉及一种钢-纤维束复合材料及其应用。


背景技术：

2.目前，钢筋混凝土结构是土木工程中应用多、发展成熟的结构类型，广泛用于建筑、桥梁等领域。钢筋混凝土结构随着使用时间的增加，表面会出现裂缝，若该结构长时间服役在海洋环境当中，水分和一些腐蚀性离子将会从裂纹渗入到钢筋混凝土内部，造成钢筋的锈蚀，从而造成结构承载性能和耐久性能的下降。
3.纤维增强复合材料是指增强纤维材料如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等与基体材料经过缠绕、模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料，具有轻质高强、良好的耐久性和可设计性强等优点。如果将纤维增强复合材料与钢丝相结合形成钢-纤维束复合材料，充分利用纤维增强复合材料轻质高强的优点大幅度提高受力性能的同时减轻自身自重，替代钢筋能够较好地解决易受腐蚀的问题，使得混凝土结构能够在腐蚀较为严重的环境中服役期变长，现有技术中未见相关技术报道。


技术实现要素：

4.为克服现有钢筋存在的不足，本发明提供了一种钢-纤维束复合材料及其应用，替代钢筋用于混凝土结构件可提升耐腐蚀性能，用于腐蚀严重的海洋环境场合。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.本发明提供的一种钢-纤维束复合材料，包括钢丝和连续纤维增强复合材料，且以所述钢丝为芯和连续纤维增强复合材料为包覆层。
7.优选地，所述钢丝的直径为1-5mm。
8.优选地，所述连续纤维增强复合材料选自玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、芳纶纤维增强复合材料或玄武岩纤维增强复合材料中的一种。
9.优选地，所述连续纤维增强复合材料的厚度为0.1-1.5mm。
10.本发明提供的上述钢-纤维束复合材料通过所述连续纤维增强复合材料沿其连续纤维束的延伸方向绕所述钢丝的周向编织成型得到。
11.本发明还提供一种海洋工程用混凝土结构件，包含上述钢-纤维束复合材料，且以其作为加强筋。
12.本发明还提供上述钢-纤维束复合材料在海洋工程用混凝土结构件中的应用。
13.与现有技术相比，本发明通过在钢丝外编织连续纤维增强复合材料形成钢-纤维束复合材料，具有如下有益效果：
14.(1)利用钢丝易弯曲、可设计性强的特点，得到的钢-纤维束复合材料轻松完成弯折，可加工成理想的形状和尺寸。
15.(2)利用纤维增强复合材料抗轻质高强的优点，替代传统的钢筋制备混凝土结构件能够大幅度提高受力性能，同时减轻结构件自重。
16.(3)利用纤维增强复合材料耐腐蚀性好的优点，替代传统的钢筋制备钢筋混凝土构件可以弥补钢筋易受腐蚀的缺点，保证结构件可用于腐蚀较为严重的海洋环境场合，应用前景好。
附图说明
17.图1为实施例中钢-纤维束复合材料的剖面图；其中，1-钢丝、2-连续纤维增强复合材料。
具体实施方式
18.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润色。这些都属于本发明的保护范围。
19.如图1所示，以下实施例提供一种钢-纤维束复合材料，包括钢丝1、连续纤维增强复合材料2，其中钢丝1位于连续纤维增强复合材料2的中心，钢丝直径为1-5mm。
20.根据一些实施方式，上述连续纤维增强复合材料可选自玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、芳纶纤维增强复合材料或玄武岩纤维增强复合材料。
21.根据一些实施方式，上述连续纤维增强复合材料的厚度在0.1-1.5mm内。
22.根据一些实施方式，上述钢-纤维束复合材料通过连续纤维增强复合材料沿其连续纤维束的延伸方向绕钢丝的周向编织成型得到。
23.以下通过具体实施例进一步解释说明。
24.实施例1
25.本实施例制备一种用于海洋环境中的混凝土结构件，其以钢-纤维束复合材料作为加强筋，步骤如下：
26.(1)准备直径为5mm的钢丝和连续纤维增强复合材料，连续纤维增强复合材料沿其连续纤维束的延伸方向绕钢丝的周向编织得到钢-纤维束复合材料，其中连续纤维增强复合材料的厚度为1mm；
27.(2)将得到的钢-纤维束复合材料通过各种形式形成加强筋结构用于混凝土结构件成型。
28.总之，本发明的钢-纤维束复合材料生产工艺简单，能够进行工厂化生产，可用于腐蚀较为严重的海洋环境场合，应用前景好。


技术特征：
1.一种钢-纤维束复合材料，其特征在于，包括钢丝和连续纤维增强复合材料，且以所述钢丝为芯和连续纤维增强复合材料为包覆层。2.根据权利要求1所述的钢-纤维束复合材料，其特征在于，所述钢丝的直径为1-5mm。3.根据权利要求1所述的钢-纤维束复合材料，其特征在于，所述连续纤维增强复合材料选自玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、芳纶纤维增强复合材料或玄武岩纤维增强复合材料中的一种。4.根据权利要求1所述的钢-纤维束复合材料，其特征在于，所述连续纤维增强复合材料的厚度为0.1-1.5mm。5.根据权利要求1所述的钢-纤维束复合材料，其特征在于，所述钢-纤维束复合材料通过所述连续纤维增强复合材料沿其连续纤维束的延伸方向绕所述钢丝的周向编织成型得到。6.一种海洋工程用混凝土结构件，其特征在于，包含权利要求1至5任一项所述钢-纤维束复合材料，且以其作为加强筋。7.权利要求1至5任一项所述钢-纤维束复合材料在海洋工程用混凝土结构件中的应用。

技术总结
本发明公开了一种钢-纤维束复合材料及其应用，属于复合材料领域。该钢-纤维束复合材料以钢丝为芯和连续纤维增强复合材料为包覆层，通过连续纤维增强复合材料沿其连续纤维束的延伸方向绕钢丝的周向编织成型得到，可用作海洋工程用混凝土结构件的加强筋。本发明的钢-纤维束复合材料可加工性强，替代传统的钢筋制备混凝土结构件能够大幅度提高受力性能，同时减轻结构件自重，还可以弥补钢筋易受腐蚀的缺点，用于腐蚀较为严重的海洋环境场合。用于腐蚀较为严重的海洋环境场合。用于腐蚀较为严重的海洋环境场合。


技术研发人员：蒋程 窦晓静 刘晓 杨芸 薛奡
受保护的技术使用者：上海宝冶集团有限公司
技术研发日：2021.12.17
技术公布日：2022/2/8