一种光伏建筑一体化永久性模板新形构件及其制作方法与流程

1.本发明涉及光伏建筑一体化永久性模板新形构件，尤其是一种适用于滨海城市的工业与民用建筑、水工以及港海构件中的光伏建筑一体化多功能永久性模板新形构件及其制作方法。


背景技术：

2.由于滨海地区中氯盐等腐蚀物质对钢筋混凝土建筑结构中钢筋的腐蚀导致建筑结构破坏，在滨海地区复杂恶劣的环境影响下已建的钢筋混凝土结构随着服役时间的增长会受到不同程度的不利影响，建筑结构的力学性能和可靠性持续下降，进一步会损害人民财产安全。为此，对已建并受到损伤的钢筋混凝土结构的加固工作亟需进行，当前的加固方法通常采用混凝土局部修补法、混凝土涂层法、混凝土缓蚀剂法、钢筋涂层法以及电化学等。然而，在实际建筑钢筋混凝土施工过程中，模板工程的费用约占建筑工程总造价的30％～35％，劳动用量约占总用工量的40％～50％，耗费时间约占工期的一半。木模、钢模仍是建筑工程模板技术领域中应用的主流，这类模板存在着消耗资源、拆装不便、周转费用高和费工费时等不利因素。并且，在现有的技术中，在滨海地区的建筑结构受到侵蚀破坏后，对其进行加固修复的施工难度、腐蚀控制以及经济消耗等方面的效果都会受到不利影响。有研究学者提出了一种可与现浇混凝土粘结固定成形为一个整体的永久性模板，该类永久性模板一般由新形材料制作而成，可在工厂内完成预制以及大批量生产，在永久性模板的表面可进行制作花纹及各种装饰工艺；还可作为建筑结构的一个组件起到防护及加固的作用，改善建筑结构的力学性能。但目前仍处在研究阶段，因此，需在建筑结构的建设初期便应考虑后期可能会遭遇的海洋恶劣环境影响带来的内部钢筋腐蚀的问题，急需提供一种利用安全无污染的多功能永久性模板新形构件。


技术实现要素：

3.技术问题：本发明的目的是为了克服滨海地区中氯盐等腐蚀物质对钢筋混凝土建筑结构中钢筋的腐蚀导致的建筑结构破坏，以及模板工程中传统木模、钢模等材料带来的种种不利影响等问题，提供一种适用于滨海地区的光伏建筑一体化的多功能永久性模板新形构件及其制作方法。
4.技术方案：本发明的一种光伏建筑一体化多功能永久性模板新形构件，包括太阳能光伏发电系统、细粒混凝土、通电导线、混凝土、钢筋构件；所述的混凝土经多功能永久性模板浇注并包裹住位于中部的钢筋构件；混凝土外侧周围是多功能永久性模板，设有纤维编织网，并经模具浇注有细粒混凝土，细粒混凝土外侧设有太阳能光伏发电系统；所述的太阳能光伏发电系统包括太阳能电池板、蓄电池和太阳能控制器，所述太阳能电池板设在细粒混凝土的外侧周围，所述蓄电池和太阳能控制器分别设在太阳能电池板的内壁上，由通电导线将蓄电池的正极与纤维编织网连接，负极与钢筋构件连接；所述太阳能电池板的内壁上设有贯穿细粒混凝土与混凝土相连的抗剪钩，用于增强太阳能电池板与细粒混凝土、
纤维编织网、混凝土之间的界面粘结性能。
5.所述的纤维编织网为一种径向和纬向均为碳纤维束的纤维织物，或者编织网的径向和纬向其中一个方向为碳纤维束，另一方向采用不同于碳纤维的高抗拉强度且耐腐蚀的纤维织物。
6.所述的细粒混凝土采用52.5硅酸盐水泥、i级粉煤灰、粒径0～0.6mm的硅砂、水、sika三代减水剂、短切纤维和石墨两种导电相材料双掺搅拌制作而成。
7.所述的混凝土为普通混凝土或海水海砂混凝土。
8.所述的抗剪钩为frp材料制作而成的耐腐蚀性抗剪钩。
9.所述的多功能永久性模板包括柱模板和梁模板，其中：柱模板包括方形、圆形和工字形，梁模板包括π形、t形。
10.使用上所述光伏建筑一体化多功能永久性模板新形构件的制作方法，包括如下步骤：
11.(1)制作模具：按设计要求制作内模、外模以及底模三个侧壁，将制作完成的内模和外模固定在底模上，按顺序在制作完成的内模和外模中间间隔的空隙中，从内到外依次放置细粒混凝土5、纤维编织网4和太阳能光伏发电系统；
12.(2)放置太阳能光伏发电系统：将整个太阳能光伏发电系统放置在制作好的模具中，其中太阳能电池板安置在模具中紧紧的靠在外模的内壁上，蓄电池和太阳能控制器安置于太阳能电池板的内壁上；其中，太阳能控制器和蓄电池的外表、太阳能电池板与细粒混凝土接触一侧表面涂抹有一层防腐蚀材料，避免工作中遭受外界腐蚀物质的侵蚀，使整个太阳能光伏发电系统能长久正常运转；
13.(3)放置纤维编织网：将剪裁好的纤维编织网放置在内外模之间的间隔中，为使纤维编织网中的纤维束直接接触到蓄电池释放的阳极电流，充分担当阳极材料，将位于细粒混凝土中的纤维编织网搭接重叠处沿纵向用两片长条的不锈钢导电片紧紧夹住，以保证纤维编织网中更多的碳纤维束与蓄电池正极的电流直接接触；在蓄电池的正、负极上分别焊接延长的通电导线，其中正、负极上的通电导线分别接往纤维编织网上的不锈钢导电片以及模板新形构件内部的钢筋，预防和延缓模板新形构件内部钢筋锈蚀；
14.(4)浇筑、拆模及养护：将搅拌完成的细粒混凝土缓慢的浇筑到内外模的间隔层中，浇筑过程中轻微振捣，以增强细粒混凝土的密实性；当浇筑的细粒混凝土达到足够强度时，拆除模具，在标准养护室内完成该多功能永久性模板的养护工作，使其达到标准的力学性能指标；
15.(5)安置钢筋骨架及浇筑混凝土：在养护完成的多功能永久性模板中按照建筑工程设计要求放置钢筋构件，随后在其中浇筑混凝土，整个过程需对混凝土进行搅拌使其密实，对浇筑完成的光伏建筑一体化多功能永久性模板新形构件进行养护，完成新形构件的制作。
16.步骤(1)中，所述的内模的外表面处理为带有凸起肋的形状，使制作完成的多功能性永久性模板带有凹槽，通过抗剪钩从多功能性永久性模板的凹槽处伸出连接太阳能电池板、细粒混凝土与混凝土增强新形构件的界面粘结能力。
17.有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明采用多功能性永久性模板可在工厂中预制生产并在后期现浇混凝土浇筑完成后无需拆模，极大的转变了如今建筑领域中模板
工程中的运转模式，解决模板过程中存在的不利因素。利用安全无污染的太阳能清洁能源发电，并通过外加电流阴极保护方法的多功能永久性模板新形构件一次性解决难题，避免后续二次修复带来的人力、物力等损失。除此之外，在细粒混凝土中掺入导电相材料，增强细粒混凝土的导电性，利用安全无污染的太阳能清洁能源结合外加电流阴极保护法对处于滨海地区建筑结构的内部钢筋进行防护，整个光伏建筑一体化的多功能永久性模板新形构件无需外加电源便能够自我储备整个系统运转所需的能耗。新形构件基于外加电流阴极保护法的原理使其在浇筑时可使用海水海砂混凝土，在滨海地区就地取材，充分利用海洋资源，避免过度开采河砂带来的生态环境问题，缓解用砂紧张的局面。其结构简单，操作简便，效果好，具有广泛的实用性。
附图说明：
18.图1为本发明的多功能永久性模板新形构件柱状横截面示意图。
19.图中：1-太阳能电池板，2-蓄电池，3-太阳能控制器，4-纤维编织网，5-细粒混凝土，6-通电导线，7-混凝土，8-普通钢筋，9-抗剪钩。
具体实施方式
20.下面结合附图对本本发明的一个实施例进一步的描述：
21.本发明的光伏建筑一体化多功能永久性模板新形构件，主要由太阳能光伏发电系统、细粒混凝土5、通电导线6、混凝土7、钢筋构件8和抗剪钩9构成；所述的混凝土7经制作好的多功能永久性模板浇注并包裹住位于中部的钢筋构件8，所述的混凝土7为普通混凝土或海水海砂混凝土。所述的多功能永久性模板包括柱模板和梁模板，其中：柱模板包括方形、圆形和工字形，梁模板包括π形、t形，根据实际需要确定，附图1中的实例为方形，从俯视角度看内模和外模形成一个回字形。混凝土7外侧周围设有纤维编织网4，并经模具浇注有细粒混凝土5，所述的细粒混凝土5采用52.5硅酸盐水泥、i级粉煤灰、粒径0～0.6mm的硅砂、水、sika三代减水剂、短切纤维和石墨两种导电相材料双掺搅拌制作而成。在细粒混凝土中掺入导电相材料，增强细粒混凝土的导电性。细粒混凝土5外侧设有太阳能光伏发电系统；所述的纤维编织网4为一种径向和纬向均为碳纤维束的纤维织物，或者编织网的径向和纬向其中一个方向为碳纤维束，另一方向采用不同于碳纤维的高抗拉强度且耐腐蚀的纤维织物。所述的太阳能光伏发电系统包括太阳能电池板1、蓄电池2和太阳能控制器3，所述太阳能电池板1设在细粒混凝土5的外侧周围，所述蓄电池2和太阳能控制器3分别设在太阳能电池板1的内壁上，其中，太阳能电池板1是整个发电系统的核心部分，通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接的转换为电能的装置。太阳能控制器3的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池2起到过充电保护、过放电保护的作用。蓄电池组成是将太阳能转换的电能储存起来，在系统工作需要时将电能释放的作用。由通电导线6将蓄电池2的正极与纤维编织网4连接，蓄电池2的负极与钢筋构件8连接；纤维编织网4是新形构件中的阳极材料，位于细粒混凝土5中。通电导线6负责连接蓄电池2的正极与纤维编织网、负极与钢筋构件8。混凝土7位于细粒混凝土5内侧，钢筋8位于混凝土7中。所述太阳能电池板1的内壁上设有贯穿细粒混凝土5与混凝土7相连的抗剪钩9，抗剪钩9位于太阳能电池板1的内壁上，贯穿细粒混凝土5与混凝土7相连。所述的抗剪钩9为frp材料制作而成
的耐腐蚀性抗剪钩，用于增强太阳能电池板1与细粒混凝土5、纤维编织网4、混凝土7之间的界面粘结性能。所述混凝土7的材料可选多种，包括普通混凝土或海水海砂混凝土，利用外加电流阴极保护对建筑结构内部钢筋进行保护，在滨海地区就地取材采用海水海砂材料，充分利用当地资源。
22.本发明的光伏建筑一体化多功能永久性模板新形构件的制作方法，包括如下步骤：
23.(1)制作模具：按设计要求制作内模、外模以及底模三个侧壁，将制作完成的内模和外模固定在底模上，本实例图1中从俯视角度看内模和外模形成一个回字形，按顺序在制作完成的内模和外模中间间隔的空隙中，从内到外依次放置细粒混凝土5、纤维编织网4和太阳能光伏发电系统；所述内模的外表面处理为带有凸起肋的形状，使制作完成的多功能性永久性模板带有凹槽，通过抗剪钩9从多功能性永久性模板的凹槽处伸出，通过连接太阳能电池板1、细粒混凝土5与混凝土7增强新形构件的界面粘结能力。
24.(2)放置太阳能光伏发电系统：将整个太阳能光伏发电系统放置在制作好的模具中，其中太阳能电池板1安置在模具中紧紧的靠在外模的内壁上，蓄电池2和太阳能控制器3安置于太阳能电池板1的内壁上；其中，太阳能控制器3和蓄电池2的外表、太阳能电池板1与细粒混凝土5接触一侧表面涂抹有一层防腐蚀材料，避免工作中遭受外界腐蚀物质的侵蚀，使整个太阳能光伏发电系统能长久正常运转；为了实现对新形建筑构件内部钢筋的外加电流阴极保护，在蓄电池2的正、负极上分别焊接延长的通电导线6，其中正、负极上的通电导线分别接往纤维编织网4上的不锈钢导电片以及新形钢筋混凝土构件内部的钢筋，预防和延缓新形构件内部钢筋锈蚀。另外，在太阳能电池板与细粒混凝土5接触一侧设置有采用frp材料制作而成的耐腐蚀性抗剪钩9，用来增强太阳能电池板1与细粒混凝土5、纤维编织网4、混凝土7之间的界面粘结性能。通电导线6的一端与蓄电池2的正、负极焊接，通电导线6的另一端分别与纤维编织网4上的不锈钢导电片和钢筋构件8焊接，对内部钢筋构件8外加电流进行阴极保护，以预防和延缓新形构件内部钢筋构件8的锈蚀。
25.(3)放置纤维编织网：将剪裁好的纤维编织网4放置在内外模之间的间隔中，为使纤维编织网4中的纤维束直接接触到蓄电池释放的阳极电流，使纤维编织网充分担当阳极材料，将位于细粒混凝土5中的纤维编织网4搭接重叠处沿纵向用两片长条的不锈钢导电片紧紧夹住，以保证纤维编织网4中更多的碳纤维束与蓄电池正极的电流直接接触；在蓄电池2的正、负极上分别焊接延长的通电导线6，其中正、负极上的通电导线分别接往纤维编织网4上的不锈钢导电片以及模板新形构件内部的钢筋，预防和延缓模板新形构件内部钢筋锈蚀；
26.(4)浇筑、拆模及养护：将搅拌完成的细粒混凝土5缓慢的浇筑到内外模的间隔层中，浇筑过程中轻微振捣，以增强细粒混凝土5的密实性；当浇筑的细粒混凝土达到足够强度时，拆除模具，在标准养护室内完成该多功能永久性模板的养护工作，使其达到标准的力学性能指标；
27.(5)安置钢筋骨架及浇筑混凝土：在养护完毕的多功能永久性模板中按照建筑工程设计要求放置绑扎好的普通钢筋，随后在其中浇筑混凝土(普通混凝土或海水海砂混凝土)，整个过程需对混凝土进行搅拌使其密实。由于采用外加电流阴极保护法对新形构件的内部钢筋进行了防护，可用海水海砂混凝土完成浇筑，这样既能减缓当前河砂短缺的紧张
局面，保护因过度开采河砂引起的生态环境问题，又可在滨海地区就地取材，充分的利用丰富的海洋资源。
28.(6)新形构件系统正常运转：为对新形构件的内部钢筋进行防护，新形构件系统的外部太阳能电池板在太阳辐射能的作用下进行光伏发电将源源不断的电能输送至蓄电池中，为整个系统的正常运转持续提供能源。另外，根据外加电流阴极保护法原理将蓄电池外接出的通电导线负极接往内部钢筋进行阴极保护，并将蓄电池外接出的通电导线正极接往纤维编织网上的不锈钢导电片，使整个新形构件内部形成一个完整的电流回路，迫使新形构件内部的腐蚀电子远离钢筋完成对钢筋的防护工作。至此，整个光伏建筑一体化永久性模板能够自给自足的完成正常运转。