CN109057115A - 一种超高性能混凝土带肋夹芯楼板及其制造方法 - Google Patents

Description

一种超高性能混凝土带肋夹芯楼板及其制造方法

技术领域

本发明涉及装配式建筑领域，具体地涉及一种超高性能混凝土带肋夹芯楼板及其制造方法。

背景技术

装配式建筑是指由预制部品部件在工地装配而成的建筑。随着现代工业技术的发展，建造房屋可以像机器生产那样，成批成套地制造。只要把预制好的房屋构件，运到工地装配起来就成了。我国目前的建筑行业依然处于较低的发展水平——能耗高、机械化水平低等，建筑行业亟待面临着转型升级，转变发展方式、提高产业化发展水平，促进建筑领域的节能减排。

预制混凝土楼板作为装配式混凝土结构主要结构受力构件之一，是装配式建筑的重要组成部分，是把楼板在预制场预先制作好，然后在施工现场进行安装。近年来装配式楼板结构得到了长足发展，由原来的空心板、预应力 T型板、预制植筋板、钢筋混凝土及预应力混凝土叠合板(夹芯叠合板、带反肋叠合板、空腹叠合板和普通钢筋桁架叠合板)等传统结构向三明治组合板、型钢板/钢桁架混凝土叠合板等轻型、多功能结构转变。高强材料和新结构的配合通常能表现出优异的性能，比如，以高强度纤维混凝土为面层，以波纹型钢板作为芯层的三明治组合板，不仅强度高、变形性能良好，而且其质量不到传统混凝土板的1/4；再如，纤维混凝土板与钢桁架叠合板不仅刚度好、质量轻，同时能充分发挥两者的延性特征，具有良好的抗震性能。

实现预制装配式楼板的轻量标准化是装配式建筑的未来发展趋势。实现途径主要包括：一是取决于所采用的材料，为降低PC构件的重量和尺寸，宜选用和研发轻质高强的结构性材料，如轻型骨料、高强度钢等；二是取决于结构构造，通过特殊的结构形式设计，实现材料集约化利用，综合提高装配式楼板的刚度、强度、连接性能等。目前，装配式楼板以普通钢筋混凝土为主要的施工材料，但传统普通混凝土结构楼板有自重大、耐久性一般、接缝易渗漏等缺点；钢带肋夹芯楼板在结构轻巧、可自由切割利用上优势明显，但不耐火，在有特殊防火需求的建筑中，钢结构必须采用耐火材料加以保护以提高耐火等级；在潮湿和腐蚀性介质的环境中，钢结构容易发生锈蚀，一般要采取除锈、镀锌、涂料等方式进行定期维护；采用不锈钢带肋夹芯楼板则价格较高。且随着装配式建筑的迅速发展，向传统材料提出了质轻、高强的要求。高强材料能有效减小构件截面尺寸，减低自重，节约材料用量和运输成本。

超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，实现了工程材料性能的大跨越，它的代表是活性粉末混凝土。活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，简写为RPC)是由多元活性粉末掺合料、无机胶凝材料、连续级配细骨料、钢纤维等混合纤维组成，通过最优化级配设计，使材料内部的缺陷(空隙与微裂缝)减少到最少，具有超高强度、高韧性、高耐久性、高阻裂性和体积稳定性良好的新型水泥基复合材料。由于活性粉末混凝土中钢纤维的存在加强了水泥石的咬合作用，使材料的抗拉强度得到大幅度提高，达高强混凝土的4～6倍，极限拉伸应变更是可达高强混凝土的70～80倍，断裂韧性是普通混凝土的250多倍，其力学性能和变形性能明显优于普通混凝土和高强混凝土。因此该材料适用于对结构有高强、轻质、阻裂、耐久性要求的结构工程领域。

目前UHPC材料在装配式建筑领域主要用于外挂装饰墙板、预制UHPC 楼梯、阳台等方面，在结构连接构造等方面，对UHPC梁板柱整体预制接头、 UHPC强化节点、UHPC湿接缝力学性能等方面还需展开相关研究。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，利用UHPC材料在高强、轻质、阻裂、耐久、抗渗等方面的超高性能，提供一种超高抗弯拉性能、自重轻、耐久性好、适用于模块化建筑的超高性能混凝土带肋夹芯楼板及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种超高性能混凝土带肋夹芯楼板，包括UHPC底板和UHPC顶板，所述UHPC底板和UHPC顶板之间均布有多个UHPC短柱和UHPC肋，所述UHPC底板内均布有第一纵向钢筋，所述UHPC顶板内均布有第二纵向钢筋，各所述UHPC短柱内均设有竖向钢筋，所述竖向钢筋的上端固定在所述第二纵向钢筋上，所述竖向钢筋的下端固定在所述第一纵向钢筋上。

优选地，所述超高性能混凝土带肋夹芯楼板的高度为其跨径的1/40，且不小于13cm。

优选地，所述UHPC底板的高度为2cm～4cm，所述UHPC顶板的高度为2cm～3cm。

优选地，各所述UHPC短柱的直径均为4cm～5cm，高度均为9cm～ 14cm，各相邻所述UHPC短柱的中心间距为15cm～30cm。

优选地，各所述UHPC短柱外部均套设有PVC管，所述UHPC底板、所述UHPC顶板、各所述UHPC肋和各所述UHPC短柱之间构成的间隙内填充有保温材料。

优选地，各所述UHPC肋为纵向设置，各所述UHPC肋的长度为其跨径的1/8～1/4，高度均为9cm～14cm，宽度均为3cm～5cm，各相邻所述UHPC 肋之间横向间距为30cm～40cm。

优选地，还包括UHPC侧腹板，所述UHPC侧腹板分别纵向设置在所述超高性能混凝土带肋夹芯楼板的两侧，所述UHPC侧腹板的上端与所述 UHPC顶板固定连接，并与所述UHPC顶板的顶部齐平，所述UHPC侧腹板的下端与所述UHPC底板固定连接，并与所述UHPC底板的底部齐平。

优选地，所述UHPC侧腹板上设有多个用于穿插管线的开孔，所述UHPC 侧腹板的外侧设有内凹接缝。

本发明第二方面提供一种超高性能混凝土带肋夹芯楼板的制造方法，包括以下步骤：

S1、整体卧式预制UHPC底板，并预先布设绑扎好所述UHPC底板内的第一纵向钢筋及UHPC短柱内的竖向钢筋；

S2、待所述UHPC底板达到终凝后，先现浇UHPC肋，再在所述竖向钢筋外套PVC管，并在各所述PVC管和各所述UHPC肋之间填充保温材料，并在所述竖向钢筋上端布设绑扎UHPC顶板内的第二纵向钢筋，然后在所述 PVC管内和保温材料上部现浇UHPC形成UHPC短柱和UHPC顶板；

S3、在所述UHPC底板和UHPC顶板的同一侧现浇形成UHPC侧腹板，再在所述UHPC底板和UHPC顶板的另一侧现浇形成UHPC侧腹板，最后自然养护24小时后进行蒸汽养护，完成超高性能混凝土带肋夹芯楼板的预制施工。

优选地，所述步骤S3中，所述蒸汽养护为在80℃～100℃的蒸汽下养护24小时，或在70℃～80℃的蒸汽下养护48小时。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明的底板、顶板、肋和短柱均采用UHPC材料制成，充分利用UHPC高强度、高韧性和高耐久性的特点，形成一种超高性能混凝土带肋夹芯楼板结构，该结构可以充分发挥UHPC材料的高性能、减轻结构自重、降低施工难度、提高结构耐久性、减轻后期管养难度；

(2)本发明无需设置预应力钢筋，只需配置少量构造钢筋，避免了预应力施工等系列复杂工艺问题；

(3)本发明采用近似全透空的夹芯楼板结构，在UHPC底板和UHPC 顶板之间的夹芯层设有多个UHPC短柱和UHPC肋，使得夹芯楼板结构轻巧，可以在中间夹芯层自由预设或后期安设各类管线，方便装修。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图(局部剖视)；

图2是图1的俯视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是图2的B-B剖视图；

图5是本发明相邻两块超高性能混凝土带肋夹芯楼板接缝连接示意图。

附图标记说明

1UHPC底板 2UHPC短柱

3UHPC肋 4UHPC顶板

5第一纵向钢筋 6保温材料

7UHPC侧腹板 8竖向钢筋

9第二纵向钢筋 10开孔

11内凹接缝

具体实施方式

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词“纵向”是指所述超高性能混凝土带肋夹芯楼板的长度方向，“竖向”是指所述超高性能混凝土带肋夹芯楼板的高度方向，“横向”是指所述超高性能混凝土带肋夹芯楼板的宽度方向。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种超高性能混凝土带肋夹芯楼板，如图1至图4所示，包括UHPC底板1和UHPC顶板4，所述UHPC底板1和UHPC顶板4之间均布有多个UHPC短柱2和UHPC肋3，所述UHPC底板1内均布有第一纵向钢筋5，所述UHPC顶板4内均布有第二纵向钢筋9，各所述UHPC短柱2内均设有竖向钢筋8，所述竖向钢筋8的上端固定在所述第二纵向钢筋9 上，所述竖向钢筋8的下端固定在所述第一纵向钢筋5上。

本发明采用超高性能混凝土即UHPC材料制作带肋夹芯楼板，充分利用 UHPC高强度、高韧性和高耐久性的特点，形成一种超高性能混凝土带肋夹芯楼板结构，该结构可以充分发挥UHPC材料的高性能、减轻结构自重、降低施工难度、提高结构耐久性、减轻后期管养难度。其中，所述超高性能混凝土带肋夹芯楼板使用的超高性能混凝土材料均为弯曲抗拉强度20MPa以上、抗压强度120MPa以上的超高性能混凝土。

本发明所述超高性能混凝土带肋夹芯楼板的高度为其跨径的1/40，且不小于13cm。优选地，所述UHPC底板1的高度为2cm～4cm，所述UHPC 顶板4的高度为2cm～3cm；各所述UHPC短柱2的直径均为4cm～5cm，高度均为9cm～14cm，各相邻所述UHPC短柱2的中心间距为15cm～30cm；各所述UHPC肋3为纵向设置，各所述UHPC肋3的长度为其跨径的1/8～ 1/4，高度均为9cm～14cm，宽度均为3cm～5cm，各相邻所述UHPC肋3 之间横向间距为30cm～40cm。所述UHPC底板1、UHPC顶板4、UHPC短柱2和UHPC肋3的结构尺寸可根据楼板跨径进行设计，上述优选的尺寸设计可以充分发挥超高性能混凝土强度高、无粗骨料、易密实的技术优势，减轻超高性能混凝土楼板的自重。

按照上述优选的尺寸设计，超高性能混凝土带肋夹芯楼板由于采用超高性能混凝土作为结构材料，并设计了合理的连接构造，UHPC顶板4、UHPC 底板1的厚度可以大幅降低(UHPC顶板4、UHPC底板1的厚度远小于传统预制混凝土楼板的厚度)，同时超高性能混凝土带肋夹芯楼板无需设置预应力钢筋，只需配置少量构造钢筋，避免了预应力施工等系列复杂工艺问题，使得本发明的超高性能混凝土带肋夹芯楼板自重得到大幅度降低，方便吊装，又能满足超高性能混凝土楼板强度和刚度的受力要求。

本发明在所述UHPC底板1内均布有第一纵向钢筋5，所述UHPC顶板 4内均布有第二纵向钢筋9，均布的钢筋一方面可有效提高底板和顶板的抗弯拉能力，同时降低结构开裂风险，另一方面用于搭接承重柱和其它楼板，在和承重柱连接时，无须任何焊接操作，只需现浇UHPC材料即可。对于有特殊横向受力要求的可在UHPC底板1和UHPC顶板4内分别设置横向伸出钢筋。

本发明采用近似全透空的夹芯楼板结构，在所述UHPC底板1和UHPC 顶板4之间的夹芯层设有多个UHPC短柱2和UHPC肋3，使得夹芯楼板结构轻巧，可以在中间夹芯层自由预设或后期安设各类管线，方便装修。各所述UHPC短柱2内均设有用于抗剪的竖向钢筋8；所述UHPC肋3布置在受剪区，抗剪能力强，并可降低楼板中UHPC短柱2的密集程度，优化结构受力，降低楼板制造难度；同时，所述UHPC肋3上也可设开孔10，不影响管线的穿插。

其中，各所述UHPC短柱2外部均套设有PVC管，所述PVC管可以充当制造所述UHPC短柱2的模板，采用PVC管包裹的UHPC短柱2不仅可有效增强该结构的整体性，而且还能够充分发挥配筋UHPC短柱2的轴拉性能；所述UHPC底板1、所述UHPC顶板4、各所述UHPC肋3和各所述UHPC短柱2之间构成的间隙内填充有保温材料6，如轻质泡沫芯模等，不仅能减轻自重，而且使得本发明超高性能混凝土带肋夹芯楼板的隔热保温效果好，同时，对于各类管线的安装，可以在填充保温材料6时一并进行，或是在后期去除填充的保温材料6后，再进行各种管线的穿插。

本发明还包括UHPC侧腹板7，所述UHPC侧腹板7分别纵向设置在所述超高性能混凝土带肋夹芯楼板的两侧，所述UHPC侧腹板7的上端与所述 UHPC顶板4固定连接，并与所述UHPC顶板4的顶部齐平，所述UHPC侧腹板7的下端与所述UHPC底板1固定连接，并与所述UHPC底板1的底部齐平。

其中，所述UHPC侧腹板7上设有多个用于穿插管线的开孔10，方便进行各种管线的穿插；所述UHPC侧腹板7的外侧设有内凹接缝11，方便多板吊装就位后现浇UHPC进行横向连接，如图5所示，相邻两带肋夹芯楼板之间连接方法为，对超高性能混凝土带肋夹芯楼板进行现场吊装，使得相邻两带肋夹芯楼板的UHPC侧腹板7相接触，吊装就位后，采用UHPC材料对两相邻带肋夹芯楼板的内凹接缝11之间进行现浇施工，从而将所述超高性能混凝土带肋夹芯楼板沿纵向、竖向依次拼接形成整体楼板层。

本发明还提供一种超高性能混凝土带肋夹芯楼板的制造方法，包括以下步骤：

S1、整体卧式预制UHPC底板1，并预先布设绑扎好所述UHPC底板1 内的第一纵向钢筋5及UHPC短柱2内的竖向钢筋8；

S2、待所述UHPC底板1达到终凝后，先现浇UHPC肋3，再在所述竖向钢筋8外套PVC管，并在各所述PVC管和各所述UHPC肋3之间填充保温材料6，并在所述竖向钢筋8上端布设绑扎UHPC顶板4内的第二纵向钢筋9，然后在所述PVC管内和保温材料6上部现浇UHPC形成UHPC短柱2 和UHPC顶板4；

S3、在所述UHPC底板1和UHPC顶板4的同一侧现浇形成UHPC侧腹板7，再在所述UHPC底板1和UHPC顶板4的另一侧现浇形成UHPC侧腹板7，最后自然养护24小时后进行蒸汽养护，完成超高性能混凝土带肋夹芯楼板的预制施工。

本发明的UHPC底板1、UHPC短柱2、UHPC肋3、UHPC顶板4分三次浇筑而成，UHPC底板1先卧式预制，卧式预制模板简单、费用低，所述 UHPC底板1和UHPC顶板4上无需设置用于适应混凝土楼板热胀冷缩的预留缝。本发明超高性能混凝土带肋夹芯楼板可采用现有预制混凝土梁的施工设备和施工工艺，除蒸汽养护外无需增加新的设备投入，也无需对施工人员进行全新的技能培训，施工组织相对简便快捷，制造周期短。

优选地，所述步骤S3中，所述蒸汽养护为在80℃～100℃的蒸汽下养护24小时，或在70℃～80℃的蒸汽下养护48小时。超高性能混凝土在蒸汽养护的条件下，其收缩影响几乎可以忽略。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种超高性能混凝土带肋夹芯楼板，其特征在于，包括UHPC底板(1)和UHPC顶板(4)，所述UHPC底板(1)和UHPC顶板(4)之间均布有多个UHPC短柱(2)和UHPC肋(3)，所述UHPC底板(1)内均布有第一纵向钢筋(5)，所述UHPC顶板(4)内均布有第二纵向钢筋(9)，各所述UHPC短柱(2)内均设有竖向钢筋(8)，所述竖向钢筋(8)的上端固定在所述第二纵向钢筋(9)上，所述竖向钢筋(8)的下端固定在所述第一纵向钢筋(5)上。

2.根据权利要求1所述的超高性能混凝土带肋夹芯楼板，其特征在于，所述超高性能混凝土带肋夹芯楼板的高度为其跨径的1/40，且不小于13cm。

3.根据权利要求1所述的超高性能混凝土带肋夹芯楼板，其特征在于，所述UHPC底板(1)的高度为2cm～4cm，所述UHPC顶板(4)的高度为2cm～3cm。

4.根据权利要求1所述的超高性能混凝土带肋夹芯楼板，其特征在于，各所述UHPC短柱(2)的直径均为4cm～5cm，高度均为9cm～14cm，各相邻所述UHPC短柱(2)的中心间距为15cm～30cm。

5.根据权利要求1所述的超高性能混凝土带肋夹芯楼板，其特征在于，各所述UHPC短柱(2)外部均套设有PVC管，所述UHPC底板(1)、所述UHPC顶板(4)、各所述UHPC肋(3)和各所述UHPC短柱(2)之间构成的间隙内填充有保温材料(6)。

6.根据权利要求1所述的超高性能混凝土带肋夹芯楼板，其特征在于，各所述UHPC肋(3)为纵向设置，各所述UHPC肋(3)的长度为其跨径的1/8～1/4，高度均为9cm～14cm，宽度均为3cm～5cm，各相邻所述UHPC肋(3)之间横向间距为30cm～40cm。

7.根据权利要求1所述的超高性能混凝土带肋夹芯楼板，其特征在于，还包括UHPC侧腹板(7)，所述UHPC侧腹板(7)分别纵向设置在所述超高性能混凝土带肋夹芯楼板的两侧，所述UHPC侧腹板(7)的上端与所述UHPC顶板(4)固定连接，并与所述UHPC顶板(4)的顶部齐平，所述UHPC侧腹板(7)的下端与所述UHPC底板(1)固定连接，并与所述UHPC底板(1)的底部齐平。

8.根据权利要求7所述的超高性能混凝土带肋夹芯楼板，其特征在于，所述UHPC侧腹板(7)上设有多个用于穿插管线的开孔(10)，所述UHPC侧腹板(7)的外侧设有内凹接缝(11)。

9.一种超高性能混凝土带肋夹芯楼板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、整体卧式预制UHPC底板(1)，并预先布设绑扎好所述UHPC底板(1)内的第一纵向钢筋(5)及UHPC短柱(2)内的竖向钢筋(8)；

S2、待所述UHPC底板(1)达到终凝后，先现浇UHPC肋(3)，再在所述竖向钢筋(8)外套PVC管，并在各所述PVC管和各所述UHPC肋(3)之间填充保温材料(6)，并在所述竖向钢筋(8)上端布设绑扎UHPC顶板(4)内的第二纵向钢筋(9)，然后在所述PVC管内和保温材料(6)上部现浇UHPC形成UHPC短柱(2)和UHPC顶板(4)；

S3、在所述UHPC底板(1)和UHPC顶板(4)的同一侧现浇形成UHPC侧腹板(7)，再在所述UHPC底板(1)和UHPC顶板(4)的另一侧现浇形成UHPC侧腹板(7)，最后自然养护24小时后进行蒸汽养护，完成超高性能混凝土带肋夹芯楼板的预制施工。

10.根据权利要求9所述的超高性能混凝土带肋夹芯楼板的制造方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述蒸汽养护为在80℃～100℃的蒸汽下养护24小时，或在70℃～80℃的蒸汽下养护48小时。