一种高韧性、低成本环保组合梁及其施工方法
技术领域
本发明具体涉及高韧性、低成本环保组合梁及其施工方法，属于建筑工程及桥梁工程技术领域。
背景技术
梁作为构成建筑工程或桥梁工程中的主要构件之一，可以有效增强结构的整体性，而且梁可以有效地将板所受载荷传递给柱，所以梁在整个结构中占据核心地位。梁属于典型的受弯构件，因此，如何有效提高梁的抗弯性能，对其选材和施工流程上的要求颇高。
如今，随着全球工业化的快速发展，关于垃圾废物管理对环境影响的问题已受到了广泛关注。玻璃作为全球用途最广泛的材料之一，尽管理论上可以被完全回收，但仍有在满足玻璃再制造质量标准方面的限制。目前，对固废玻璃的处理方法大多采用直接丢弃或填埋。填埋废弃玻璃的处置费十分昂贵，不仅会占用大量的土地使用面积，还会造成严重的环境污染。
现有技术中，梁构件进行选材及施工时，大多采用普通混凝土作为梁的保护层，采用木制模板使新浇筑混凝土成形，木模板重复利用率低，损耗大，不利于资源节约。模板的施工主要包括制作、安装、拆除，在施工过程中，对模板的尺寸、平整度以及加固程度具有较高的要求，因此会造成施工过程繁琐，耽误工期。
水泥是混凝土中最重要的组成成分，水泥的生产会耗能大量的资源，而且会排放大量的二氧化碳，在全球范围内，约占全球温室气体排放量的7％。会加剧温室效应。自垃圾处理以来，废物管理已变得至关重要。将废玻璃用作部分水泥替代材料可以潜在地节省自然资源并减少水泥材料生产过程中的能源消耗和成本。
发明内容
本发明针对上述背景技术中提出的固废玻璃处理不当、回收率极低，以及水泥生产过程中会消耗大量的标准煤、石灰石和黏土等不可再生能源，而且还会向环境中释放大量二氧化碳，加剧温室效应的问题，提供一种高韧性、低成本环保组合梁及其施工方法，通过利用SWGP-PVA-ECC(Solid waste ceramic powder-polyvinyl acetate-engineeredcementitions composite)材料替代原有的普通土混凝土保护层及木模板，从而提高梁的整体性能及施工进度，合理利用固废玻璃，减小模板及水泥的使用量。
本发明提出一种高韧性、低成本环保组合梁，包括保护层薄板和钢筋混凝土层，所述保护层薄板为U型槽薄板，槽内浇筑有钢筋混凝土层；所述保护层薄板为固废玻璃粉/聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料，其配比为水泥252.8kg/m3，粉煤灰758.4kg/m3，固废玻璃粉252.8kg/m3，石英砂455kg/m3，水303kg/m3，聚乙烯醇纤维26kg/m3，减水剂为胶凝材料掺量的1.3％，消泡剂为胶凝材料掺量的0.3％，增稠剂为胶凝材料掺量的0.08％。所述胶凝材料为水泥、粉煤灰、固废玻璃粉、石英砂、水和聚乙烯醇纤维形成的凝胶状的混合物。
优选地，所述固废玻璃粉为300目。
优选地，所述固废玻璃粉由固体废弃玻璃加工而成。
优选地，所述聚乙烯醇纤维为K-Ⅱ型可乐纶。
优选地，所述减水剂为改性聚羧酸盐类。
优选地，所述增稠剂为羟丙甲基纤维素。
所述的高韧性、低成本环保组合梁的施工方法，具体包括以下步骤：
(1)按组合梁的实际设计要求，预制保护层薄板；
(2)将所述保护层薄板安装在固定位置；
(3)在所述保护层薄板内部进行钢筋铺设和绑扎，或者将预制好的钢筋笼子直接放进保护层薄板内部；
(4)在所述钢筋笼子上、保护层薄板U型槽内浇筑混凝土材料，形成钢筋混凝土层，混凝土等级按实际工程需求确定。
本发明所述的高韧性、低成本环保组合梁的有益效果为：
1、本发明采用环保材料SWGP-PVA-ECC将梁三侧保护层设置成一U型槽，具有一体特性，较现有的施工方法相比，施工过程更简单，效果更好，不会出现胀模现象以及不平整现象。
2、本发明采用SWGP-PVA-ECC材料具有良好的抗弯性能，属于超高韧性材料，在受弯过程中可以表现出较好的变形硬化特性。
3、本发明通过SWGP-PVA-ECC保护层为新型环保材料，满足可持续发展要求，而且成本低。固废陶瓷回收成本低，甚至无需支付回收产生的运输费，较水泥的生产过程简单清洁。而且玻璃粉组成成分中含有大量的活性SiO2，该成分会与水泥水化产生的Ca(OH)2进行二次水化反应，使材料内部Ca(OH)2浓度降低，从而加快C3S继续水化，这些水化产物会在材料内部交叉连接，提高材料变形性能；而且与水泥颗粒相比，这些SWGP颗粒具有更小的粒径和更光滑的质地，不仅可以填充材料内部的有害孔，还会增强胶凝材料内部颗粒间的滑移，增加材料的流动性，从而改善材料性能
4、本发明通过SWGP-PVA-ECC保护层来代替现有的普通混凝土保护层，可有效增强梁的抗剪、抗弯承载力以及抗渗性能，可降低混凝土内部的钢筋的腐蚀程度，从而减少梁的维护、维修次数，延长其使用寿命。而且SWGP成本低，主要由废弃的玻璃经回收加工而成，属于环保材料。
5、本发明的SWGP-PVA-ECC作为梁的保护层，可大大降低模板的使用量，而且使施工工艺更加简单，可提高施工效率。因此，本发明不仅可以带来经济，还会带来社会效益。
6、本发明的施工方法不仅可以降低模板的使用量，而且能提高梁的使用寿命，具有良好的发展前景以及较广泛的适用范围。
附图说明
图1为本发明所述的高韧性、低成本环保组合梁的结构示意图；
附图标记：1-保护层薄板；2-钢筋混凝土层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的高韧性、低成本环保组合梁，包括保护层薄板1和钢筋混凝土层2，所述保护层薄板1为U型槽薄板，槽内浇筑有钢筋混凝土层2；所述保护层薄板1为固废玻璃粉/聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料，其配比为水泥252.8kg/m3(P.O 42.5)，粉煤灰758.4kg/m3(一级)，玻璃粉252.8kg/m3(300目)，石英砂455kg/m3，水303kg/m3，纤维26kg/m3(K-Ⅱ型可乐纶)，减水剂(改性聚羧酸盐类)为胶凝材料掺量的1.3％，消泡剂为胶凝材料掺量的0.3％，增稠剂(羟丙甲基纤维素)为胶凝材料掺量的0.08％。所述胶凝材料为水泥、粉煤灰、固废玻璃粉、石英砂、水和聚乙烯醇纤维形成的凝胶状的混合物。
所述SWGP-PVA-ECC保护层薄板1为新型环保材料，满足可持续发展要求，而且成本低。所述SWGP为由废弃玻璃加工而成。SWGP为固废玻璃粉，首先将废弃的玻璃进行回收，然后加工成300目的玻璃粉，按一定比例掺入PVA-ECC中，替代部分水泥。按实际保护层厚度预制成型，将预制好的槽形保护层薄板安装固定在设定位置。SWGP-PVA-ECC材料的引用，不仅可以实现垃圾回收利用，还可以增强梁的整体弯曲韧性，同时减少施工工序和模板的使用量。需要说明的是，本实施例中的废弃玻璃可来源于瓶子，罐子，窗户和挡风玻璃，灯泡，阴极射线管等。
所述PVA-ECC材料为一种聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料，较普通混凝土更环保，且具有较高的抗拉性能，PVA纤维掺入水泥基材料后可以有效抑制裂缝的产生与开展。紧密的裂缝在一定程度上会提高材料的抗渗性能，可以有效降低梁内部钢筋的锈蚀程度，从而提高梁的使用寿命。
所述SWGP-PVA-ECC保护层材料可替代原有的普通混凝土材料，可提高梁的抗剪、抗弯强度，大大降低模板使用量，而且可提高施工进度。
所述钢筋混凝土层2按照工程实际设计要求可直接浇筑在槽形保护层薄板1凹槽内部。
所述的高韧性、低成本环保组合梁主要用作承受压弯的简支梁，因此设计成槽型且一体的结构，直接混凝土灌注，具有一体特性，较现有的施工方法相比，施工过程更简单，效果更好，不会出现胀模现象，以及梁表面出现不平整现象。
所述的高韧性、低成本环保组合梁的施工方法，具体包括以下步骤：
(1)按梁的实际设计要求，预制保护层薄板1；
(2)将所述保护层薄板1安装在固定位置；
(3)在所述保护层薄板1内部进行钢筋铺设和绑扎，或者将预制好的钢筋笼子直接放进保护层薄板1内部；
(4)在所述钢筋笼子上、保护层薄板U型槽内浇筑混凝土材料，形成钢筋混凝土层2，混凝土等级按实际工程需求确定。
上述施工方法工艺简单，施工效率高，成型效果好，材料环保性能好，成本低，使用价值高，弯曲韧性高，使用寿命长，可顺应可持续发展时代要求。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
