CN101137807B - 用于增强建筑物结构的方法以及由此获得的涂层 - Google Patents

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Abstract

一种用于增强建筑物结构的方法，其允许通过以下步骤获得增强涂层：将复合材料的耐久薄膜(2)锚固到待增强的建筑物结构(s)，并且以这样一种方式在耐久薄膜(2)上叠加至少部分与耐久薄膜(2)分开的弹性薄膜(8)，即使得弹性薄膜(8)可以变形并且相对于耐久薄膜(2)切向地滑动。

Description

用于增强建筑物结构的方法以及由此获得的涂层
技术领域
本发明涉及一种用于增强建筑物结构的方法以及由此获得的涂层。术语“建筑物结构”一般理解为不仅包括城市建筑物，而且包括工业建筑物，基础设施，例如桥梁，高架桥和隧道，建筑物的结构件，历史艺术和纪念物资产等。
特别地，本发明应用于具有结构缺陷的建筑物资产的结构增强领域中，所述结构缺陷是由于时间引起的腐化或其他原因，例如负荷增加或意外事件，例如地震或例如由气体泄漏导致的爆炸。
背景技术
英语缩写为FRP(纤维增强聚合物)的复合材料公知地用于工程学和建筑学中的结构增强，应用于城市和工业建筑物和基础设施，例如桥梁，高架桥和廊道。在专利No.IT1298946中给出了该申请的例子，所述专利公开了一种加固方法，该加固方法包括将单层复合物质应用到待增强的结构部件上。复合材料通过沉积树脂层获得，所述树脂层粘附到结构部件并且其上布置有单向或干且预浸渍的多轴向织物，例如碳纤维，玻璃纤维或芳族聚酰胺纤维。最后，在浸渍织物上应用了附加树脂，以完成织物的浸渍和保证其最终胶粘。
尽管以上简述的已知方法即使在部分结构倒塌之后也允许静态地增强建筑物，但是它们不能执行预防措施。换句话说，在意外事件，例如爆炸或地震发生期间或刚发生之后，这样的方法不能保证能量的吸收并且包含结构的部分的分离。所有树脂层整体连接到增强结构的坚固结构，在那里纤维具有高的最大抗拉强度但是具有大约为1-3％的适度延伸值。所以，强度可以断裂纤维的冲击破坏事件，例如由于地震冲击引起的冲击破坏事件，导致纤维和通过浸渍锚固到它们的树脂同时撕裂，因而导致与受到干涉的结构的连接断裂。
发明内容
本发明的目标是解决在现有技术中注意到的问题，提出一种用于增强建筑物结构的方法和涂层，其能够克服前述缺陷。
特别地，本发明的目标是提出一种用于获得涂层以增强建筑物结构的方法，该方法也应用于未受损结构，防止由于破坏性冲击事件而使建筑物的部件分离和建筑物自身倒塌，因而起到预防功能。
本发明的另一目标是提出一种用于增强建筑物结构的方法，该方法允许使围绕建筑物获得的涂层的结构符合在所有情况下遇到的特殊要求。
本发明的一个目标是也提出一种用于增强建筑物结构的方法，类似于已知的方法，该方法在由于时间引起的腐化和负荷增加或意外事件导致部分倒塌之后也使建筑物安全以及修复它们。
将从以下描述变得更清楚的这些目的以及其他目标由本发明的用于增强建筑物结构的方法和由所述方法获得的涂层来基本上实现。
附图说明
进一步的特征和优点将从根据本发明的用于增强建筑物结构的方法和相关涂层的优选但非排它性实施例的具体描述中变得更显而易见。将在下面参考仅仅作为非限定性表示提供的附图进行所述描述，其中：
-图1显示了应用于待增强的结构上的根据本发明的涂层的平面图，其中一些部分被去除以更好地突出其他部分；和
-图2显示了图1的涂层和结构的横截面图。
具体实施方式
参考附图，附图标记1总体上指示根据本发明的用于增强建筑物结构的涂层。涂层1例如可以应用于建筑物的周围和/或内墙的外面和/或内面上，或应用于内部，天花板上，隔墙上，环绕以包裹柱，梁，或它们的一些部分，或者通常应用于结构部件。所述结构可以由任何材料制造，例如钢筋混凝土，预压钢筋混凝土、砖石(石头，砖块，石灰质，混合或其他材料)，木材，钢(嵌入砖石中或带有水泥板)或拉挤复合材料。在图2中，建筑物结构“s”作为例子由带有根据本发明的涂层1的剖面墙代表，所述涂层应用于其每个面“f”上。
当在所述结构和基体上执行实验分析以确定待用于锚固增强涂层的相容材料之后，以及当在外力的施加下用实验和/或数字模型检验所述结构或其一些部分的性能之后，必须设计局部或总体增强系统以及确定所需的增强结构。因而，本发明方法的第一步骤包括将复合材料制造的耐久薄膜2锚固到建筑物结构“s”。
如果执行所述第一步骤在面“f”上应用由前述相容材料构成的锚固层3，所述相容材料优选地是双组分环氧树脂，水泥砂浆，普通砂浆，聚氨脂或聚脲。最合适材料的选择由与基体的相容性和由熟化时间决定，所述熟化时间受基体和环境的条件和温度影响。这样的时间范围必须优选地在12到48小时之间，以便允许随后的应用和用必要的精度和技能将耐久结构4部分埋入到锚固层3中。为此，如果使用聚氨脂或聚脲，它们将优选是触变的并且具有熟化延迟。而且，如果选定材料允许，锚固层3通过喷涂被应用。喷涂递送允许加速操作，并且以这样一种方式在受控压力和温度下保存材料，使得防止它在太短或太长时间间隔内和在不符合应用要求的任何情况下熟化。
作为例子在图1中被显示成带有交叉带的耐久结构4包括耐久材料的细丝，例如优选布置成网格或限定织物的碳纤维，钢，芳族聚酰胺或玻璃。细丝的截面，它们的结构，织法和取向针对每个特殊应用基于计算模型和根据它们必须耐受的负荷和应力的大小和它们必须允许的变形进行选择，以便在工作时吸收和消散部分能量。
为了完成如附图中所示的耐久薄膜2，封闭层5最后应用到耐久结构4上，这完成耐久结构4的浸渍和用于完成其锚固的目的。
封闭层5通过喷涂弹性材料例如快速熟化聚脲或聚氨酯被应用，其具有的特性是可快速应用而不受环境限制，并且在三、五秒内熟化。
有利地，耐久薄膜2锚固到建筑物结构“s”借助于多个杆6完成，每个杆连接到耐久薄膜2自身并且插入到在建筑物结构“s”中钻出的各自锚固孔7中(图2，在左边的杆6)。本身已知的杆6属于这样一种类型，其是部分刚性的并且部分浸有形成耐久薄膜2的材料之一。特别地，如果建筑物结构“s”由带有砖石涂层的钢筋混凝土或钢制成，孔7分别在由钢筋混凝土或钢制造的框架上钻出。如果建筑物结构“s”由承重砖石制成，孔7在正交墙榫和定向设备上被制成。
每个杆6由丝线卷形成，所述丝线卷优选地由玻璃、芳族聚酰胺或碳构成，它们长度的大约三分之二埋入到环氧树脂中。浸渍和刚性部分被插入到孔7中并且借助于相同树脂锚固到所述结构，而自由丝线6a留在外部，以便浸渍和锚固到形成耐久薄膜2的层之一中。为此，待浸渍的突出部分6a必须是自由的并且很好地分布(例如在平面图中观察为360°花朵形)，如图1中所示。
根据本发明的方法，通过一个步骤完成所述涂层，该步骤以这样一种方式将弹性薄膜8叠加到耐久薄膜2上，使得弹性薄膜8至少部分地从耐久薄膜2分开并且能够变形和在例如由于地震应力使建筑物结构“s”受到变形的作用下相对于耐久薄膜2自身切向地滑动。
通过沉积，优选通过喷涂弹性材料例如聚脲或聚氨酯的单层9获得附图中所示的弹性薄膜8。
为了允许耐久薄膜2和弹性薄膜8之间的相互滑动，弹性薄膜8仅仅在多个离散点10联接到耐久薄膜2。通过在应用弹性薄膜8之前在耐久薄膜2中钻出多个孔11和用所述弹性薄膜8的弹性层9的材料填充孔11执行所述联接。该类型的联接由于填充孔11的材料的弹性而允许小的相对滑动并且一旦建筑物结构的变形导致所述点状连接断裂就允许更大的运动。
而且，优选地，临时支撑的拆除化合物12被应用在耐久薄膜2和弹性薄膜8之间，以便一个相对于另一个切向滑动，从而注意保护孔11以防止它们充满所述材料。在图2中，为了清楚起见临时支撑的拆除化合物12的厚度被故意放大。
孔11的深度、它们的直径和每平米它们的数量以及拆除化合物12的类型将基于得到的粘附特性被选择。作为例子，孔11可以具有范围在5mm到2或3cm之间的直径，范围在2到5mm之间的深度和例如每平米4到100的数值密度。也优选地通过喷涂被应用的临时支撑的拆除化合物12可以是表面活性硅树脂、丙烯酸树脂、聚乙烯基丁醛(polyvinyl butyrate)或隐形粘合剂(invisible adhesive)或其他合适的材料。优选地，根据未在此显示的方案，通过以受控方式用如上所述用于耐久薄膜2和单一弹性层9之间连接的临时支撑的拆除化合物和孔叠加地应用彼此连接的多个弹性层获得弹性薄膜8。相对于耐久薄膜2，弹性薄膜8的层未用耐久结构增强，而是优选地由厚度范围在2到6mm之间且带有很高极限延伸率(从100％到500％)的聚脲或聚氨酯构成。而且优选地，每个外弹性层具有比相邻的内弹性层更大的极限延伸率。
有利地，弹性薄膜8锚固到建筑物结构“s”借助于上述类型的用于锚固耐久薄膜2的多个杆6完成。每个杆6被连接到弹性薄膜8并且插入到同时在建筑物结构“s”和耐久薄膜2中钻出的各自锚固孔7中。自由丝线6b留在孔7的外部，并且浸有形成弹性薄膜8的层之一的材料(图2，右边的杆6)。可以通过完成仅仅在图1中所示的石膏、底漆或涂料的盖层13完成所述涂层。
在附图中所示和前文所述的实施例中，耐久薄膜2由单一耐久层组成，所述耐久层包括锚固层3、封闭层5和耐久薄膜4。
在未在此显示的实施例变型中，耐久薄膜2由多个耐久层形成，所述耐久层根据工作时的应力和特定设计要求制造。
在该情况下，封闭层5与上述的锚固层3和耐久结构4一起限定与建筑物结构“s”相连的主耐久层。一个或多个辅助耐久层叠加到所述主耐久层，并且与所述主耐久层一起总体构成耐久薄膜2。耐久层也以受控方式用如上所述用于耐久薄膜2和所示单一弹性层9之间连接的临时支撑的拆除化合物和孔彼此连接，以便于相互切向滑动。
所述孔以这样一种方式充满相邻上辅助耐久层的固定层的材料，即使得限定多个离散连接点。
基于涂层的总体特性，耐久层的耐久性和弹性可以相同或不同。优选地，每个外耐久层将比相邻的内层弹性更大。
特别地，第一辅助耐久层铺在主耐久层上包括钻出足够深度的孔以克服主耐久层和到达建筑物结构“s”的面“f”的步骤。孔的尺寸和数量具有上面参考附图中所示的实施例指定的数值。
也提供了使用与用于主层的杆和孔相同的系统将辅助耐久层锚固到建筑物结构“s”。在该情况下用于锚固辅助耐久层的杆也横穿主耐久层。随后，临时支撑的拆除化合物也应用到主耐久层上，从而注意保护孔以防止它们充满该材料。所述化合物所选择的程序和材料优选地与如附图中所示应用在单一弹性层9和单一主耐久层2之间的上述化合物相同。
在这一点上，穿过主体层的孔的固定层被沉积以获得多个离散连接点，并且它浸渍留在建筑物结构“s”中钻出的各个孔外部的每个杆的织物或细丝的自由部分。固定层由优选触变并且具有熟化延迟的聚氨酯或聚脲制造，它有利地通过喷涂被应用并且它具有2到6mm之间的厚度。
耐久结构至少部分埋入固定层中，并且最后施加封闭层。
耐久结构包括耐久材料的细丝，例如碳纤维、钢、芳族聚酰胺或玻璃，优选布置成网格图案或限定织物。细丝的截面、它们的结构、织法和取向针对每个特殊应用基于它们必须耐受的负荷的大小和它们必须允许的变形进行选择，以便在工作时吸收部分能量。
封闭层是优选属于快速熟化类型的聚氨酯或聚脲，它有利地通过喷涂被应用，它的厚度范围在2到6mm之间。
固定层、封闭层和耐久结构形成叠加到主耐久层的辅助耐久层。主耐久层和辅助耐久层一起限定耐久薄膜2。
优选地，辅助耐久层的耐久结构所采用的细丝的材料和/或结构为所述层提供比主耐久层更高水平的弹性。
因此，获得的涂层由锚固到建筑物结构并且能够抵抗诸如地震或爆炸事件这样的活动的一个或多个部分(耐久薄膜)和由具有相当大弹性的一个或多个部分(弹性薄膜)构成。弹性部分以受控方式借助于孔和临时支撑的拆除化合物彼此固定和固定到耐久部分，并且通过杆6直接固定到待增强的结构。
本发明实现了重要优点。
首先本发明的方法允许获得一种能够防止由于结构的倒塌产生灾难影响的涂层。本发明的涂层可以通过分配在不同耐久和弹性层之间的能量的吸收承受破坏性冲击事件，并且也完全防止待增强的结构部分的倒塌/分离。耐久结构逐渐吸收至少部分初始冲击。如果事件的强度使得导致所有耐久层断裂，则弹性薄膜在所有情况下能够吸收还未消散的能量，使各种弹性层接连干预，以便逐渐消散能量和牵涉整体静止的起到遏制功能的第n层。
而且，获得的涂层的组合性允许其耐久性和弹性适应每个特定情况。
所述方法也允许在例如由于地震引起的部分结构倒塌之后修复建筑物，或者在需要时，例如由于建筑物的用途改变而使负荷改变时增强它们。最后，本发明的方法允许特别通过在压力下应用喷涂在短时间内在大表面上制造涂层。

Claims (31)

1.一种用于增强建筑物结构的方法，其包括将复合材料的耐久薄膜(2)锚固到待增强的建筑物结构(s)的步骤；其特征在于，该方法进一步包括以下步骤：将至少部分与所述耐久薄膜(2)分开的弹性薄膜(8)叠加到所述耐久薄膜(2)，使得所述弹性薄膜(8)能够变形以及相对于耐久薄膜(2)切向地滑动。
2.如权利要求1所述的方法，其中弹性薄膜(8)在多个离散点(10)处连接到耐久薄膜(2)。
3.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括以下步骤：在耐久薄膜(2)和弹性薄膜(8)之间施加临时支撑的拆除化合物(12)以便于耐久薄膜(2)和弹性薄膜(8)中的一个相对于另一个的切向滑动。
4.如权利要求1所述的方法，其中将耐久薄膜(2)锚固到建筑物结构(s)的步骤包括以下步骤：将锚固层(3)施加到建筑物结构(s)，将耐久结构(4)至少部分地埋入锚固层(3)中，将封闭层(5)施加到耐久结构(4)上，以便限定直接连接到所述建筑物结构(s)的耐久层。
5.如权利要求4所述的方法，其中将耐久薄膜(2)锚固到建筑物结构(s)的步骤进一步包括以下步骤：将固定层施加到耐久层上，将耐久结构至少部分地埋入到固定层中，将封闭层施加到耐久结构上，以限定叠加到主耐久层的辅助耐久层，并且与所述主耐久层一起限定所述耐久薄膜(2)。
6.如权利要求5所述的方法，进一步包括以下步骤：在主耐久层和辅助耐久层之间施加临时支撑的拆除化合物，以便于所述主耐久层和所述辅助耐久层之间的切向滑动。
7.如权利要求5所述的方法，包括以下步骤：叠加地施加多个辅助耐久层，所述辅助耐久层与所述主耐久层一起限定所述耐久薄膜(2)。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括以下步骤：在每个辅助耐久层和下一个辅助耐久层之间施加临时支撑的拆除化合物以便于相互切向滑动。
9.如权利要求1所述的方法，其中将弹性薄膜(8)锚固到待增强的建筑物结构(s)的步骤包括以下步骤：在建筑物结构(s)和耐久薄膜(2)中钻出多个孔(7)，将各个杆(6)插入到每个所述孔(7)中，并且将所述杆(6)连接到弹性薄膜(8)。
10.如权利要求5所述的方法，其中将耐久薄膜(2)锚固到待增强的建筑物结构(s)的步骤进一步包括以下步骤：在施加辅助耐久层之前在主耐久层中钻出多个孔，并且用所述辅助耐久层的固定层的材料填充所述孔，从而限定多个离散连接点。
11.如权利要求7所述的方法，其中将耐久薄膜(2)锚固到建筑物结构(s)的步骤进一步包括以下步骤：在施加相邻的上部辅助耐久层之前在该上部辅助耐久层中钻出多个孔，并且用所述相邻的上部辅助耐久层的固定层的材料填充所述孔，从而限定多个离散连接点。
12.如权利要求1所述的方法，其中将弹性薄膜(8)叠加到耐久薄膜(2)上的步骤包括将弹性材料的至少一个层(9)施加到所述耐久薄膜(2)上。
13.如权利要求12所述的方法，其中将弹性薄膜(8)叠加到耐久薄膜(2)上的步骤包括以下步骤：在施加弹性薄膜(8)之前在耐久薄膜(2)中钻出多个孔(11)，并且用所述弹性薄膜(8)的弹性层(9)的材料填充所述孔(11)，从而限定多个离散连接点(10)。
14.如权利要求12所述的方法，包括以下步骤：叠加地施加多个弹性层，所述弹性层限定弹性薄膜(8)。
15.如权利要求4所述的方法，其中通过喷涂施加所述锚固层(3)。
16.如权利要求5所述的方法，其中通过喷涂施加所述固定层。
17.如权利要求4或5所述的方法，其中通过喷涂施加所述封闭层(5)。
18.如权利要求12所述的方法，其中通过喷涂施加弹性材料的所述至少一个层(9)。
19.一种用于增强建筑物结构的涂层，其根据权利要求1-18中的任一项权利要求得到。
20.如从属于权利要求4时的权利要求19所述的涂层，其中锚固层(3)选自以下任一种材料：环氧树脂，水泥砂浆，聚氨脂，聚脲。
21.如从属于权利要求5时的权利要求19所述的涂层，其中固定层为聚氨脂或聚脲。
22.如权利要求20或21所述的涂层，其中所述聚氨脂和聚脲是触变型的并且具有熟化延迟。
23.如从属于权利要求4或5时的权利要求19所述的涂层，其中封闭层(5)为聚氨脂或聚脲。
24.如权利要求23所述的涂层，其中所述聚氨脂或聚脲为快速熟化型的。
25.如从属于权利要求4或5时的权利要求19所述的涂层，其中耐久结构(4)包括耐久材料的细丝，所述耐久材料选自以下任一种材料：碳纤维，钢，芳族聚酰胺，玻璃。
26.如从属于权利要求4或5时的权利要求19所述的涂层，其中耐久结构(4)为网格或织物。
27.如从属于权利要求3、6或8时的权利要求19所述的涂层，其中临时支撑的拆除化合物(12)选自以下任一种材料：表面活性硅树脂，丙烯酸树脂，聚乙烯基丁醛，隐形粘合剂。
28.如从属于权利要求12时的权利要求19所述的涂层，其中弹性材料为聚氨酯或聚脲。
29.如从属于权利要求9时的权利要求19所述的涂层，其中杆(6)属于这样一个类型，即其是部分刚性的并且部分浸有弹性薄膜(2)的材料。
30.如从属于权利要求4时的权利要求19所述的涂层，其中锚固层(3)的材料为普通砂浆。
31.一种建筑物结构，其包括如权利要求19-30中的任一项权利要求所述的涂层。
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