CN101876208A - 修复水泥混凝土构件表面缺陷的方法与铣刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修复水泥混凝土构件表面缺陷的方法与铣刀，用于修复水泥混凝土墙、墩、梁、板等建筑构件表面缺陷。对于建筑构件表面出现的裂纹、局部破损、蜂窝麻面等缺陷，以本发明方法及专用铣刀，首先去除缺陷形成修复槽，再重新浇筑混凝土予以修复。本发明方法及铣刀能将构件表面加工成平面、弧面、凹槽等几何形状，尤其是把修复槽的边界面加工成规则、平顺、粗糙和圆弧拐角，不但有利于构件受力和新旧混凝土结合，而且提高了外观质量，解决了水泥混凝土构件表面不易修复的难题。

Description

修复水泥混凝土构件表面缺陷的方法与铣刀

技术领域

本发明涉及水泥混凝土建筑构件表面缺陷的修复方法与专用铣刀，具体的说是修复水泥混凝土构件表面缺陷的方法与铣刀。

背景技术

目前，水泥混凝土墙、墩、梁、板等建筑构件表面一旦出现裂纹、局部破损、蜂窝麻面、节段错台等缺陷，通常采用水泥浆或沥青胶灌缝、涂抹水泥砂浆、人工修凿等方法进行修补，往往只能达到短期修补的效果，而且影响了外观质量。所以，工程上对水泥混凝土构件表面的缺陷，称为难以修复的“通病”。

发明内容

本发明的目的是提供一种修复水泥混凝土构件表面缺陷的方法与铣刀，在不破坏工程结构的前提下，采用该专用的铣刀，铣削掉构件表面缺陷部位的混凝土，加工成修复槽后，再重新浇筑水泥混凝土予以修复。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明修复水泥混凝土构件表面缺陷的方法的特点是按如下工序进行：

步骤一、在水泥混凝土构件的表面缺陷位置处，画出规则几何形状的修复范围；

步骤二、选用水泥混凝土铣削机或手提电钻按如下方法施工：

采用水泥混凝土铣削机的施工：

a、对于构件的顶面缺陷，将水泥混凝土铣削机直接放置于构件的缺陷位置；先把水混凝土铣削机的底面与构件的顶面调整至平行，再将其机壳上的铣削方向刻度与修复范围边界线对齐，在水泥混凝土铣削机上安装铣刀，准备加工修复槽；

b、对于构件的侧面缺陷或底面缺陷，首先设置支架，再按步骤a将水泥混凝土铣削机安装在支架上，准备加工修复槽；

采用手提电钻的施工：

在手提电钻的三爪夹头中安装铣刀，人工手持着手提电钻，准备加工修复槽；

步骤三、操作水泥混凝土铣削机或手提电钻，按设定的铣削方式将铣刀在淋水冷却的情况下，在修复范围中的平面上从修复范围边界的一端铣削至另一端，然后调头按S形路线，来回地将整个修复范围内的平面铣削一遍，再重复修复范围内的平面上铣削，直至修复范围内的平面达到设定的修复槽底部平面的深度，形成修复槽；在最后一遍铣削的同时，用铣刀的外圆周面刀齿将修复槽的内周边铣削平整；

步骤四、在修复槽中浇筑与构件相同强度标号的膨胀水泥混凝土，经保湿保温养护，直至达到设定的强度即完成水泥混凝土构件表面缺陷的修复。

本发明修复水泥混凝土构件表面缺陷的方法的特点也在于：

所述步骤三中设定的铣削方式为铣刀按顺时针方向旋转，在铣削修复槽边缘处混凝土时，采用铣刀旋转方向与铣刀进给方向相反的逆铣方式；在铣削修复槽中间部分混凝土时，设置铣刀旋转方向与铣刀进给方向为相反的逆铣方式，或为相同的顺铣方式；所述的铣刀的每遍铣削深度≯10mm，旋转速度为5～80r/min，进给量为0.5～5.0mm/r。

所述膨胀水泥混凝土是采用硫铝酸盐类膨胀水泥混凝土。

本发明水泥混凝土铣刀的结构特点是：设置所述铣刀为套式立铣刀，所述铣刀的刀杆上有依次连接并与铣刀中轴线同轴设置的刀轴、杆肩和刀柄，刀轴上固定套装有端铣刀；在所述端铣刀的外圆周面上等距分布着各道呈左螺旋状的外圆周面刀齿，在所述端铣刀的端面上分布着呈偏放射状的端面刀齿；在所述外圆周面刀齿与端面刀齿之间，由圆弧面刀齿相连接；所述外圆周面刀齿、圆弧面刀齿和端面刀齿为折线齿槽。

本发明水泥混凝土铣刀的特点也在于：

设置所述铣刀为锥柄铣刀或直柄铣刀；

所述锥柄铣刀的刀柄是锥度为7∶24的锥柄；在所述锥柄的端面中心有拉紧螺栓孔；所述锥柄铣刀的刀轴的外圆周面上，沿轴线方向设置有键槽，所述刀轴的端面中心有螺栓孔；

所述直柄铣刀的刀轴的外圆周面上沿轴线方向设置有键槽，刀轴的端面中心有螺栓孔。

所述锥柄铣刀的端铣刀的直径为50～300mm；

所述直柄铣刀的端铣刀的直径为20～80mm。

所述端铣刀的外圆周面刀齿，其齿距为2～20mm、外圆周面刀齿的前角为0～5°、后角为5～10°、螺旋角为-5°，刀刃长度为20～200mm，刀刃上有间隔设置、宽度为5～50mm的分屑槽，相邻一道的外圆周面刀齿上的分屑槽轴向位置交错；

所述端铣刀的圆弧面刀齿的圆弧半径为2～20mm；所述端面刀齿为与圆弧面刀齿至端面圆心的连线偏5°布置，端面刀齿上与所述圆弧面刀齿相连的一段端面主刀刃的长度为5～100mm，且与端面平行，端面刀齿上与端面主刀刃相接的端面副刀刃的长度为端面主刀刃的10％，且副偏角角度为45°；端面刀齿和圆弧面刀齿的前角、后角分别与所述外圆周面刀齿相等。

所述水泥混凝土铣刀的刀杆是以工具钢为材质，端铣刀是以硬质合金钢为材质。

水泥混凝土构件表面一旦出现裂纹、局部破损、蜂窝麻面和节段间错台等缺陷，经雨水、冰冻等自然力与荷载作用，会对工程结构产生恶性循环的破坏，影响外观质量。由于水泥混凝土属于抗拉强度低的脆性材料，采用通常的凿子来修凿修复槽，其修复槽的边界很难规则平顺，而且会使槽口混凝土崩裂或形成缺口。当浇筑修补的混凝土后，在修复槽的边界处常常因产生应力集中等而破裂，达不到理想的修复效果。本发明采用套式立铣刀经分层铣削除掉构件缺陷部位混凝土，形成边界平顺、粗糙、无崩裂、无缺口、无骨料剥离以及圆弧拐角修复槽后，浇筑修复槽的混凝土，达到缺陷修复的目的。本发明以铣削的方式施工修复槽，使修复槽边界平顺；本发明采用较大给进量的逆铣的方式保证了修复槽内周边粗糙，适应修复的要求；本发明利用旋转加工的铣刀，将修复槽在内周边的拐角处铣削成圆弧拐角，同时利用铣刀的外圆周面刀齿将修复槽的内周边与底部平面交界处铣削成圆弧拐角，有效防止了修复槽内各边界面交汇处发生应力集中，在浇筑混凝土时能让大粒径骨料进入边角内，使修复槽内的混凝土均匀，满足边界与拐角处混凝土的堆积密实度要求。本发明在对修复槽的内周边进行铣削的过程中，构件混凝土始终处于受压的逆铣方式。经受力分析，如图3A、图3B、图3C和图3D所示，铣刀垂直向下的力为N，向构件内水平旋转的切削力为T，其合力F是始终指向铣削面内的压力。即：合力F＝(N²+T²)^1/2，合力F与铣削面的角度α＝arctg(N/T)；本发明中，在铣刀的结构上，设置其外圆周面为左螺旋角刀齿、端面为偏放射形刀齿，使铣刀的刀刃是斜向逐渐切入混凝土进行铣削，即使构件混凝土所受的压力是逐渐变大，也不会引起修复槽边界混凝土崩裂、出现缺口及骨料剥离等破损问题；为了使修复槽与构件的混凝土良好结合，本发明将修复槽的内周边加工成平顺和粗糙面，并以膨胀混凝土浇筑，膨胀混凝土浇筑修复槽后，产生微量膨胀，确保其边界部位的混凝土不开裂且良好结合。

针对水泥混凝土的脆性、坚硬度和抗压强度远大于抗拉强度，大小骨料胶结，本发明采用多刃铣刀，铣削时有多个刀齿同时参加切削，总的切削厚度较大，且铣削的主运动是铣刀的旋转，有利于采用尽可能高的速度切削，因而加工效率较高；针对水泥混凝土的强度或骨料硬度，本发明选择了适宜的前角和后角刀齿的铣刀，在水泥混凝土强度较低或骨料较软时，铣刀刀齿的前角和后角均取大值，反则取小值；

铣刀的磨损是由机械磨损和热磨损两个方面造成的，针对机械磨损，本发明采用硬质合金钢为铣刀材料，硬质合金钢的硬度达到60HRC以上，而水泥混凝土的硬度仅为20HRC，两者相比硬度相差约3倍；同时，本发明中铣刀刀齿的前角、后角、螺旋角等特定设置保证了铣刀的切削能力、强度、耐用度等满足要求；在热磨损方面，本发明中铣刀的结构设置包括：端面偏放射形齿槽和侧面螺旋形齿，并配合有分屑槽，在不断淋水冷却和离心力的作用下，较易散热及出渣；混凝土的加工面并不需要高的光洁度，因此不需要高的铣刀旋转速度，即铣削时产生的热量较小；铣刀在铣削混凝土时，刀齿轮换工作，散热条件较好，刀齿在切离工作的时间内，可以得到一定的冷却；脆性的混凝土在刀具的作用下发生弹性变形，进裂成碎屑后从刀具的前面迅速滑移流出，且滑移的距离很小，所以产生的热量小；为了让铣刀平稳不振动地铣削混凝土，本发明将铣刀的端面设置为偏放射形刀齿、外圆周面设置为螺旋形刀齿及圆弧面刀齿，其每个刀齿是由切入时的零逐渐增大到切离时为最大，即逐渐切入和切离混凝土加工面，这种变化和连续切削所引起的切削力和加工力矩的变化较小，基本上不产生冲击力，保证了铣刀动作过程中较好的平稳性；因为铣刀同时参加切削的刀齿较多、切削厚度比较小，且切削厚度变化小，因而铣削力引起的振动小；本发明在铣刀的外圆周面螺旋刀齿上设置分层交错的分屑槽，有利于切削与排渣，能够有效地使切削平稳；本发明中铣刀的外圆周面采用的是-5°左螺旋刀齿，以及铣刀按顺时针(右)旋转方向。在切削时，铣刀给修复槽的作用力沿轴线方向的分力有利于切屑向下排出，而且能使铣刀在铣削过程中安装紧固。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明的施工方法，适用于去除水泥混凝土构件表面的裂纹、局部破损、蜂窝麻面等缺陷，以及加工成边界面规则、平顺、粗糙和有圆弧拐角的修复槽。修复槽内浇筑混凝土后，有利于构件受力和新旧混凝土结合，提高了外观质量，解决了水泥混凝土构件表面不易修复的难题。

2、本发明的水泥混凝土专用铣刀结构合理，铣削速度快、耐磨损、韧性强、易散热、易出渣、平稳切削不振动、噪声小、操作方便，能将水泥混凝土构件表面加工成平面、弧面、凹槽等的几何形状。

附图说明

图1A为本发明在加工水泥混凝土构件修复槽的正视示意图。

图1B为本发明在加工水泥混凝土构件修复槽的侧视示意图。

图2A为本发明的水泥混凝土锥柄铣刀正剖视结构示意图。

图2B为本发明的水泥混凝土锥柄铣刀侧剖视结构示意图。

图2C为本发明的水泥混凝土锥柄铣刀仰剖视结构示意图。

图2D为本发明的水泥混凝土锥柄铣刀俯视结构示意图。

图3A为本发明在铣削水泥混凝土修复槽时受力分析正视示意图。

图3B为本发明在铣削水泥混凝土修复槽时受力分析侧视示意图。

图3C为本发明在铣削水泥混凝土修复槽时受力分析俯视示意图。

图3D为本发明在铣削水泥混凝土修复槽时受力分析示意图。

图中标号：1水泥混凝土构件、2修复槽、3水泥混凝土铣削机、4铣削方向刻度；11锥柄铣刀、12刀轴、13杆肩、14锥柄、15键槽、16拉紧螺栓孔、17螺栓、18弹簧垫圈；21端铣刀、22外圆周面刀齿、23圆弧面刀齿、24端面刀齿、25端面主刀刃、26端面副刀刃、27分屑槽。

具体实施方式

本实施例修复水泥混凝土构件表面缺陷的方法是按如下工序进行：

1、在水泥混凝土构件1的表面缺陷位置处，画出规则几何形状的修复范围；

2、根据构件1表面缺陷修复的位置、范围和深度，选用水泥混凝土铣削机3或手提电钻，在修复槽的面积大或深度深时，因修复工作量大，选用铣削机。反之可以直接选用手提钻，按如下方法施工：

a、采用水泥混凝土铣削机3的施工方法，参见图1A和图1B：

i、对于构件1的顶面缺陷，将水泥混凝土铣削机3直接放置于构件1的缺陷位置；先把铣削机3的底面与构件1的顶面调整至平行，再将其机壳上的铣削方向刻度4与修复范围边界线对齐，选择水泥混凝土锥柄铣刀11，并安装于铣削机3上，准备加工修复槽2；

ii、对于构件1的侧面缺陷或底面缺陷，首先设置支架，再按步骤i将水泥混凝土铣削机3安装在支架上，准备加工修复槽2；

b、采用手提电钻的施工方法：选择水泥混凝土直柄铣刀，将其安装在手提电钻的三爪夹头中，人工手持着手提式电钻，准备加工修复槽2；

3、操作水泥混凝土铣削机3或手提式电钻，将铣刀按设定的铣削方式和铣削用量，在淋水冷却的情况下，从修复范围边界的一端铣削至另一端，然后调头按S形路线，来回地将整个修复范围铣削一遍后，再重复进行修复范围内的第二遍铣削，直至达到设计要求的深度；在最后一遍铣削的同时，用铣刀的外圆周面刀齿22的刀刃将修复范围边界侧面铣削平整，完成修复槽2的加工；

4、清理修复槽2中的残渣和水后，浇筑与构件1相同颜色、相同强度标号的膨胀水泥混凝土，经保湿保温养护，待混凝土达到设计的强度即完成缺陷部位的修复。

具体实施中，步骤3中的铣削是将铣刀按顺时针方向旋转，在铣削修复槽2边缘处混凝土时，采用铣刀旋转方向与铣刀进给方向相反的逆铣方式；在铣削修复槽2中间部分混凝土时，顺铣与逆铣两种方式均可采用；铣削量为每遍的铣削深度为≯10mm，旋转速度为5～80r/min，进给量为0.5～5.0mm/r。

参见图2A、图2B、图2C和图2D，本实施例中的水泥混凝土铣刀采用套式立铣刀，包括锥柄铣刀11和直柄铣刀，在铣刀的刀杆上有依次连接并与铣刀中轴线同轴设置的刀轴12、杆肩13和刀柄，刀轴12上紧密套装有端铣刀21；在端铣刀21的外圆周面上等距分布着各道呈左螺旋状的外圆周面刀齿22，在端铣刀21的端面上分布着呈偏放射状的端面刀齿24；在外圆周面刀齿22与端面刀齿24之间，由圆弧面刀齿23相连接；外圆周面刀齿22、圆弧面刀齿23和端面刀齿24为折线齿槽。

锥柄铣刀11上的刀柄为锥柄14，锥柄14的锥度为7∶24；锥柄14的端面中心有拉紧螺栓孔16；锥柄铣刀11的刀轴12的外圆周面上，沿轴线方向设置有键槽15，刀轴12的端面中心有螺栓孔；

直柄铣刀的刀轴的外圆周面上沿轴线方向设置有键槽，刀轴的端面中心有螺栓孔。

具体实施中，设置锥柄铣刀11的端铣刀21的直径为50～300mm；直柄铣刀的端铣刀21的直径为20～80mm；端铣刀21的外圆周面刀齿22的齿距为2～20mm、外圆周面刀齿22的前角为0～5°、后角为5～10°，螺旋角为-5°，刀刃长度为20～200mm，刀刃上有间隔设置、宽度为5～50mm的分屑槽27，相邻一道的外圆周面刀齿上的分屑槽27轴向位置交错；圆弧面刀齿23的圆弧半径为0～20mm；端面刀齿24为与圆弧面刀齿23至端面圆心的连线偏5°布置，端面刀齿24上与外圆周面刀齿相接的端面主刀刃25的长度为5～100mm，且与端面平行，端面刀齿24上与端面主刀刃25相接的端面副刀刃26的长度为端面主刀刃25的10％，且副偏角角度为45°；端面刀齿24和圆弧面刀齿23的前角、后角与外圆周面刀齿22相等。

修复用混凝土是采用膨胀水泥混凝土，具体为硫铝酸盐类膨胀水泥的混凝土；水泥混凝土铣刀的刀杆为工具钢，端铣刀21为硬质合金钢。

修复槽2是用于在去除构件1的缺陷后回填膨胀混凝土进行还原。水泥混凝土铣削机3用于带动铣刀，铣削去除构件1表面缺陷或加工修复槽2。铣削方向刻度4用于使铣刀纵向铣削方向及铣削边线与修复槽2边界线对齐。铣刀用于铣削加工水泥混凝土。刀杆用于将水泥混凝土铣削机3动力传递至端铣刀21。刀轴12用于固定端铣刀21。杆肩13用于协助刀轴12固定端铣刀21。锥柄14用于插入水泥混凝土铣削机3的夹头，固定铣刀。键槽15用于是将端铣刀21与刀轴12紧密固定，不能相互转动。拉紧螺栓孔16用于是将水泥混凝土锥柄铣刀11固定于水泥混凝土铣削机3的夹头内。固定螺栓17用于是防止端铣刀21飞出伤人。弹簧垫圈18用于是紧固固定螺栓17。端铣刀21用于切削水泥混凝土。外圆周面刀齿22用于铣削修复槽2，并修整修复槽2内周边使其平顺。圆弧面刀齿23用于铣削修复槽2，并将修复槽2内周边与底部平面之间的结合部位铣削成圆弧面。端面刀齿24用于铣削出修复槽2的底部平面。端面刀齿24上的端面主刀刃25用于切削混凝土，端面副刀刃26用于辅助切削混凝土，并保护端面主刀刃25，分屑槽27用于是使端铣刀21的外圆周面刀齿22平稳地铣削混凝土及出渣，提高铣削混凝土的效率。

Claims (8)

1.一种修复水泥混凝土构件表面缺陷的方法，其特征是按如下工序进行：

步骤一、在水泥混凝土构件(1)的表面缺陷位置处，画出规则几何形状的修复范围；

步骤二、选用水泥混凝土铣削机(3)或手提电钻按如下方法施工：

采用水泥混凝土铣削机(3)的施工：

a、对于构件(1)的顶面缺陷，将水泥混凝土铣削机(3)直接放置于构件(1)的缺陷位置；先把水混凝土铣削机(3)的底面与构件(1)的顶面调整至平行，再将其机壳上的铣削方向刻度(4)与修复范围边界线对齐，在水泥混凝土铣削机(3)上安装铣刀，准备加工修复槽(2)；

b、对于构件(1)的侧面缺陷或底面缺陷，首先设置支架，再按步骤a将水泥混凝土铣削机(3)安装在支架上，准备加工修复槽(2)；

采用手提电钻的施工：

在手提电钻的三爪夹头中安装铣刀，人工手持着手提电钻，准备加工修复槽(2)；

步骤三、操作水泥混凝土铣削机(3)或手提电钻，按设定的铣削方式将铣刀在淋水冷却的情况下，在修复范围中的平面上从修复范围边界的一端铣削至另一端，然后调头按S形路线，来回地将整个修复范围内的平面铣削一遍，再重复修复范围内的平面上铣削，直至修复范围内的平面达到设定的修复槽底部平面的深度，形成修复槽(2)；在最后一遍铣削的同时，用铣刀的外圆周面刀齿(22)将修复槽(2)的内周边铣削平整；

步骤四、在修复槽(2)中浇筑与构件(1)相同强度标号的膨胀水泥混凝土，经保湿保温养护，直至达到设定的强度即完成水泥混凝土构件(1)表面缺陷的修复。

2.根据权利要求1所述的修复水泥混凝土构件表面缺陷的方法，其特征在于：所述步骤三中设定的铣削方式为铣刀按顺时针方向旋转，在铣削修复槽(2)边缘处混凝土时，采用铣刀旋转方向与铣刀进给方向相反的逆铣方式；在铣削修复槽(2)中间部分混凝土时，设置铣刀旋转方向与铣刀进给方向为相反的逆铣方式，或为相同的顺铣方式；所述的铣刀的每遍铣削深度≯10mm，旋转速度为5～80r/min，进给量为0.5～5.0mm/r。

3.根据权利要求1所述的修复水泥混凝土构件表面缺陷的方法，其特征在于：所述膨胀水泥混凝土是采用硫铝酸盐类膨胀水泥混凝土。

4.一种应用在权利要求1所述方法中的水泥混凝土铣刀，其特征在于：设置所述铣刀为套式立铣刀，所述铣刀的刀杆上有依次连接并与铣刀中轴线同轴设置的刀轴(12)、杆肩(13)和刀柄，刀轴(12)上固定套装有端铣刀(21)；在所述端铣刀(21)的外圆周面上等距分布着各道呈左螺旋状的外圆周面刀齿(22)，在所述端铣刀(21)的端面上分布着呈偏放射状的端面刀齿(24)；在所述外圆周面刀齿(22)与端面刀齿(24)之间，由圆弧面刀齿(23)相连接；所述外圆周面刀齿(22)、圆弧面刀齿(23)和端面刀齿(24)为折线齿槽。

5.根据权利要求4所述的水泥混凝土铣刀，其特征是：

设置所述铣刀为锥柄铣刀(11)或直柄铣刀；

所述锥柄铣刀(11)的刀柄是锥度为7∶24的锥柄(14)；在所述锥柄(14)的端面中心有拉紧螺栓孔(16)；所述锥柄铣刀(11)的刀轴(12)的外圆周面上，沿轴线方向设置有键槽(15)，所述刀轴(12)的端面中心有螺栓孔；

所述直柄铣刀的刀轴的外圆周面上沿轴线方向设置有键槽，刀轴的端面中心有螺栓孔。

6.根据权利要求5所述的水泥混凝土铣刀，其特征是：

所述锥柄铣刀(11)的端铣刀(21)的直径为50～300mm；

所述直柄铣刀的端铣刀(21)的直径为20～80mm。

7.根据权利要求4所述的水泥混凝土铣刀，其特征是：

所述端铣刀(21)的外圆周面刀齿(22)，其齿距为2～20mm、外圆周面刀齿(22)的前角为0～5°、后角为5～10°、螺旋角为-5°，刀刃长度为20～200mm，刀刃上有间隔设置、宽度为5～50mm的分屑槽(27)，相邻一道的外圆周面刀齿上的分屑槽(27)轴向位置交错；

所述端铣刀(21)的圆弧面刀齿(23)的圆弧半径为2～20mm；所述端面刀齿(24)为与圆弧面刀齿(23)至端面圆心的连线偏5°布置，端面刀齿(24)上与所述圆弧面刀齿(23)相连的一段端面主刀刃(25)的长度为5～100mm，且与端面平行，端面刀齿(24)上与端面主刀刃(25)相接的端面副刀刃(26)的长度为端面主刀刃(25)的10％，且副偏角角度为45°；端面刀齿(24)和圆弧面刀齿(23)的前角、后角分别与所述外圆周面刀齿(22)相等。

8.根据权利要求4所述的水泥混凝土铣刀，其特征是所述水泥混凝土铣刀的刀杆是以工具钢为材质，端铣刀(21)是以硬质合金钢为材质。

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