CN104179128B - 混凝土桥墩的加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混凝土桥墩的加固方法，包括步骤：在混凝土桥墩的周围设置施工围堰，冲洗混凝土桥墩并使其干燥，对裂缝和受损部位进行前期处理；在混凝土桥墩的整个表面使用水泥砂浆拉毛后涂抹聚合物增强砂浆，在聚合物增强砂浆表面粘贴碳纤维网格布；待聚合物增强砂浆干燥以后，再次涂刷所述防水粘结胶；在涂刷有防水粘结胶的整个外表面安装钢管混凝土预制件。每个钢管混凝土预制件包括半圆形封闭钢管和浇筑在其内的轻质混凝土。采用本发明的混凝土桥墩的加固方法，不仅能保证新老材料之间的良好结合，而且还能极大地避免桥墩表面裂缝或破损部位的产生。
Description
技术领域
本发明涉及一种混凝土桥墩的加固方法，属于建筑安全加固的技术领域。
背景技术
混凝土桥墩在使用过程中，常常会因为受到外力冲撞或结构自身在周围环境中的变形而产生裂缝、破损等。冲撞严重时，甚至有可能会对混凝土桥墩造成大面积的破损而使钢筋外露。如果不及时修补，钢筋会进一步锈蚀，进而影响到结构的安全性。另一方面，随着时代的发展，一些年久失修的桥墩不仅面临如何修复裂缝和损伤的问题，更重要是如何能够保持甚至增大其承载能力。这就需要对现有混凝土桥墩进行修复和加固处理。
现有技术中对混凝土桥墩的修复一般采用修复胶或者修复水泥砂浆直接封堵破损部位。如此简单的施工不仅不能保证新老材料之间的紧密接合，而且修复材料不久也会再次产生裂缝或者被撞坏。另一方面，现有技术中对混凝土桥墩的加固一般采用增大截面法，即通过在桥墩的周围浇筑混凝土来增大桥墩的截面，从而提高其承载力。但是通过浇筑混凝土来增大截面并不能很好地避免裂缝和破损的再次发生。这是因为，经此处理的结构外表面仍然是混凝土结构，其还可能再次开裂和破损。
因此，现有技术中需要一种效果更好的混凝土桥墩的加固方法。
发明内容
本发明采用的混凝土桥墩的加固方法，不仅能够保证新老材料之间的良好结合，而且还能极大地避免桥墩表面裂缝或破损部位的产生。
根据本发明的混凝土桥墩的加固方法，包括以下步骤：
(1)在混凝土桥墩的周围设置施工围堰，其高度超出水线高度1米，施工围堰设置完成后，将其内部的水抽干；
(2)利用冲洗压力为20-30Mpa的高压水枪冲洗混凝土桥墩上的淤泥和杂物，待冲洗干净后晾晒24小时，使其表面完全干燥；
(3)对于宽度小于0.2mm的裂缝采用注射防水粘结胶进行封闭处理，待防水粘结胶充满裂缝并从中溢出时停止注射；该防水粘结胶由石油沥青、环氧树脂、聚丙烯酸酯乳液、碳化硅、硅烷偶联剂按照质量比为1∶3.1-3.2∶0.2-0.25∶0.3-0.4∶0.1-0.12混合制成，制备方法为∶首先将环氧树脂、聚丙烯酸酯乳液混合并加热到110±2℃，然后倒入熔融石油沥青并加入碳化硅、硅烷偶联剂后搅拌均匀形成；
对于宽度大于0.2mm的裂缝，利用切割刀具沿裂缝切开形成1cm宽的凹槽，利用40-50Mpa的高压气枪将凹槽内的杂物全部清除；然后在凹槽内涂刷界面剂，界面剂由羧基丁苯乳液、水泥、细砂和硅微粉按照质量比为1∶0.3-0.4∶0.2-0.25∶0.2-0.22混合均匀而成；涂刷完界面剂以后紧接着涂刷上述防水粘结胶；
对于破损部位，首先利用70-80Mpa的高压气枪冲击杂物并将裸露的钢筋打磨干净，然后在钢筋表面涂刷富锌防锈底漆，待底漆干燥以后，在破损部位依次涂刷上述界面剂和防水粘结胶；
(4)在混凝土桥墩的整个表面使用水泥砂浆拉毛，待水泥砂浆硬化后，在其表面均匀涂抹厚度为70-80mm的聚合物增强砂浆；聚合物增强砂浆由硫铝酸盐水泥、醋酸乙烯-乙烯共聚胶粉、石英砂、粉煤灰、石膏粉、三聚氰胺减水剂和水按照质量比为1∶0.5-0.55∶0.3-0.32∶0.15-0.18∶0.2-0.22∶0.05-0.07∶0.38-0.42混合均匀而成；
石英砂的粒径为0.05-0.5mm，其中粒径在0.05-0.15mm之间的质量比为10-17％，粒径在0.15-0.3mm之间的质量比为30-45％，粒径在0.3-0.4mm之间的质量比为30-35％、粒径在0.4-0.5mm之间的质量比为10-20％；
(5)在聚合物增强砂浆表面粘贴碳纤维网格布，养护24-48小时，待聚合物增强砂浆干燥以后，再次涂刷上述防水粘结胶；
(6)在涂刷有防水粘结胶的整个外表面安装钢管混凝土预制件，每个钢管混凝土预制件包括半圆形封闭钢管和浇筑在半圆形封闭钢管内的轻质混凝土，两个半圆形封闭钢管通过连接件安装在桥墩的周围，钢管的厚度为2mm、轻质混凝土的厚度为10-30cm；
轻质混凝土是由水泥、粉煤灰、高炉矿渣、陶粒、陶砂、固化剂、减水剂和水按照质量比为1∶0.2-0.24∶0.3-0.32∶0.5-0.55∶0.2-0.25∶0.01-0.012∶0.015-0.017∶0.32-0.35混合均匀而成；陶粒的粒径为5-20mm，其中粒径在5-10mm之间的质量比为10-30％、粒径在10-15mm之间的质量比为55-70％、粒径在15-20mm之间的质量比为15-30％。
优选地，防水粘结胶由石油沥青、环氧树脂、聚丙烯酸酯乳液、碳化硅、硅烷偶联剂按照质量比为1∶3.1∶0.23∶0.36∶0.12混合制成。
优选地，界面剂由羧基丁苯乳液、水泥、细砂和硅微粉按照质量比为1∶0.3∶0.2∶0.22混合均匀而成。
优选地，聚合物增强砂浆由硫铝酸盐水泥、醋酸乙烯-乙烯共聚胶粉、石英砂、粉煤灰、石膏粉、三聚氰胺减水剂和水按照质量比为1∶0.55∶0.31∶0.16∶0.22∶0.07∶0.38混合均匀而成。
优选地，轻质混凝土由水泥、粉煤灰、高炉矿渣、陶粒、陶砂、固化剂、减水剂和水按照质量比为1∶0.21∶0.32∶0.52∶0.23∶0.012∶0.017∶0.32混合均匀而成。
优选地，轻质混凝土中的固化剂采用三乙醇胺，减水剂由马来酸酐、异戊烯醇聚氧乙烯醚、酰亚胺和丙烯酸按照质量比为1∶0.7-0.8∶0.2-0.3∶0.55-0.6混合均匀形成。
优选地，陶粒的粒径在5-10mm之间的质量比为10％、粒径在10-15mm之间的质量比为65％、粒径在15-20mm之间的质量比为25％。
采用本发明的混凝土桥墩的加固方法，不仅能够提高桥墩的承载能力，而且其施工便捷，在建筑安全加固领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1显示了常见的受损混凝土桥墩的情形。
图2显示了在混凝土桥墩周围设置防水围堰的示意图。
图3显示了使用本发明的加固方法加固后的混凝土桥墩的截面示意图。
图4显示了图3中加固后的混凝土桥墩的A-A剖视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合示意性附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
如图1所示，其中显示了受损混凝土桥墩3的常见情形。混凝土桥墩3支撑在承台2上，其上部是桥面结构1。在长期使用过程中，混凝土桥墩3可能在表面形成有凹坑状且可能露出钢筋的破损部位4、宽度小于0.2mm的裂缝5以及宽度大于0.2mm的裂缝6。
由于裂缝或破损部位有可能位于水线以下，所以在修复和加固之前，需要搭建施工围堰7。如图2所示，在混凝土桥墩3的周围设置有施工围堰7。图中的施工围堰7支撑在承台2上，其高度以超出水线高度1米为宜。施工围堰7设置完成后，将其内部的水抽干，即可进行混凝土桥墩的加固作业。
一、作业前的准备
利用冲洗压力为20-30Mpa的高压水枪冲洗混凝土桥墩3上的淤泥和杂物，待冲洗干净后晾晒24小时，使其表面完全干燥。
二、裂缝和破损部位的处理
对于宽度小于0.2mm的裂缝5，由于其裂缝宽度处于钢筋混凝土结构的最大裂缝宽度限值范围以内，因此不需要进行复杂的处理。在本发明中，对于宽度小于0.2mm的裂缝5采用注射防水粘结胶进行封闭处理，待防水粘结胶充满裂缝并从中溢出时停止注射。本发明采用的防水粘结胶由石油沥青、环氧树脂、聚丙烯酸酯乳液、碳化硅、硅烷偶联剂按照质量比为1∶3.1-3.2∶0.2-0.25∶0.3-0.4∶0.1-0.12混合制成。制备方法为∶首先将环氧树脂、聚丙烯酸酯乳液混合并加热到110±2℃，然后倒入熔融石油沥青并加入碳化硅、硅烷偶联剂后搅拌均匀形成。优选地，防水粘结胶由石油沥青、环氧树脂、聚丙烯酸酯乳液、碳化硅、硅烷偶联剂按照质量比为1∶3.1∶0.23∶0.36∶0.12混合制成。
对于宽度大于0.2mm的裂缝6，利用切割刀具沿裂缝切开形成1cm宽的凹槽，凹槽的深度等于裂缝的最大深度。凹槽切割完成后，利用40-50Mpa的高压气枪将凹槽内的杂物全部清除。然后，在凹槽内涂刷界面剂，该界面剂由羧基丁苯乳液、水泥、细砂和硅微粉按照质量比为1∶0.3-0.4∶0.2-0.25∶0.2-0.22混合均匀而成。优选地，该界面剂由羧基丁苯乳液、水泥、细砂和硅微粉按照质量比为1∶0.3∶0.2∶0.22混合均匀而成。涂刷完界面剂以后紧接着涂刷如上所述的防水粘结胶。界面剂和防水粘结胶的总厚度控制在2mm以内为宜。
对于破损部位4，首先利用70-80Mpa的高压气枪冲击破损部位，以去除其周边已经出现松动的混凝土结构。对于已经露出钢筋的破损部位，还要将裸露的钢筋打磨干净以去除锈迹，然后在打磨干净的钢筋表面涂刷富锌防锈底漆。待底漆干燥以后，如同处理宽度大于0.2mm的裂缝6一样，在破损部位依次涂刷如上所述的界面剂和防水粘结胶。同样，界面剂和防水粘结胶的总厚度控制在2mm以内为宜。
三、涂抹聚合物增强砂浆
在混凝土桥墩3的整个表面使用水泥砂浆拉毛，其中水泥、砂浆和水的质量比优选地为1∶1∶0.4。待水泥砂浆硬化后，在其表面均匀涂抹厚度为70-80mm的聚合物增强砂浆8。此时，聚合物增强砂浆8已经完全封堵了破损部位4和沿着宽度大于0.2mm的裂缝6切割形成的凹槽。
本发明的聚合物增强砂浆由硫铝酸盐水泥、醋酸乙烯-乙烯共聚胶粉、石英砂、粉煤灰、石膏粉、三聚氰胺减水剂和水按照质量比为1∶0.5-0.55∶0.3-0.32∶0.15-0.18∶0.2-0.22∶0.05-0.07∶0.38-0.42混合均匀而成。优选地，本发明的聚合物增强砂浆由硫铝酸盐水泥、醋酸乙烯-乙烯共聚胶粉、石英砂、粉煤灰、石膏粉、三聚氰胺减水剂和水按照质量比为1∶0.55∶0.31∶0.16∶0.22∶0.07∶0.38混合均匀而成。更加优选地，石英砂的粒径为0.05-0.5mm，其中粒径在0.05-0.15mm(含0.05mm但不含0.15mm，以下类似)之间的质量比为10-17％，粒径在0.15-0.3mm之间的质量比为30-45％，粒径在0.3-0.4mm之间的质量比为30-35％、粒径在0.4-0.5mm之间的质量比为10-20％。优选地，粒径在0.05-0.15mm之间的质量比为12％，粒径在0.15-0.3mm之间的质量比为40％，粒径在0.3-0.4mm之间的质量比为32％、粒径在0.4-0.5mm之间的质量比为16％。聚合物增强砂浆中的石英砂具有很高的强度，因此可以提高聚合物增强砂浆的抗压强度，以增强桥墩的承载能力。
四、粘贴碳纤维网格布并再次涂刷防水粘结胶
在聚合物增强砂浆的表面粘贴碳纤维网格布，以增强聚合物增强砂浆的抗裂性能。
养护24-48小时，待聚合物增强砂浆干燥以后，再次涂刷如上所述的防水粘结胶，其厚度为0.3-0.4mm。
五、安装钢管混凝土预制件
在涂刷有防水粘结胶的整个外表面安装钢管混凝土预制件，本发明的钢管混凝土预制件是半圆形，其尺寸与修复后的混凝土桥墩的尺寸相匹配。两个半圆形的钢管混凝土预制件通过连接件11固定在混凝土桥墩的周围。每个钢管混凝土预制件包括半圆形封闭钢管9和浇筑在半圆形封闭钢管9内的轻质混凝土10。钢管混凝土预制件的下表面支撑在承台2上，上表面抵靠桥面结构1的下表面，并且还可以在钢管混凝土预制件和承台以及钢管混凝土预制件和桥面结构之间设置橡胶缓冲垫。同时，为了减小半圆形封闭钢管9内混凝土的自重，采用轻质混凝土浇筑在半圆形封闭钢管9内。钢管混凝土预制件的尺寸可以根据实际加固的需要进行设置。本发明中优选地采用2mm厚的钢管，其内浇筑的轻质混凝土的厚度为10-30cm。
浇筑在半圆形封闭钢管内的轻质混凝土是由水泥、粉煤灰、高炉矿渣、陶粒、陶砂、固化剂、减水剂和水按照质量比为1∶0.2-0.24∶0.3-0.32∶0.5-0.55∶0.2-0.25∶0.01-0.012∶0.015-0.017∶0.32-0.35混合均匀而成。优选地，由水泥、粉煤灰、高炉矿渣、陶粒、陶砂、固化剂、减水剂和水按照质量比为1∶0.21∶0.32∶0.52∶0.23∶0.012∶0.017∶0.32混合均匀而成。更优选地，其中的固化剂采用三乙醇胺；减水剂由马来酸酐、异戊烯醇聚氧乙烯醚、酰亚胺和丙烯酸按照质量比为1∶0.7-0.8∶0.2-0.3∶0.55-0.6混合均匀形成。
优选地，陶粒的粒径在5-20mm，其中各粒径范围内陶粒的质量百分比为：5-10mm占10-30％、10-15mm占55-70％、15-20mm占15-30％。更优选地，粒径为5-10mm范围内的质量比为10％、粒径为10-15mm范围内的质量比为65％、粒径为15-20mm范围内的质量比为25％。
本发明的钢管混凝土预制件为在工厂按照准确尺寸预制并等浇筑在内部的混凝土干燥后，运至现场组装，其施工比较方便。
采用根据本发明的混凝土桥墩的加固方法，不仅能够修复混凝土桥墩在使用过程中出现的裂缝和破损部位，而且还在桥墩的表面涂抹有聚合物增强砂浆并粘贴纤维网格布，从而能够增强混凝土柱的抗裂性能。除此以外，通过涂刷在聚合物增强砂浆外面的防水粘结胶，使得最后安装的钢管混凝土预制件能够与内部构造紧密接合，充分发挥了钢管混凝土预制件的承压性能，极大地提升了混凝土桥墩的承载性能，从而实现了对现有混凝土柱的加固。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (7)
1.一种混凝土桥墩的加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在混凝土桥墩的周围设置施工围堰，其高度超出水线高度1米，施工围堰设置完成后，将其内部的水抽干；
(2)利用冲洗压力为20-30Mpa的高压水枪冲洗混凝土桥墩上的淤泥和杂物，待冲洗干净后晾晒24小时，使其表面完全干燥；
(3)对于宽度小于0.2mm的裂缝采用注射防水粘结胶进行封闭处理，待防水粘结胶充满裂缝并从中溢出时停止注射；所述防水粘结胶由石油沥青、环氧树脂、聚丙烯酸酯乳液、碳化硅、硅烷偶联剂按照质量比为1∶3.1-3.2∶0.2-0.25∶0.3-0.4∶0.1-0.12混合制成，制备方法为：首先将环氧树脂、聚丙烯酸酯乳液混合并加热到110±2℃，然后倒入熔融石油沥青并加入碳化硅、硅烷偶联剂后搅拌均匀形成；
对于宽度大于0.2mm的裂缝，利用切割刀具沿裂缝切开形成1cm宽的凹槽，利用40-50Mpa的高压气枪将凹槽内的杂物全部清除；然后在凹槽内涂刷界面剂，所述界面剂由羧基丁苯乳液、水泥、细砂和硅微粉按照质量比为1∶0.3-0.4∶0.2-0.25∶0.2-0.22混合均匀而成；涂刷完界面剂以后紧接着涂刷所述防水粘结胶；
对于破损部位，首先利用70-80Mpa的高压气枪冲击杂物并将裸露的钢筋打磨干净，然后在钢筋表面涂刷富锌防锈底漆，待底漆干燥以后，在所述破损部位依次涂刷所述界面剂和所述防水粘结胶；
(4)在混凝土桥墩的整个表面使用水泥砂浆拉毛，待水泥砂浆硬化后，在其表面均匀涂抹厚度为70-80mm的聚合物增强砂浆；所述聚合物增强砂浆由硫铝酸盐水泥、醋酸乙烯-乙烯共聚胶粉、石英砂、粉煤灰、石膏粉、三聚氰胺减水剂和水按照质量比为1∶0.5-0.55∶0.3-0.32∶0.15-0.18∶0.2-0.22∶0.05-0.07∶0.38-0.42混合均匀而成；
所述石英砂的粒径为0.05-0.5mm，其中粒径在0.05-0.15mm之间的质量比为10-17％，粒径在0.15-0.3mm之间的质量比为30-45％，粒径在0.3-0.4mm之间的质量比为30-35％、粒径在0.4-0.5mm之间的质量比为10-20％；
(5)在聚合物增强砂浆表面粘贴碳纤维网格布，养护24-48小时，待聚合物增强砂浆干燥以后，再次涂刷所述防水粘结胶；
(6)在涂刷有防水粘结胶的整个外表面安装钢管混凝土预制件，每个钢管混凝土预制件包括半圆形封闭钢管和浇筑在半圆形封闭钢管内的轻质混凝土，两个半圆形封闭钢管通过连接件安装在桥墩的周围，所述钢管的厚度为2mm、轻质混凝土的厚度为10-30cm；
所述轻质混凝土是由水泥、粉煤灰、高炉矿渣、陶粒、陶砂、固化剂、减水剂和水按照质量比为1∶0.2-0.24∶0.3-0.32∶0.5-0.55∶0.2-0.25∶0.01-0.012∶0.015-0.017∶0.32-0.35混合均匀而成；所述陶粒的粒径为5-20mm，其中粒径在5-10mm之间的质量比为10-30％、粒径在10-15mm之间的质量比为55-70％、粒径在15-20mm之间的质量比为15-30％。
2.根据权利要求1所述的加固方法，其特征在于，所述防水粘结胶由石油沥青、环氧树脂、聚丙烯酸酯乳液、碳化硅、硅烷偶联剂按照质量比为1∶3.1∶0.23∶0.36∶0.12混合制成。
3.根据权利要求1或2所述的加固方法，其特征在于，所述界面剂由羧基丁苯乳液、水泥、细砂和硅微粉按照质量比为1∶0.3∶0.2∶0.22混合均匀而成。
4.根据权利要求1或2所述的加固方法，其特征在于，所述聚合物增强砂浆由硫铝酸盐水泥、醋酸乙烯-乙烯共聚胶粉、石英砂、粉煤灰、石膏粉、三聚氰胺减水剂和水按照质量比为1∶0.55∶0.31∶0.16∶0.22∶0.07∶0.38混合均匀而成。
5.根据权利要求1或2所述的加固方法，其特征在于，所述轻质混凝土由水泥、粉煤灰、高炉矿渣、陶粒、陶砂、固化剂、减水剂和水按照质量比为1∶0.21∶0.32∶0.52∶0.23∶0.012∶0.017∶0.32混合均匀而成。
6.根据权利要求1所述的加固方法，其特征在于，所述轻质混凝土中的固化剂采用三乙醇胺；所述轻质混凝土中的减水剂由马来酸酐、异戊烯醇聚氧乙烯醚、酰亚胺和丙烯酸按照质量比为1∶0.7-0.8∶0.2-0.3∶0.55-0.6混合均匀形成。
7.根据权利要求1所述的加固方法，其特征在于，所述陶粒的粒径在5-10mm之间的质量比为10％、粒径在10-15mm之间的质量比为65％、粒径在15-20mm之间的质量比为25％。
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