CN104763163A - 一种e玻纤织物增强磷酸镁水泥基混凝土薄板加固rc梁的加固方法及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用E-玻纤织物网增强磷酸镁水泥基细骨料混凝土薄板加固RC梁的加固方法及工艺。其特征是：在磷酸镁水泥基细骨料混凝土中铺设多层E-玻纤织物网制成薄板，并将其粘贴在既有钢筋混凝土梁底对其进行补强；采用“U”形模分层浇筑、顶压法制作并粘贴E-玻纤织物网增强磷酸镁水泥基细骨料混凝土薄板。本发明利用磷酸镁水泥的与纤维织物粘结性能好、对E-玻纤无腐蚀作用的特点，采用磷酸镁水泥基细骨料混凝土与价格低廉的E-玻纤织物协同工作对既有钢筋混凝土进行补强加固，在有效提高构件承载力的情况下大幅度降低工程成本。

Description

一种 E 玻纤织物增强磷酸镁水泥基混凝土薄板加固 RC 梁的加固方法及工艺

技术领域

本发明属于混凝土加固补强技术领域，涉及用E-玻纤织物网和磷酸镁水泥基细骨料混凝土对钢筋混凝土梁进行加固补强的方法。

背景技术

混凝土结构加固技术的研究在国内外都是学术研究的重点之一，混凝土加固学已成为结构工程的一门重要的分支学科。从国外建筑工程发展的经验并结合我国的实际现状，可以肯定其应用前景将是十分广阔的，并且将会获得极高的社会效益和经济效益，对我国的现代化建设及发展具有重大的现实意义。

近十多年来，纤维复合材料(FRP) 加固技术因其具有可设计性强、可成型性好、抗疲劳、耐腐蚀和对原结构影响较小、适用面广、施工便捷等特点，已成为加固领域研究中的一个热点，并在工程应用中得到迅速发展。但由于其普遍使用环氧树脂类有机胶粘剂等方面的原因，随着研究和应用的深入，人们发现这种方法也存在着许多不足：

（1）环氧树脂的耐火性与耐高温性能差:一般的环氧树脂在100摄氏度时力学性能会受到较大影响；

（2）环氧树脂有机胶粘层尽管含有防老化剂，但耐大气老化、热老化能力仍十分有限，从而影响了其耐久性，而且其质脆抗冲击性差；

（3）混凝土基材在搅拌、浇筑过程中残留有气孔，在凝结硬化过程中有水份蒸发和砂浆干缩形成的细长缝隙。而试验表明，环氧树脂孔隙率近似为零，故有机胶粘层形成了混凝土构件的不透气、不溢水的有、无机材料不相容的隔离层，最终降低了胶结面的机械力、咬合力、分子间力等，成为加固层起壳、翘曲的原因之一；

（4）由于混凝土中水泥水化颗粒为碱性物质，而环氧树脂可能为有机酸性材料，两种材料的相互渗透而引起的酸碱中和作用也将会破坏胶粘层的工作性能；

（6）环氧树脂层传递的剪力有限:环氧树脂的剪切强度一定，超过剪切强度后界面传递的剪应力不再增大，而剪切变形不断增长，呈现软化现象。超过极限剪应变后界面即产生界面微裂缝，随着微裂缝的不断扩展，界面最后发生剥离破坏，所以在粘贴纤维片材加固中，过量粘贴会导致界面无法传递足够的剪应力，使得纤维的强度无法得到充分利用，并且在构件承受较大荷载时容易出现粘结破坏；

(7)纤维复合材料对缺陷较为敏感，如有一定的划痕存在，很可能成为结构在较高应力工作状态下的严重隐患。因此，如何对暴露在外的纤维材料进行表面防护是一个难题；

（8）尽管纤维片加固的施工有严格的工艺和技术要求，但仍由于打磨平整等底层处理水平的相对不足以及构件本身成型过程中形成的翘曲，都会引起纤维片的日后空鼓。

纤维织物增强混凝土(TRC)在国内外都是一个较新的研究课题。国内对TRC的研究主要集中在TRC薄板性能及采用TRC薄板对既有RC结构的加固方面。TRC加固技术因采用水泥基无机凝胶材料代替以往纤维加固中所用有机结构胶，与被加固构件的基材之间有较好的相容性、协调性及相互渗透性，而且抗老化、耐火、耐久性好。因此该项技术具有较好的工程应用前景。

E-玻纤具有较好的强度并且价格低廉，但碱腐蚀问题使其在土木中的应用受到制约。本发明基于改性磷酸镁水泥具有初凝时间可调节、低收缩、与老混凝土及玻璃纤维材料粘结力强和相容性好、有良好的耐久性、耐磨性、耐高温性能，并且硬化体呈低碱性，对玻璃纤维基本无腐蚀性等特点（见文章“玻璃纤维增强磷酸镁水泥复合材料的耐久性”、“ 磷酸镁胶凝材料基体与玻璃纤维筋的粘结性能”、“ 掺复合缓凝剂的磷酸钾镁水泥浆体的水化硬化特性”），采用E-玻纤织物增强磷酸镁水泥基细骨料混凝土(粗骨料粒径小于5mm)复合材料薄板加固RC梁，具有较好的工程应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用E-玻纤织物网和磷酸镁水泥基细骨料混凝土对钢筋混凝土梁进行加固补强的方法及其施工工艺。该方法在具备一般TRC加固技术的诸多优点的同时，还因为采用了价格低廉的E-玻纤织物和磷酸镁水泥基体，使得工程成本大幅降低并且加固性能更好。

本发明的技术方案是：

在磷酸镁水泥基细骨料混凝土中铺设多层经浸涂含0.8%氧化镁粉的水玻璃处理的E-玻纤织物网制成现浇薄板，并将其粘贴在既有钢筋混凝土梁底对梁进行补强加固。浸涂水玻璃使得纤维束中若干根单丝能够协同受力，避免因单丝逐根拉断造成纤维织物网抗拉强度降低，水玻璃中掺进0.8%氧化镁粉使得经处理后的织物网与磷酸镁水泥基体粘结更好；织物网网孔尺寸为1cm×1cm，磷酸镁水泥基细骨料混凝土中石子粒径在1.18mm到5mm之间，使得在施工过程中石子能顺利穿过织物网网孔，从而不会因在混凝土中铺设织物网而使粗骨料分层。采用“U”形模分层浇筑、顶压法制作并粘贴E-玻纤织物网增强磷酸镁水泥基细骨料混凝土薄板。“U”形模内侧净宽比被加固梁宽0.5cm左右,净高5cm到7cm，“U”形模由一片“一”字形底模和两片“L”形侧模通过螺栓拼装而成。具体施工步骤包括：

(1) 对待加固梁加固区域进行凿糙处理并清理干净；

(2) 对待加固梁凿糙部位充分洒水并让其自然风干；

(3) 对E-玻纤织物网浸涂含5%磷酸镁粉的水玻璃，并待其自然干燥；

(4) 将一片“一”字形底模和两片“L”形侧模通过螺栓拼装成“U”形模如附图1所示；

(5) 现浇薄板制作：在“U”形模内浇筑一层4mm到5mm厚的磷酸镁水泥基细骨料混凝土，并在其上铺设一层E-玻纤织物网，然后每浇筑一层3mm到5mm厚的磷酸镁水泥基细骨料混凝土就铺设一层E-玻纤织物网，当按设计所需的织物网层数铺设完毕后在最后一层织物网上浇筑一层3mm到5mm厚的磷酸镁水泥基细骨料混凝土；

(6) 将内部浇筑有现浇薄板的“U”形模反扣在待加固梁底部加固区域；

(7) 在“U”形模底部用支撑顶紧，让其内的现浇薄板与被加固梁凿糙部位充分压紧；

(8) 24小时后拆掉支撑并拧开“U”形模底模和侧模的螺栓，然后先拆掉侧模再拆掉底模；

(9) 对加固层定期进行浇水养护。

本发明利用磷酸镁水泥的与纤维织物粘结性能好、对E-玻纤无腐蚀作用的特点，采用磷酸镁水泥基细骨料混凝土与价格低廉的E-玻纤织物协同工作对既有钢筋混凝土进行补强加固，在有效提高构件承载力的情况下大幅度降低工程成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的“U”形模结构示意图；

图2是本发明实施例提供的梁的截面尺寸及配筋图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种采用E-玻纤织物网增强磷酸镁水泥基细骨料混凝土现浇薄板加固RC梁的新型加固方法及其施工工艺。包括在磷酸镁水泥基细骨料混凝土中铺设多层E-玻纤织物网制成现浇薄板；采用“U”形模分层浇筑、顶压法制作并粘贴E-玻纤织物网增强磷酸镁水泥基细骨料混凝土薄板。所述磷酸镁水泥基细骨料混凝土的材料组成为：黄沙900kg/m³,石子900kg/m³，MgO666.7 kg/m³，SiO₂74.1 kg/m³，缓凝剂22.2 kg/m³，硼砂15.0 kg/m³，Na51.9 kg/m³，KH₂PO₄370.4 kg/m³，H₂O180.0 kg/m³。所述磷酸镁水泥基细骨料混凝土中石子粒径在1.18mm到5mm之间；所述纤维织物网孔尺寸为1cm×1cm；所述E-玻纤织物网经过浸涂含0.8%氧化镁粉的水玻璃处理；所述“U”形模内侧净宽比被加固梁宽0.5cm左右,净高5cm到7cm；所述“U”形模由一片“一”字形底模和两片“L”形侧模通过螺栓拼装而成。包括如下步骤：

步骤1：对待加固梁加固区域进行凿糙处理(凿糙度H»3.17～3.62mm)并清理干净；

步骤2：对待加固梁凿糙部位充分洒水并让其自然风干；

步骤3：对E-玻纤织物网浸涂含0.8%磷酸镁粉的水玻璃，并待其自然干燥；

步骤4：将一片“一”字形底模和两片“L”形侧模通过螺栓拼装成“U”形模，如附图1所示；

步骤5：现浇薄板制作：在“U”形模内浇筑一层4mm到5mm厚的磷酸镁水泥基细骨料混凝土，并在其上铺设一层E-玻纤织物网，然后每浇筑一层3mm到5mm厚的磷酸镁水泥基细骨料混凝土就铺设一层E-玻纤织物网，当按设计所需的织物网层数铺设完毕后在最后一层织物网上浇筑一层3mm到5mm厚的磷酸镁水泥基细骨料混凝土；

步骤6：将内部浇筑有现浇薄板的“U”形模反扣在待加固梁底部加固区域；

步骤7：在“U”形模底部用支撑顶紧，让其内的现浇薄板与被加固梁凿糙部位充分压紧；

步骤8：24小时后拆掉支撑并拧开“U”形模底模和侧模的螺栓，然后先拆掉侧模再拆掉底模；

步骤9：对加固层定期进行浇水养护。

下面结合试验来说明本发明的加固效果。

试验共制作了5根钢筋混凝土梁，截面尺寸及配筋见附图2。其中1根作对比梁，其余4根在梁跨中向两端各750mm范围内作加固处理。加固梁的加固区段均进行凿糙处理(凿糙度H»3.17～3.62mm),并以织物铺设层数为主要变化参数。混凝土立方体抗压强度为26.8MPa，主筋极限抗拉强度为513.6N/mm²。加固用E玻纤织物网孔尺寸：10mm×10mm，浸涂含0.8%氧化镁粉水玻璃的单根纤维拉伸试验承载力为862kN。磷酸镁水泥基细骨料混凝土的28d立方抗压强度为45.53MPa。

试验得到的承载力结果如表1所示。

表1

试件编号	Pcr/kN	Py/kN	Pu/kN
				L-0	6.3	22.7	30.2
L-2	7.2	25.3	32.0
				L-3	7.6	26.4	33.3
L-4	7.8	27.0	34.8
				L-5	8.1	28.3	36.8

注：1、0、2、3、4、5表示分别为0层、2层、3层、4层、5层织物网加固；

2、Pcr，Py，Pu分别为试件的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载的实测值。

由表1可知：随着加固层中织物网层数的增加，试件开裂荷载、屈服荷载和极限荷载呈提高趋势，其中两层、三层、四层、五层织物网加固的梁比对比梁开裂荷载分别提高14.29%、20.63%、23.81%、28.57%，屈服荷载分别提高10.28%、16.30%、18.94%、24.67%，极限荷载分别提高5.96%、10.26%、15.23%、21.85%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种采用E-玻纤织物网增强磷酸镁水泥基细骨料混凝土薄板加固RC梁的加固方法及其施工工艺，其特征是：在磷酸镁水泥基细骨料混凝土中铺设多层E-玻纤织物网制成现浇薄板，并将其粘贴在既有钢筋混凝土梁底对梁进行补强加固。

2.采用“U”形模分层浇筑、顶压法制作并粘贴E-玻纤织物网增强磷酸镁水泥基细骨料混凝土薄板。

3.如权利要求1所述的E-玻纤织物网孔尺寸为1cm×1cm，磷酸镁水泥基细骨料混凝土中石子粒径在1.18mm到5mm之间。

4.如权利要求1所述的E-玻纤织物浸涂含0.8%氧化镁粉的水玻璃。

5.如权利要求2所述的“U”形模，其特征在于“U”形模内侧净宽比被加固梁宽0.5cm,净高5cm到7cm，“U”形模由一片“一”字形底模和两片“L”形侧模通过螺栓拼装而成。

6.如权利要求2所述的分层浇筑、顶压法制作并粘贴E-玻纤织物网增强磷酸镁水泥基细骨料混凝土薄板，其特征在于，施工步骤包括：

(1) 对待加固梁加固区域进行凿糙处理并清理干净；

(2) 对待加固梁凿糙部位充分洒水并让其自然风干；

(3) 对E-玻纤织物网浸涂含0.8%磷酸镁粉的水玻璃，并待其自然干燥；

(4) 将一片“一”字形底模和两片“L”形侧模通过螺栓拼装成“U”形模（附图1）；

(5) 现浇薄板制作：在“U”形模内浇筑一层4mm到5mm厚的磷酸镁水泥基细骨料混凝土，并在其上铺设一层E-玻纤织物网，然后每浇筑一层3mm到5mm厚的磷酸镁水泥基细骨料混凝土就铺设一层E-玻纤织物网，当按设计所需的织物网层数铺设完毕后在最后一层织物网上浇筑一层3mm到5mm厚的磷酸镁水泥基细骨料混凝土；

(6) 将内部浇筑有现浇薄板的“U”形模反扣在待加固梁底部加固区域；

(7) 在“U”形模底部用支撑顶紧，让其内的现浇薄板与被加固梁凿糙部位充分压紧；

(8) 24小时后拆掉支撑并拧开“U”形模底模和侧模的螺栓，然后先拆掉侧模再拆掉底模；

(9) 对加固层定期进行浇水养护。