CN106869039A - 一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法 - Google Patents

一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法，本发明涉及加固圆截面桥墩的方法。本发明要解决现有常用的桥梁加固技术存在界面强度不足、无法密实填充内部损伤空隙、施工繁琐、施工周期长和无法同时提高构件抗拉和抗压强度的问题。方法：凿除混凝土桥墩加固部位混凝土表面砂浆层，清洗并干燥；对混凝土桥墩加固部位植入连接钢筋，然后在半圆形薄壁钢套筒内部按梅花形布置焊接剪力钉；在混凝土桥墩加固部位表面，将两个焊接剪力钉的半圆形薄壁钢套筒相对焊接成薄壁钢套筒，配制聚氨酯混凝土材料，在薄壁钢套筒内部浇注聚氨酯混凝土材料，自然条件下进行养护。本发明用于利利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法。

Description

一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的 方法
技术领域
本发明涉及加固圆截面桥墩的方法。
背景技术
现今常用的桥梁加固方法有增大截面加固、粘贴材料加固等多种方法。增大截面加固通过增加截面厚度提高构件的轴心受压/偏心受压承载能力，但是容易出现新老混凝土结合面强度不足的问题，且常规混凝土养生时间长，较粗的骨料无法较好的填充内部缺损混凝土；粘贴碳纤维布加固方法能充分利用碳纤维材料卓越的抗拉强度和刚度，但由于碳纤维布较薄，对柱的抗压刚度提高并不显著，且由于自身弹性模量与混凝土差异过大容易出现与混凝土脱落现象，而且碳纤维布造价高。
综上所述，现有常用的桥梁加固技术存在界面强度不足、无法密实填充内部损伤空隙、施工繁琐、施工周期长和无法同时提高构件抗拉和抗压强度的缺点。
发明内容
本发明要解决现有常用的桥梁加固技术存在界面强度不足、无法密实填充内部损伤空隙、施工繁琐、施工周期长和无法同时提高构件抗拉和抗压强度的问题，而提供一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法。
一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法是按照以下步骤进行的：
一、凿除混凝土桥墩加固部位混凝土表面砂浆层，直至露出混凝土粗骨料，清洗混凝土桥墩表面，干燥混凝土桥墩加固部位；
二、对混凝土桥墩加固部位植入连接钢筋，取两个半圆形薄壁钢套筒，然后在半圆形薄壁钢套筒内部按梅花形布置焊接剪力钉，得到焊接剪力钉的半圆形薄壁钢套筒；所述的半圆形薄壁钢套筒焊接剪力钉间距为半圆形薄壁钢套筒半径的1/5～1/3；
所述的连接钢筋直径为8mm～12mm；所述的半圆形薄壁钢套筒为厚度为2mm～6mm的半圆形钢板；所述的半圆形薄壁钢套筒半径比混凝土桥墩加固部位半径大10cm～30cm；所述的半圆形薄壁钢套筒高度为50cm～300cm；所述的剪力钉直径为8mm～16mm；
三、在混凝土桥墩加固部位表面，将两个焊接剪力钉的半圆形薄壁钢套筒相对焊接成薄壁钢套筒，配制聚氨酯混凝土材料，在薄壁钢套筒内部浇注聚氨酯混凝土材料，自然条件下进行养护，即完成利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法；
所述的聚氨酯混凝土材料由河砂、水泥、粉煤灰、聚醚多元醇、多异氰酸酯、稳定剂和抑泡剂混合而成；所述的水泥与河砂的质量比为1:7；所述的粉煤灰与河砂的质量比为1:7；所述的聚醚多元醇与河砂的质量比为1:7；所述的多异氰酸酯与河砂的质量比为1:7；所述的稳定剂与多异氰酸酯的质量比为(0.0002～0.0005):1；所述的抑泡剂与多异氰酸酯的质量比为(0.002～0.0035):1。
本发明的有益效果是：本发明加固技术是采用一种聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒结合使用的新型加固方法，聚氨酯混凝土材料不仅较强的抗拉/压强度和刚度，而且具有极好的自密实效果，能够较饱和的填充混凝土开裂造成的内部空隙部分，而且与旧混凝土和钢材的粘结强度大，不会发生粘结界面的剥离破坏。外部焊接剪力钉的钢套筒形成较好的加劲作用，与聚氨酯水泥复合材料同时受力。其既适用于轴心受压墩的加固，又适用于偏心受压加固，弯拉强度可达到15MPa～25MPa，抗压能力可达到60MPa～70MPa。材料养生时间短，加固效果明显，适用于外力撞击作用下桥梁圆截面墩柱的加固。
本发明用于一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法。
附图说明
图1为本发明利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的示意图，1为连接钢筋，2为薄壁钢套筒；3为剪力钉，4为聚氨酯混凝土材料，5为混凝土桥墩。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法是按照以下步骤进行的：
一、凿除混凝土桥墩加固部位混凝土表面砂浆层，直至露出混凝土粗骨料，清洗混凝土桥墩表面，干燥混凝土桥墩加固部位；
二、对混凝土桥墩加固部位植入连接钢筋，取两个半圆形薄壁钢套筒，然后在半圆形薄壁钢套筒内部按梅花形布置焊接剪力钉，得到焊接剪力钉的半圆形薄壁钢套筒；所述的半圆形薄壁钢套筒焊接剪力钉间距为半圆形薄壁钢套筒半径的1/5～1/3；
所述的连接钢筋直径为8mm～12mm；所述的半圆形薄壁钢套筒为厚度为2mm～6mm的半圆形钢板；所述的半圆形薄壁钢套筒半径比混凝土桥墩加固部位半径大10cm～30cm；所述的半圆形薄壁钢套筒高度为50cm～300cm；所述的剪力钉直径为8mm～16mm；
三、在混凝土桥墩加固部位表面，将两个焊接剪力钉的半圆形薄壁钢套筒相对焊接成薄壁钢套筒，配制聚氨酯混凝土材料，在薄壁钢套筒内部浇注聚氨酯混凝土材料，自然条件下进行养护，即完成利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法；
所述的聚氨酯混凝土材料由河砂、水泥、粉煤灰、聚醚多元醇、多异氰酸酯、稳定剂和抑泡剂混合而成；所述的水泥与河砂的质量比为1:7；所述的粉煤灰与河砂的质量比为1:7；所述的聚醚多元醇与河砂的质量比为1:7；所述的多异氰酸酯与河砂的质量比为1:7；所述的稳定剂与多异氰酸酯的质量比为(0.0002～0.0005):1；所述的抑泡剂与多异氰酸酯的质量比为(0.002～0.0035):1。
本具体实施方式根据加固需要，焊接不同厚度、直径的半圆形薄壁钢套筒。
本具体实施方式步骤三中为了保证河砂清洁度，采用水洗处理。
本具体实施方式所述的配制聚氨酯混凝土材料应分别满足如下技术指标：聚醚多元醇：酸值，≤5mgKOH/g；羟值，450±10mgKOH/g；
本具体实施方式步骤三中所述的多异氰酸酯为万华PM-200，俗称黑料；
本具体实施方式步骤二中为保证界面处理的均匀性，采用压缩空气清洁桥墩表面；
本具体实施方式步骤二中按照图纸对桥墩混凝土加固部位植入连接钢筋，在半圆形薄壁钢套筒焊接剪力钉，以保证新增截面能与原结构共同受力。
本具体实施方式步骤三中将两个焊接剪力钉的半圆形薄壁钢套筒相对焊接成薄壁钢套筒，焊接方式在满焊基础上用小块钢板进行骑缝焊接。
本实施方式的有益效果是：本实施方式加固技术是采用一种聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒结合使用的新型加固方法，聚氨酯混凝土材料不仅较强的抗拉/压强度和刚度，而且具有极好的自密实效果，能够较饱和的填充混凝土开裂造成的内部空隙部分，而且与旧混凝土和钢材的粘结强度大，不会发生粘结界面的剥离破坏。外部焊接剪力钉的钢套筒形成较好的加劲作用，与聚氨酯水泥复合材料同时受力。其既适用于轴心受压墩的加固，又适用于偏心受压加固，弯拉强度可达到15MPa～25MPa，抗压能力可达到60MPa～70MPa。材料养生时间短，加固效果明显，适用于外力撞击作用下桥梁圆截面墩柱的加固。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中当混凝土桥墩加固部位的混凝土破碎时，破碎混凝土应该清理至只剩下与主体连接完整的混凝土；当混凝土桥墩加固部位存在小于0.2mm的裂缝时，对裂缝进行封闭处理；当混凝土桥墩加固部位存在0.2mm～2mm的裂缝时，采用灌缝处理；当混凝土桥墩加固部位存在大于2mm的裂缝时，沿着裂缝走向按照20cm等间距，向裂缝走向钻直径不小于8mm的孔。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤二中所述的连接钢筋为普通钢筋或螺栓式锚筋。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述的剪力钉为螺栓。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三中所述的河砂的粒径为0.5mm～1.5mm；步骤三中所述的水泥为普通硅酸盐水泥。其它与具体实施方式一至四相同。
本具体实施方式组成聚氨酯混凝土材料的各组分原材料的用量应根据现场配比试验确定的最佳配合比计算、下料，精度不大于0.3％。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三中所述的多异氰酸酯为PM-200。其它与具体实施方式一至五相同。
本具体实施方式所述的配制聚氨酯混凝土材料应分别满足如下技术指标：多异氰酸酯：纯度≥98.5％。
本具体实施方式组成聚氨酯混凝土材料的各组分原材料的用量应根据现场配比试验确定的最佳配合比计算、下料，精度不大于0.3％。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中所述的稳定剂为磷酸。其它与具体实施方式一至六相同。
本具体实施方式组成聚氨酯混凝土材料的各组分原材料的用量应根据现场配比试验确定的最佳配合比计算、下料，精度不大于0.3％。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中所述的抑泡剂为硅油。其它与具体实施方式一至七相同。
本具体实施方式组成聚氨酯混凝土材料的各组分原材料的用量应根据现场配比试验确定的最佳配合比计算、下料，精度不大于0.3％。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中在薄壁钢套筒内部浇注聚氨酯混凝土材料，自然条件下进行养护，养护时间不应少于24h。其它与具体实施方式一至八相同。
本具体实施方式自然条件下进行养护，养护时间不应少于24h，养护期间严禁雨水淋湿或浸泡。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤一中所述的混凝土桥墩为普通钢筋混凝土构件，混凝土强度得不低于C20混凝土强度。其它与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例所述的一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、凿除混凝土桥墩加固部位混凝土表面砂浆层，直至露出混凝土粗骨料，清洗混凝土桥墩表面，干燥混凝土桥墩加固部位；
二、对混凝土桥墩加固部位植入连接钢筋，取两个半圆形薄壁钢套筒，然后在半圆形薄壁钢套筒内部按梅花形布置焊接剪力钉，得到焊接剪力钉的半圆形薄壁钢套筒；所述的半圆形薄壁钢套筒焊接剪力钉间距为20cm；
所述的连接钢筋直径为10mm；所述的半圆形薄壁钢套筒为厚度为2mm的半圆形钢板；所述的半圆形薄壁钢套筒半径比混凝土桥墩加固部位半径大10cm；所述的半圆形薄壁钢套筒高度为50cm；所述的剪力钉直径为8mm；
三、在混凝土桥墩加固部位表面，将两个焊接剪力钉的半圆形薄壁钢套筒相对焊接成薄壁钢套筒，配制聚氨酯混凝土材料，在薄壁钢套筒内部浇注聚氨酯混凝土材料，自然条件下进行养护，即完成利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法；
所述的聚氨酯混凝土材料由河砂、水泥、粉煤灰、聚醚多元醇、多异氰酸酯、稳定剂和抑泡剂混合而成；所述的水泥与河砂的质量比为1:7；所述的粉煤灰与河砂的质量比为1:7；所述的聚醚多元醇与河砂的质量比为1:7；所述的多异氰酸酯与河砂的质量比为1:7；所述的稳定剂与多异氰酸酯的质量比为0.0003:1；所述的抑泡剂与多异氰酸酯的质量比为0.002:1。
步骤一中所述的混凝土桥墩为钢筋混凝土圆形墩。
步骤一中当混凝土桥墩加固部位的混凝土破碎时，破碎混凝土应该清理至只剩下与主体连接完整的混凝土；当混凝土桥墩加固部位存在小于0.2mm的裂缝时，对裂缝进行封闭处理；当混凝土桥墩加固部位存在0.2mm～2mm的裂缝时，采用灌缝处理；当混凝土桥墩加固部位存在大于2mm的裂缝时，沿着裂缝走向按照20cm等间距，向裂缝走向钻直径不小于8mm的孔，使得聚氨酯混凝土能够较好的填充裂缝。
步骤二中所述的连接钢筋为普通钢筋。
步骤二中所述的剪力钉为螺栓。
步骤三中所述的河砂的粒径为0.5mm～1.5mm；步骤三中所述的水泥为普通硅酸盐水泥。步骤三中为了保证河砂清洁度，采用水洗处理。
步骤三中所述的多异氰酸酯为万华PM-200，俗称黑料；步骤三中所述的稳定剂为磷酸；步骤三中所述的抑泡剂为硅油。
步骤三中所述的聚醚多元醇：酸值，≤5mgKOH/g；羟值，450±10mgKOH/g；步骤三中所述的多异氰酸酯：纯度，≥98.5％。
步骤三中在薄壁钢套筒内部浇注聚氨酯混凝土材料，自然条件下进行养护，养护时间不应少于24h。
步骤一中所述的混凝土桥墩为普通钢筋混凝土构件，混凝土强度得不低于C20混凝土强度。
对本实施例加固后的桥墩经过荷载试验：
钢筋混凝土圆形墩的极限承载力为520kN，利用聚氨酯混凝土材料分别加固损伤60％墩、损伤80％墩和损伤100％墩后得到的极限承载力分别为1255kN，1074kN和766KN。相对钢筋混凝土墩的极限承载力而言，分别提高了2.4倍、2.1倍和1.5倍；
钢筋混凝土圆形墩破坏前的最大轴向位移为1.72mm，利用聚氨酯混凝土材料分别加固损伤60％墩、损伤80％墩和损伤100％墩后得到的最大位移分别为1.06mm、1.34mm和1.52mm。相对钢筋混凝土圆形墩破坏时的最大轴向位移而言，分别降低了38％、22％和12％；
钢筋混凝土圆形墩破坏前的最大环向应变为2552με，利用聚氨酯混凝土材料分别加固损伤60％墩、损伤80％墩和损伤100％墩后得到的环向最大应变分别为1848με、2034με和2376με。相对钢筋混凝土圆形墩最大环向应变而言，分别降低了27.6％、20.3％和6.9％。
对加固后70.5×70.5×70.5mm立方体试块进行抗压强度试验；对加固后400×100×100mm棱柱体试块进行弯拉强度试验；对150×150×150mm混凝土块凿除砂浆后浇筑聚氨酯混凝土材料进行界面粘结试验；对150×150×150mm聚氨酯混凝土中心预埋10mm光圆钢筋进行粘结试验。试验结果表明：聚氨酯复合材料抗压强度为66MPa，抗折强度可以达到21.5MPa，与混凝土粘结强度为5.4MPa，与钢筋剪切强度为4.6MPa。

Claims (10)

1.一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法，其特征在于一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法是按照以下步骤进行的：
一、凿除混凝土桥墩加固部位混凝土表面砂浆层，直至露出混凝土粗骨料，清洗混凝土桥墩表面，干燥混凝土桥墩加固部位；
二、对混凝土桥墩加固部位植入连接钢筋，取两个半圆形薄壁钢套筒，然后在半圆形薄壁钢套筒内部按梅花形布置焊接剪力钉，得到焊接剪力钉的半圆形薄壁钢套筒；所述的半圆形薄壁钢套筒焊接剪力钉间距为半圆形薄壁钢套筒半径的1/5～1/3；
所述的连接钢筋直径为8mm～12mm；所述的半圆形薄壁钢套筒为厚度为2mm～6mm的半圆形钢板；所述的半圆形薄壁钢套筒半径比混凝土桥墩加固部位半径大10cm～30cm；所述的半圆形薄壁钢套筒高度为50cm～300cm；所述的剪力钉直径为8mm～16mm；
三、在混凝土桥墩加固部位表面，将两个焊接剪力钉的半圆形薄壁钢套筒相对焊接成薄壁钢套筒，配制聚氨酯混凝土材料，在薄壁钢套筒内部浇注聚氨酯混凝土材料，自然条件下进行养护，即完成利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法；
所述的聚氨酯混凝土材料由河砂、水泥、粉煤灰、聚醚多元醇、多异氰酸酯、稳定剂和抑泡剂混合而成；所述的水泥与河砂的质量比为1:7；所述的粉煤灰与河砂的质量比为1:7；所述的聚醚多元醇与河砂的质量比为1:7；所述的多异氰酸酯与河砂的质量比为1:7；所述的稳定剂与多异氰酸酯的质量比为(0.0002～0.0005):1；所述的抑泡剂与多异氰酸酯的质量比为(0.002～0.0035):1。
2.根据权利要求1所述的一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法，其特征在于步骤一中当混凝土桥墩加固部位的混凝土破碎时，破碎混凝土应该清理至只剩下与主体连接完整的混凝土；当混凝土桥墩加固部位存在小于0.2mm的裂缝时，对裂缝进行封闭处理；当混凝土桥墩加固部位存在0.2mm～2mm的裂缝时，采用灌缝处理；当混凝土桥墩加固部位存在大于2mm的裂缝时，沿着裂缝走向按照20cm等间距，向裂缝走向钻直径不小于8mm的孔。
3.根据权利要求1所述的一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法，其特征在于步骤二中所述的连接钢筋为普通钢筋或螺栓式锚筋。
4.根据权利要求1所述的一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法，其特征在于步骤二中所述的剪力钉为螺栓。
5.根据权利要求1所述的一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法，其特征在于步骤三中所述的河砂的粒径为0.5mm～1.5mm；步骤三中所述的水泥为普通硅酸盐水泥。
6.根据权利要求1所述的一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法，其特征在于步骤三中所述的多异氰酸酯为PM-200。
7.根据权利要求1所述的一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法，其特征在于步骤三中所述的稳定剂为磷酸。
8.根据权利要求1所述的一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法，其特征在于步骤三中所述的抑泡剂为硅油。
9.根据权利要求1所述的一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法，其特征在于步骤三中在薄壁钢套筒内部浇注聚氨酯混凝土材料，自然条件下进行养护，养护时间不应少于24h。
10.根据权利要求1所述的一种利用聚氨酯混凝土材料与薄壁钢套筒加固圆截面桥墩的方法，其特征在于步骤一中所述的混凝土桥墩为普通钢筋混凝土构件，混凝土强度得不低于C20混凝土强度。
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