CN106928873A - 一种混凝土构件粘钢加固施工方法 - Google Patents

一种混凝土构件粘钢加固施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混凝土构件粘钢加固施工方法，包括如下步骤：打磨混凝土构件表面对混凝土构件进行卸荷或支撑；对钢板的粘接面进行清污；制备A级胶粘剂和B级胶粘剂，检验并在40‑50min内使用；将A级胶粘剂和B级胶粘剂分别涂刷至混凝土构件的表面和钢板的粘接面，中间厚，边缘薄，并将混凝土构件的表面和钢板的粘接面采用夹具或支撑架施加压力，挤出多余的A级胶粘剂和B级胶粘剂；固化A级胶粘剂和B级胶粘剂，撤销压力；涂刷防锈剂。本发明具有固化时间短、粘接能力强的优点，可使钢板与混凝土构件之间具有良好的整体性，不易使混凝土构件产生应力集中的现象，使两者共同工作。

Description

一种混凝土构件粘钢加固施工方法
技术领域
本发明涉及混凝土构件加固技术领域，更具体地说，它涉及一种混凝土构件粘钢加固施工方法。
背景技术
建筑物的加固改造，虽是人类有建筑史以来便已出现的一个传统专业，但因受建筑业以及科学技术发展的限制，致使其仅在近几十年才初具规模。随着加固技术、加固理论、加固设计、加固施工等方面研究的蓬勃发展，建筑物的加固改造业逐渐形成为属结构工程专业的一门分支学科。
建筑物加固是使受损建筑重新恢复作用，即使失去部分抗力的结构重新获得原有的构件抗力，甚至超过原有抗力。
目前，通常采用胶粘、膨胀螺栓锚固、胶栓共同粘锚的方法对公路桥梁、吊车梁、抗震结构等进行加固处理。
授权公告号为CN1176293C、授权公告日为2004年11月17日的中国专利公开了一种钢筋混凝土结构外铆钢板加固法，在混凝土构件外部通过铆钉将加固钢板条铆接在混凝土构件的表面上，所述铆钉的铆头部分一半为半圆柱形，另一半为半圆锥形；其铆钉体部分的横截面为矩形；且其铆头与铆钉体四个平面间的过渡段均为斜面结构。
现有技术中，采用铆钉对混凝土构件进行连接，然而，由于铆钉伸入混凝土内，但其抗疲劳性能较差，易使加固端受到突然的外力作用，应力过于集中而发生断裂，从而造成难以恢复的毁坏。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种混凝土构件粘钢加固施工方法，胶粘剂具有固化时间短、粘接能力强的优点，可使钢板与混凝土构件之间具有良好的整体性，不易使混凝土构件产生应力集中的现象，使两者共同工作。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种混凝土构件粘钢加固施工方法，包括如下步骤：
步骤一，打磨混凝土构件表面，去除混凝土构件表面松浮物，干燥；
步骤二，对钢板的粘接面进行清污、除锈、打磨，去除钢板粘接面的松浮物；
步骤三，对步骤一中获得的混凝土构件进行卸荷或支撑；
步骤四，制备A级胶粘剂：
S1，将重量份数为5-8份的三氮化硼乙胺络合物、12-18份聚酰胺、10-15份脂肪族胺类、2-6份纳米二氧化钛、0.5-1份纳米微晶纤维素胶体混合均匀，形成第一混合物；
S2，将步骤S1中获得的第一混合物加入至重量份数为45-52份的环氧树脂E-51中，充分混合，获得第二混合物；
S3，将重量份数为5-8份的钠基蒙脱土加入至步骤S2中获得的第二混合物中，充分混合，获得；
制备B级胶粘剂：
将重量份数为1-3份的核壳橡胶、12-16份纳米二氧化硅、15-20份纳米碳酸钙、11-15份膨润土依次加入重量份数为65-73份CTBN接枝环氧树脂中，充分混合，获得；
步骤五，将步骤四中获得的A级胶粘剂涂刷至步骤一中处理后的混凝土构件的表面，中间厚，边缘薄；将B级胶粘剂涂刷至步骤二中处理后的钢板的粘接面上，中间厚，边缘薄，并粘贴至已经涂刷有A级胶粘剂的混凝土构件上，采用夹具或支撑架施加压力，挤出多余的A级胶粘剂和B级胶粘剂，粘贴一小时后检查并补充A级胶粘剂和B级胶粘剂，获得初步加固混凝土构件；
步骤六，固化A级胶粘剂和B级胶粘剂，撤销压力，获得加固混凝土构件成品；
步骤七，对步骤六中获得的加固混凝土构件成品涂刷防锈剂；
所述步骤四中的步骤S1中，纳米微晶纤维素胶体中含有纳米微晶纤维素5-7wt％。
通过上述技术方案，A级胶粘剂与混凝土之间具有良好的粘接效果，B级胶粘剂与钢板之间具有良好的粘接效果A级胶粘剂中，三氮化硼乙胺络合物、脂肪族胺类、聚酰胺相互作用，有助于提高A剂胶粘剂的粘接效果。纳米二氧化钛与纳米微晶纤维素胶体相互配合，可提高A级胶粘剂中各组分之间的分散均匀性，且与钠基蒙脱土相互配合，使A级胶粘剂具有更好的膨胀性和粘性，便于使A级胶粘剂与B级胶粘剂在加压过程中形成更为充分的连接。B级胶粘剂中的核壳橡胶与纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、膨润土相互作用，不仅有助于提高B级胶粘剂中组分的分散效果，还可提高B级胶粘剂的粘接能力。
此外，脂肪族胺类与B级胶粘剂中的CTBN接枝环氧树脂接触后产出热量，B级胶粘剂中的碳酸钙遇到A级胶粘剂中纳米微晶纤维素胶体中的水分时，也易产生热量，因此，可达到升温的目的，有助于使A级胶粘剂与B级胶粘剂形成良好的柔然性和流动性，增大接触面积，促进A级胶粘剂与B级胶粘剂的粘接效果。同时也有助于缩短固化时间，从而缩短工期，降低劳动成本。经研究(粘接强度、固化时间试验)发现，当与A级胶粘剂粘接的混凝土构件、与B级胶粘剂粘接的钢板，相互粘接后，使混凝土构件形成良好的整体性并受力均匀，且不易使混凝土构件产生应力集中的现象，使两者可共同工作，延长被加固后的混凝土构件的使用寿命。
进一步优选为：所述步骤四中的步骤S1中的脂肪族胺类包括乙二胺、三亚乙基四胺、多异氰酸酯中的两种或多种。
通过上述技术方案，乙二胺、三亚乙基四胺、多异氰酸酯均具有良好的固化效果，并且与CTBN接枝环氧树脂接触后，可产生热量，促进A级胶粘剂与B级胶粘剂之间的粘接性，进而提高混凝土构件的加固效果。
进一步优选为：所述步骤五中，A级胶粘剂的厚度为0.5-1.5mm。
通过上述技术方案，粘贴钢板所占空间小，几乎不增加构件的端面尺寸和重量，不易影响建筑物的使用净空间，也不易影响混凝土构件的外观。
进一步优选为：所述步骤五中，B级粘接胶的厚度为0.5-2mm。
通过上述技术方案，与相应厚度的A级粘接胶相互配合，从而有助于减小经加固处理后的混凝土构件与钢板之间的粘接厚度，有助于提高混凝土构件与钢板的整体性。同时，在厚度范围内的A级胶粘剂与B级胶粘剂相互作用，有助于节约A级胶粘剂与B级胶粘剂的用量，从而减少浪费，降低操作成本，提高经济效益。
进一步优选为：所述步骤五中压力的范围为0.05-0.1MPa。
通过上述技术方案，在该压力范围内，可对分别粘接有A级胶粘剂与B级胶粘剂的混凝土构件和钢板形成良好的粘接，不易造成A级胶粘剂与B级胶粘剂的过多浪费，且还可缩短固化时间，并提高A级胶粘剂与B级胶相互之间的力学强度。
进一步优选为：所述步骤六中的固化的条件为：固化温度为25±2℃。
通过上述技术方案，经研究(粘接强度、固化时间试验)发现，经该固化温度范围内的分别粘接有A级胶粘剂与B级胶粘剂的混凝土构件和钢板，达到初步固化所需的时间缩短，有助于缩短工期，适用于应急的加固工程。
进一步优选为：所述步骤六中的固化的条件为：固化温度为5±2℃。
通过上述技术方案，经研究(粘接强度、固化时间试验)发现，经该固化温度范围内的分别粘接有A级胶粘剂与B级胶粘剂的混凝土构件和钢板，达到初步固化所需的时间也较短，有助于缩短工期，适用于气温较低情况下的施工。
进一步优选为：所述步骤七中的防锈剂选取亚硝酸钙或者M15水泥砂浆。
通过上述技术方案，亚硝酸钙、M15水泥砂浆均具有良好的隔绝空气的作用，减少外界潮湿的空气或者水分对经粘钢加固处理后的混凝土构件的侵蚀，有助于延长使用寿命。
进一步优选为：所述亚硝酸钙的涂刷次数为3次。
通过上述技术方案，经研究(粘接强度、固化时间试验)发现，亚硝酸钙的涂刷次数为3次时，可达到良好的保护作用，有助于保护粘接部位的力学强度，还可减少对亚硝酸钙的浪费，降低操作施工成本。
进一步优选为：所述M15水泥砂浆的涂刷厚度为30mm。
通过上述技术方案，经研究(粘接强度、固化时间试验)发现，当15水泥砂浆的涂刷厚度为30mm时，不仅可达到良好的经济效益，还可对粘接部位的力学强度起到保护和保持的效果。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、胶粘剂固化时间短，有助于缩短施工工期，适用于应急的加固工程；
2、胶粘剂的成本较低，且施工工艺简单，有助于降低成本，具有良好的经济效益；
3、胶粘剂粘结强度大，将钢板与混凝土构件牢固粘接形成整体，受力均匀，且不易使混凝土构件产生应力集中的现象，使两者共同工作；
4、粘贴钢板所占空间小，几乎不增加构件的端面尺寸和重量，不易影响建筑物的使用净空间，也不易影响混凝土构件的外观。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，采用如下步骤：
步骤一，打磨混凝土构件表面，去除混凝土构件表面松浮物，干燥；
步骤二，对钢板的粘接面进行清污、除锈、打磨，去除钢板粘接面的松浮物；
步骤三，对步骤一中获得的混凝土构件进行卸荷或支撑；
步骤四，制备A级胶粘剂：
S1，将三氮化硼乙胺络合物、聚酰胺、脂肪族胺类(包括乙二胺、三亚乙基四胺、多异氰酸酯)、纳米二氧化钛、纳米微晶纤维素胶体(含有纳米微晶纤维素7wt％)混合均匀，形成第一混合物；
S2，将步骤S1中获得的第一混合物加入至环氧树脂E-51中，充分混合，获得第二混合物；
S3，将钠基蒙脱土加入至步骤S2中获得的第二混合物中，充分混合，获得；
制备B级胶粘剂：
将核壳橡胶、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、膨润土依次加入CTBN接枝环氧树脂中，充分混合，获得；
步骤五，将步骤四中获得的A级胶粘剂涂刷至步骤一中处理后的混凝土构件的表面，A级胶粘剂的厚度为1mm，中间厚，边缘薄；将B级胶粘剂涂刷至步骤二中处理后的钢板的粘接面上，B级粘接胶的厚度为1.5mm，中间厚，边缘薄，并粘贴至已经涂刷有A级胶粘剂的混凝土构件上，采用夹具或支撑架施加压力，压力为0.75MPa，挤出多余的A级胶粘剂和B级胶粘剂，粘贴一小时后检查并补充A级胶粘剂和B级胶粘剂，获得初步加固混凝土构件；
步骤六，在固化温度为25℃的条件下，固化A级胶粘剂和B级胶粘剂，撤销压力，获得加固混凝土构件成品；
步骤七，对步骤六中获得的加固混凝土构件成品涂刷20mm厚的M15水泥砂浆。
其中，A级胶粘剂中的组分及其相应的重量份数如表1所示，B级胶粘剂中的组分及其相应的重量份数如表2所示。
实施例2-3：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，A级胶粘剂中的组分及其相应的重量份数如表1所示，B级胶粘剂中的组分及其相应的重量份数如表2所示。
表1实施例1-3中A级胶粘剂中的组分及其相应的重量份数
表2实施例1-3中B级胶粘剂中的组分及其相应的重量份数
其中，纳米微晶纤维素胶体由华南理工大学制浆造纸国家重点实验室提供。
实施例4：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤五中，A级胶粘剂的厚度为0.5mm，B级粘接胶的厚度为0.5mm。
实施例5：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤五中，A级胶粘剂的厚度为1.5mm，B级粘接胶的厚度为2mm。
实施例6：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤五中，压力为0.05MPa。
实施例7：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤五中，压力为0.1MPa。
实施例8：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤六中，固化温度为23℃。
实施例9：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤六中，固化温度为27℃。
实施例10：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤六中，固化温度为5℃。
实施例11：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤六中，固化温度为7℃。
实施例12：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤六中，固化温度为3℃。
实施例13：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤四的步骤S1中，纳米微晶纤维素胶体中含有纳米微晶纤维素5wt％。
实施例14：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤四的步骤S1中，纳米微晶纤维素胶体中含有纳米微晶纤维素6wt％。
实施例15：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤四的步骤S1中，脂肪族胺类为乙二胺、三亚乙基四胺。
实施例16：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤四的步骤S1中，脂肪族胺类为乙二胺、多异氰酸酯。
实施例17：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤四的步骤S1中，脂肪族胺类为三亚乙基四胺、多异氰酸酯。
实施例18：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤七中，涂刷3层亚硝酸钙。
对比例1：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，胶粘剂选用重量份数为52份的双酚A型环氧树脂、14份纳米二氧化硅，相互混合均匀，获得。
对比例2-7：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，A级胶粘剂中的组分及其相应的重量份数如表3所示。
表3对比例2-7中A级胶粘剂中的组分及其相应的重量份数
对比例8-11：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，B级胶粘剂中的组分及其相应的重量份数如表4所示。
表4对比例8-11中A级胶粘剂中的组分及其相应的重量份数
对比例12：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤五中，A级胶粘剂的厚度为0.2mm，B级胶粘剂的厚度为0.2mm。
对比例13：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤五中，压力为0.01Mpa。
对比例14：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤六中，固化温度为75℃。
对比例15：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤六中，固化温度为0℃。
对比例16：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤四的步骤S1中，纳米微晶纤维素胶体中含有纳米微晶纤维素0.05wt％。
对比例17：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤四的步骤S1中，纳米微晶纤维素胶体中含有纳米微晶纤维素10wt％。
对比例18：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤四的步骤S1中，脂肪族胺类为乙二胺。
对比例19：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤四的步骤S1中，脂肪族胺类为三亚乙基四胺。
对比例20：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤四的步骤S1中，脂肪族胺类为多异氰酸酯。
对比例21：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤七中，亚硝酸钙的涂刷次数为1次。
对比例22：一种混凝土构件粘钢加固施工方法，与实施例1的区别在于，步骤七中，M15水泥砂浆的涂刷厚度为10mm。
粘接强度、固化时间试验
试验方法：在固化温度为25℃的条件下，选取混凝土构件120块，平均分成三组，每组中，18块混凝土构件分别用于实施例1-18，22块混凝土构件则分别用于对比例1-22。在每块混凝土构件的三个强度等级均为C20的基面上，分别粘接一块尺寸为100mm×100mm的钢板，钢板的强度等级均为C20。每组混凝土构件，首先分别在每块钢板中心位置焊接一根800mm长的钢筋，而后分别采用实施例1-18、对比例1-22中的施工工艺，将三块钢板分别粘在混凝土基面上，测试实施例1-18、对比例1-22中的相应的固化时间。经固话72h后，采用现场拉拔仪进行抗拉和抗切试验。若粘钢试验的破坏发生在混凝土上，则粘钢试验属于合格。
试验结果：实施例1-18中的抗拉强度、剪切强度、固化时间如表5所示；对比例1-22中的抗拉强度、剪切强度、固化时间如表6所示。由表5和表6可知，实施例1-18中，粘钢试验的破坏均发生在混凝土上，因此，粘钢试验均合格。且在实施例1-18中，经粘钢加固后，使用的A级胶粘剂与B级胶粘剂可使混凝土构件与钢板形成良好的整体性，使被加固后的混凝土构件达到良好的抗拉强度和剪切强度，且在较短时间内发生固化。而对比例1-22中，难以使混凝土构件与钢板通过相应的胶粘剂进行粘接，并且固化需要更长的时间，延长施工工期，降低经济效益，此外，对比例1-22中的混凝土构件经相应的加固处理后，难以达到良好的抗拉强度和剪切强度，难以承受应力集中的现象，从而难以降低不可逆转的灾难发生的概率。
表5实施例1-18中的抗拉强度、剪切强度、固化时间
表6对比例1-22中的抗拉强度、剪切强度、固化时间
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种混凝土构件粘钢加固施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，打磨混凝土构件表面，去除混凝土构件表面松浮物，干燥；
步骤二，对钢板的粘接面进行清污、除锈、打磨，去除钢板粘接面的松浮物；
步骤三，对步骤一中获得的混凝土构件进行卸荷或支撑；
步骤四，制备A级胶粘剂：
S1，将重量份数为5-8份的三氮化硼乙胺络合物、12-18份聚酰胺、10-15份脂肪族胺类、2-6份纳米二氧化钛、0.5-1份纳米微晶纤维素胶体混合均匀，形成第一混合物；
S2，将步骤S1中获得的第一混合物加入至重量份数为45-52份的环氧树脂E-51中，充分混合，获得第二混合物；
S3，将重量份数为5-8份的钠基蒙脱土加入至步骤S2中获得的第二混合物中，充分混合，获得；
制备B级胶粘剂：
将重量份数为1-3份的核壳橡胶、12-16份纳米二氧化硅、15-20份纳米碳酸钙、11-15份膨润土依次加入重量份数为65-73份CTBN接枝环氧树脂中，充分混合，获得；
步骤五，将步骤四中获得的A级胶粘剂涂刷至步骤一中处理后的混凝土构件的表面，中间厚，边缘薄；将B级胶粘剂涂刷至步骤二中处理后的钢板的粘接面上，中间厚，边缘薄，并粘贴至已经涂刷有A级胶粘剂的混凝土构件上，采用夹具或支撑架施加压力，挤出多余的A级胶粘剂和B级胶粘剂，粘贴一小时后检查并补充A级胶粘剂和B级胶粘剂，获得初步加固混凝土构件；
步骤六，固化A级胶粘剂和B级胶粘剂，撤销压力，获得加固混凝土构件成品；
步骤七，对步骤六中获得的加固混凝土构件成品涂刷防锈剂；
所述步骤四中的步骤S1中，纳米微晶纤维素胶体中含有纳米微晶纤维素5-7wt％。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土构件粘钢加固施工方法，其特征在于，所述步骤四中的步骤S1中的脂肪族胺类包括乙二胺、三亚乙基四胺、多异氰酸酯中的两种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土构件粘钢加固施工方法，其特征在于，所述步骤五中，A级胶粘剂的厚度为0.5-1.5mm。
4.根据权利要求3所述的一种混凝土构件粘钢加固施工方法，其特征在于，所述步骤五中，B级粘接胶的厚度为0.5-2mm。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土构件粘钢加固施工方法，其特征在于，所述步骤五中压力的范围为0.05-0.1MPa。
6.根据权利要求1所述的一种混凝土构件粘钢加固施工方法，其特征在于，所述步骤六中的固化的条件为：固化温度为25±2℃。
7.根据权利要求1所述的一种混凝土构件粘钢加固施工方法，其特征在于，所述步骤六中的固化的条件为：固化温度为5±2℃。
8.根据权利要求1所述的一种混凝土构件粘钢加固施工方法，其特征在于，所述步骤七中的防锈剂选取亚硝酸钙或者M15水泥砂浆。
9.根据权利要求8所述的一种混凝土构件粘钢加固施工方法，其特征在于，所述亚硝酸钙的涂刷次数为3次。
10.根据权利要求8所述的一种混凝土构件粘钢加固施工方法，其特征在于，所述M15水泥砂浆的涂刷厚度为30mm。
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