CN106968455A - 海砂钢筋混凝土梁的加固结构及加固方法 - Google Patents

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邢锋
隋莉莉
罗敏慎
俞可权
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    • Y02A30/30—Adapting or protecting infrastructure or their operation in transportation, e.g. on roads, waterways or railways

Abstract

本发明涉及建筑工程技术领域，公开了一种海砂钢筋混凝土梁的加固结构，包括由上至下依次紧邻设置的海砂混凝土层和加固层，加固层包括受拉钢筋和包覆在受拉钢筋外的超高韧性水泥基复合材料层。还公开了一种海砂钢筋混凝土梁的加固方法，加固方法包括：将受拉侧钢筋周围的海砂混凝土清除，在露出的受拉钢筋外浇筑超高韧性水泥基复合材料层，并使浇筑的超高韧性水泥基复合材料层包覆在受拉钢筋外。该海砂钢筋混凝土梁的加固结构和加固方法利用ECC单独加固或FRP‑ECC组合加固海砂钢筋混凝土梁，有效修复海砂钢筋混凝土梁的承载力，增加结构的延性，抵抗氯离子及外界环境中有害介质侵蚀受拉钢筋，阻止钢筋发生二次锈蚀，提高结构的耐久性。

Description

海砂钢筋混凝土梁的加固结构及加固方法
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，特别是涉及一种海砂钢筋混凝土梁的加固结构及加固方法。
背景技术
河砂资源日益匮乏，特别是在工程建设发展速度较快的沿海地区，建筑用砂已经出现了严重短缺。为了节约经济成本，一些不良厂商用海砂或处理后氯离子含量不达标的海砂用于建筑。海砂中含有较高的氯离子会破坏钢筋表面钝化膜，导致钢筋快速锈蚀，结构承载力下降，从而出现了大批质量不合格的房屋建筑。
目前针对海砂混凝土梁常用的是直接修补法。该方法是将受拉侧海砂混凝土直接清除，将钢筋表面的锈清除干净，钢筋表面按要求涂刷钢筋防锈剂后浇筑抗渗性较高的混凝土或砂浆替换掉受拉侧钢筋周围的海砂混凝土，但是抗渗性较高的混凝土或砂浆一旦出现裂缝，就不能承担拉力，也不能有效防止上部海砂混凝土中的氯离子和外界环境中的有害介质侵蚀钢筋，因此，存在承载力不足、裂缝过大、耐久性差等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种海砂钢筋混凝土梁的加固结构及加固方法，以解决上述现有技术存在的问题，有效修复海砂钢筋混凝土梁的承载力，增加结构的延性，并抵抗海砂混凝土中的氯离子及外界环境中有害介质侵蚀受拉钢筋，从而有效阻止钢筋发生二次锈蚀，提高结构的耐久性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种海砂钢筋混凝土梁的加固结构，包括由上至下依次紧邻设置的海砂混凝土层和加固层，所述加固层包括受拉钢筋和包覆在所述受拉钢筋外的超高韧性水泥基复合材料层。
优选的，所述受拉钢筋为除锈后外部覆有防锈剂层的受拉钢筋。
优选的，所述超高韧性水泥基复合材料层下方覆有纤维增强复合材料层。
优选的，所述纤维增强复合材料层设置有多层。
优选的，所述纤维增强复合材料层为FRP片材层、FRP板材层或FRP纤维网格层。
优选的，所述超高韧性水泥基复合材料层的细骨料包括粉煤灰、硅灰和矿粉中的一种或多种。
本发明还提供一种海砂钢筋混凝土梁的加固方法，所述加固方法包括：将受拉侧钢筋周围的海砂混凝土清除，在露出的所述受拉钢筋外浇筑超高韧性水泥基复合材料层，并使浇筑的超高韧性水泥基复合材料层包覆在所述受拉钢筋外。
优选的，浇筑超高韧性水泥基复合材料层之前，对所述受拉钢筋进行除锈，除锈后在所述受拉钢筋外涂刷钢筋防锈剂，然后浇筑超高韧性水泥基复合材料层。
优选的，待浇筑的超高韧性水泥基复合材料层养护好之后，在所述超高韧性水泥基复合材料层下粘贴纤维增强复合材料层。
优选的，所述超高韧性水泥基复合材料层下粘贴多层所述纤维增强复合材料层。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的海砂钢筋混凝土梁的加固结构及加固方法，使用超高韧性水泥基复合材料(ECC-Engineered Cementitious Composites)来代替抗渗性较高的混凝土或砂浆，将受拉侧钢筋周围的海砂混凝土直接清除，并在受拉钢筋周围浇筑ECC以替换掉受拉侧钢筋周围的海砂混凝土。利用ECC单独加固，或在ECC层下粘贴纤维增强复合材料(FRP-FiberReinforced Ploymer)层，利用FRP-ECC组合加固海砂钢筋混凝土梁，均能够有效解决加固层开裂后无法承载、裂缝过大、抵抗锈蚀能力弱等问题。
混凝土梁在开裂后，由于裂缝较大往往不能继续承载。而与普通混凝土相比，ECC具有超高拉伸韧性，在开裂后可以继续承载，能够对结构承载力进行修复；同时，由于ECC的纤维桥联作用约束其自身裂缝的发展，并将桥联应力传递给临近未开裂的基体，临近基体达到开裂强度后开裂，如此循坏，ECC产生很多间距大致相等的细密裂缝，能有效阻止上部海砂混凝土中的氯离子及外界环境中有害介质侵入ECC，防止钢筋发生二次锈蚀，提高结构耐久性。
FRP轻质高强、耐腐蚀，所以外贴FRP加固技术是目前最常用的加固技术。但在外贴FRP加固混凝土梁时，往往由于弯剪裂缝的产生导致界面应力集中，使FRP层过早的剥离，FRP难以有效发挥其性能。而FRP-ECC组合形式既可以延缓FRP剥离，充分发挥FRP性能，也可以更好的修复结构至原有承载力，甚至超过原有承载力。纤维增强复合材料层(FRP层)，可以为FRP片材层、FRP板材层或FRP纤维网格层。
FRP-ECC组合性能优越：ECC层细密裂缝的产生使FRP-ECC界面应力分布均匀，可以有效延缓FRP的剥离，甚至不剥离，FRP性能得到更充分利用；同时，FRP对ECC产生强有力的约束，促使ECC开裂后能进一步产生更多细密裂缝，更好的阻止上部海砂混凝土中的氯离子及外界环境中有害介质侵入ECC锈蚀钢筋。FRP与ECC均更大程度上发挥出各自性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例一提供的海砂钢筋混凝土梁的加固结构的结构示意图；
图2为实施例二提供的海砂钢筋混凝土梁的加固结构的结构示意图；
图中：1-超高韧性水泥基复合材料(ECC)层、2-受拉钢筋、3-海砂混凝土层、4-纤维增强复合材料(FRP)层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种海砂钢筋混凝土梁的加固结构及加固方法，以解决上述现有技术存在的问题，有效修复海砂钢筋混凝土梁的承载力，增加结构的延性，并抵抗海砂混凝土中的氯离子及外界环境中有害介质侵蚀受拉钢筋，从而有效阻止钢筋发生二次锈蚀，提高结构的耐久性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
本实施例提供一种海砂钢筋混凝土梁的加固结构，如图1所示，包括由上至下依次紧邻设置的海砂混凝土层3和加固层，加固层包括受拉钢筋2和包覆在受拉钢筋2外的超高韧性水泥基复合材料(ECC-Engineered Cementitious Composites)层1。
混凝土梁在开裂后，由于裂缝较大往往不能继续承力。而与普通混凝土相比，超高韧性水泥基复合材料(ECC)具有超高拉伸韧性，在开裂后可以继续承载，能够对结构承载力进行修复；同时，由于ECC的纤维桥联作用约束其自身裂缝的发展，并将桥联应力传递给临近未开裂的基体，临近基体达到开裂强度后开裂，如此循坏，ECC产生很多间距大致相等的细密裂缝，且能有效阻止上部海砂混凝土中的氯离子及外界环境中有害介质侵入ECC，防止钢筋发生二次锈蚀，提高结构耐久性。
作为优选，本实施例提供的海砂钢筋混凝土梁的加固结构，ECC层1可以利用粉煤灰、硅灰、矿粉等作为细骨料，其细骨料可以为粉煤灰、硅灰、矿粉中的一种或粉煤灰、硅灰、矿粉中多种的混合，实现节能与环保。ECC掺加的纤维类型可以是聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维等，也可以是采用纤维混掺。
ECC是使用体积掺量不超过2％的短纤维乱向分布，具有显著的应变硬化能力，极限拉应变可稳定达到3％以上。ECC掺加的纤维类型可以是聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维等，也可以是采用纤维混掺。ECC具有很好的拉伸韧性和控裂能力，极限荷载时的裂缝宽度可以控制在100微米以内，克服了传统水泥基材料受拉软化的性能。
作为优选，本实施例提供的海砂钢筋混凝土梁的加固结构的受拉钢筋2为除锈后外部覆有防锈剂层的受拉钢筋。受拉钢筋2除锈后与ECC材料粘结更好，提高整体稳定性。
实施例二
本实施例为对实施例一进一步改进的实施例，其包括实施例一的全部内容，即本实施例提供的海砂钢筋混凝土梁的加固结构包含实施例一海砂钢筋混凝土梁的加固结构的全部结构特征，改进之处在于：
如图2所示，本实施例提供的海砂钢筋混凝土梁的加固结构的超高韧性水泥基复合材料层1下方还覆有纤维增强复合材料(FRP-Fiber Reinforced Ploymer)层4。
海砂钢筋混凝土梁如果锈蚀过于严重，ECC加固不足以提升结构至原有承载力时，可以在ECC层1下方粘贴FRP层4，例如本实施例，利用FRP-ECC这一新的组合形式进行加固。根据海砂钢筋混凝土梁的锈蚀程度，可以将纤维增强复合材料层4设置有一层或多层，锈蚀严重，可选择设置多层纤维增强复合材料层4。
FRP轻质高强、耐腐蚀，所以外贴FRP加固技术是目前最常用的加固技术。但在外贴FRP加固混凝土梁时，往往由于弯剪裂缝的产生导致界面应力集中，使FRP层过早的剥离，FRP难以有效发挥其性能。而FRP-ECC组合形式既可以延缓FRP剥离，充分发挥FRP性能，也可以更好的修复结构至原有承载力，甚至超过原有承载力。纤维增强复合材料层(FRP层)，可以为FRP片材层、FRP板材层或FRP纤维网格层。
FRP-ECC组合性能优越：ECC层细密裂缝的产生使FRP-ECC界面应力分布均匀，可以有效延缓FRP的剥离，甚至不剥离，FRP性能得到更充分利用；同时，FRP对ECC产生强有力的约束，促使ECC开裂后能进一步产生更多细密裂缝，更好的阻止上部海砂混凝土中的氯离子及外界环境中有害介质侵入ECC锈蚀钢筋。FRP与ECC均更大程度上发挥出各自性能。
若海砂钢筋混凝土梁锈蚀程度一般，仅采用ECC对其进行加固就能够修复结构至原有承载力，且能够防止受拉钢筋2二次锈蚀。如果海砂钢筋混凝土梁锈蚀过于严重，单凭ECC加固不足以提升结构至原有承载力，可利用FRP进行二次加固，在ECC层1底部外贴FRP层4，FRP层4与ECC层1共同作用修复结构承载力。该FRP-ECC组合形式使ECC在开裂后产生更多且更细密的裂缝，更好的防止受拉钢筋2二次锈蚀，同时也能延缓FRP剥离，最大程度上利用FRP的材性。本发明能有效修复海砂钢筋混凝土梁的承载力，增加结构的延性，并抵抗上部海砂混凝土层3中的氯离子及外界环境中有害介质侵蚀受拉钢筋2，从而有效阻止受拉钢筋2发生二次锈蚀，提高结构的耐久性。该加固方式可用于“海砂屋”及一般锈蚀钢筋混凝土梁加固，主要服务于海岛和沿海建筑的加固。
实施例三
本实施例提供一种海砂钢筋混凝土梁的加固方法，将受拉侧钢筋2周围的海砂混凝土清除后涂钢筋防锈剂，在露出的受拉钢筋外浇筑超高韧性水泥基复合材料(ECC-Engineered Cementitious Composites)层1，并使浇筑的超高韧性水泥基复合材料层1包覆在受拉钢筋2外。
ECC具有超高拉伸韧性，在开裂后可以继续承载，能够对结构承载力进行修复；同时，由于ECC的纤维桥联作用约束其自身裂缝的发展，并将桥联应力传递给临近未开裂的基体，临近基体达到开裂强度后开裂，如此循坏，ECC产生很多间距大致相等的细密裂缝，能有效阻止上部海砂混凝土中的氯离子及外界环境中有害介质侵入ECC，防止钢筋发生二次锈蚀，提高结构耐久性。
在浇筑超高韧性水泥基复合材料层1之前，对受拉钢筋2进行除锈，除锈后在受拉钢筋2外涂刷钢筋防锈剂，然后浇筑超高韧性水泥基复合材料层1。受拉钢筋2除锈后与ECC材料粘结更好，提高整体稳定性，在受拉钢筋2外涂刷钢筋防锈剂可进一步保护受拉钢筋2，防止其被氯离子腐蚀。
作为优选，本实施例提供的海砂钢筋混凝土梁的加固方法，待浇筑的超高韧性水泥基复合材料层1养护好之后，在超高韧性水泥基复合材料层1下粘贴纤维增强复合材料(FRP-Fiber Reinforced Ploymer)层4。
超高韧性水泥基复合材料层1下可粘贴一层或多层纤维增强复合材料层4。
海砂钢筋混凝土梁如果锈蚀过于严重，ECC加固不足以提升结构至原有承载力时，可以在ECC层1下方粘贴FRP层4，利用FRP-ECC这一新的组合形式进行加固。根据海砂钢筋混凝土梁的锈蚀程度，可以将纤维增强复合材料层4设置有一层或多层，锈蚀严重，可选择设置多层纤维增强复合材料(FRP)层4。
FRP轻质高强、耐腐蚀，所以外贴FRP加固技术是目前最常用的加固技术。但在外贴FRP加固混凝土梁时，往往由于弯剪裂缝的产生导致界面应力集中，使FRP层过早的剥离，FRP难以有效发挥其性能。而FRP-ECC组合形式既可以延缓FRP剥离，充分发挥FRP性能，也可以更好的修复结构至原有承载力，甚至超过原有承载力。纤维增强复合材料层(FRP层)，可以为FRP片材层、FRP板材层或FRP纤维网格层。
FRP-ECC组合性能优越：ECC层细密裂缝的产生使FRP-ECC界面应力分布均匀，可以有效延缓FRP的剥离，甚至不剥离，FRP性能得到更充分利用；同时，FRP对ECC产生强有力的约束，促使ECC开裂后能进一步产生更多细密裂缝，更好的阻止上部海砂混凝土中的氯离子及外界环境中有害介质侵入ECC锈蚀钢筋。FRP与ECC均更大程度上发挥出各自性能。
作为优选，本实施例提供的海砂钢筋混凝土梁的加固结构，ECC层1可以利用粉煤灰、硅灰、矿粉等作为细骨料，其细骨料可以为粉煤灰、硅灰、矿粉中的一种或粉煤灰、硅灰、矿粉中多种的混合，实现节能与环保。ECC掺加的纤维类型可以是聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维等，也可以是采用纤维混掺。
ECC是使用体积掺量不超过2％的短纤维乱向分布，具有显著的应变硬化能力，极限拉应变可稳定达到3％以上。ECC掺加的纤维类型可以是聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维等，也可以是采用纤维混掺。ECC具有很好的抗拉韧性和控裂能力，极限荷载时的裂缝宽度可以控制在100微米以内，克服了传统水泥基材料受拉软化的性能。
若海砂钢筋混凝土梁锈蚀程度一般，仅采用ECC对其进行加固就能够修复结构至原有承载力，且能够防止受拉钢筋2二次锈蚀。如果海砂钢筋混凝土梁锈蚀过于严重，单凭ECC加固不足以提升结构至原有承载力，可利用FRP进行二次加固，在ECC层1底部外贴FRP层4，FRP层4与ECC层1共同作用修复结构承载力。该FRP-ECC组合形式使ECC在开裂后产生更多且更细密的裂缝，更好的防止受拉钢筋二次锈蚀，同时也能延缓FRP剥离，最大程度上利用FRP的材性。本发明能有效修复海砂钢筋混凝土梁的承载力，增加结构的延性，并抵抗上部海砂混凝土中的氯离子及外界环境中有害介质侵蚀受拉钢筋2，从而有效阻止受拉钢筋2发生二次锈蚀，提高结构的耐久性。该加固方法可用于“海砂屋”及一般锈蚀钢筋混凝土梁加固，主要服务于海岛和沿海建筑的加固。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种海砂钢筋混凝土梁的加固结构，其特征在于：包括由上至下依次紧邻设置的海砂混凝土层和加固层，所述加固层包括受拉钢筋和包覆在所述受拉钢筋外的超高韧性水泥基复合材料层。
2.根据权利要求1所述的海砂钢筋混凝土梁的加固结构，其特征在于：所述受拉钢筋为除锈后外部覆有防锈剂层的受拉钢筋。
3.根据权利要求1所述的海砂钢筋混凝土梁的加固结构，其特征在于：所述超高韧性水泥基复合材料层下方覆有纤维增强复合材料层。
4.根据权利要求3所述的海砂钢筋混凝土梁的加固结构，其特征在于：所述纤维增强复合材料层设置有多层。
5.根据权利要求3所述的海砂钢筋混凝土梁的加固结构，其特征在于：所述纤维增强复合材料层为FRP片材层、FRP板材层或FRP纤维网格层。
6.根据权利要求1所述的海砂钢筋混凝土梁的加固结构，其特征在于：所述超高韧性水泥基复合材料层的细骨料包括粉煤灰、硅灰和矿粉中的一种或多种。
7.一种海砂钢筋混凝土梁的加固方法，其特征在于，所述加固方法包括：将受拉侧钢筋周围的海砂混凝土清除，在露出的所述受拉钢筋外浇筑超高韧性水泥基复合材料层，并使浇筑的超高韧性水泥基复合材料层包覆在所述受拉钢筋外。
8.根据权利要求7所述的海砂钢筋混凝土梁的加固方法，其特征在于：浇筑超高韧性水泥基复合材料层之前，对所述受拉钢筋进行除锈，除锈后在所述受拉钢筋外涂刷钢筋防锈剂，然后浇筑超高韧性水泥基复合材料层。
9.根据权利要求7所述的海砂钢筋混凝土梁的加固方法，其特征在于：待浇筑的超高韧性水泥基复合材料层养护好之后，在所述超高韧性水泥基复合材料层下粘贴纤维增强复合材料层。
10.根据权利要求9所述的海砂钢筋混凝土梁的加固方法，其特征在于：所述超高韧性水泥基复合材料层下粘贴多层所述纤维增强复合材料层。
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