CN107382187A - 基于绿色高性能纤维增强水泥基复合材料的混凝土柱加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于绿色高性能纤维增强水泥基复合材料的混凝土柱加固方法，包括如下步骤：用钻机凿掉破坏后柱表面松动的混凝土，露出坚实的结构层；对柱表面进行除杂处理、清理掉浮尘和松动的石子；在塑性铰区支模板；浇筑前用水冲刷柱面，使柱保持湿润状态且无流动水存在；在柱塑性铰区浇筑一定厚度的GHPFRCC，边浇筑边振捣，保证GHPFRCC浇筑密实；浇筑完12h内加以覆盖并保湿养护，保湿养护7d后拆除模板。本发明利用GHPFRCC局部替换掉原构件被破坏的混凝土，对钢筋混凝土柱实施局部加固，在不加大柱截面尺寸的情况下，能大幅度提高混凝土柱的承载能力；并有效提高原构件的抗震能力和耐久性。

Description

基于绿色高性能纤维增强水泥基复合材料的混凝土柱加固 方法

技术领域

本发明涉及结构工程领域，具体涉及一种基于绿色高性能纤维增强水泥基复合材料的混凝土柱加固方法。

背景技术

混凝土作为应用最广泛的土木工程材料，主要由水泥、砂、石子等原料配制而成，具有耐火性好、就地取材等优点，同时也具有抗裂性差、脆性大等缺点。GHPFRCC(GreenHigh-performance Fiber-reinforced Cementitious Composites)是一种高性能纤维增强水泥基复合材料，以水泥、粉煤灰、PVA纤维等为主要原料制成，具有抗拉强度高、韧性好、裂缝无害化分散能力强等优点，能有效提高结构的耗能能力、承载能力、变形能力以及耐久性。GHPFRCC在实际工程中得到越来越广泛的应用。

目前常用的混凝土加固方法有增大截面加固法、置换混凝土加固法、外粘型钢加固法、粘贴纤维复合材加固法、增设支点加固法等。但是，这些加固方法一般只能提高原结构(或构件)的承载能力和刚度，对结构(或构件)的抗震性能和延性提高有限。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于绿色高性能纤维增强水泥基复合材料的混凝土柱加固方法，利用GHPFRCC的韧性和裂缝无害化分散能力，对钢筋混凝土柱实施局部加固，在不加大柱截面尺寸的情况下，能大幅度提高混凝土柱的承载能力；

并有效提高原构件的抗震能力和耐久性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于绿色高性能纤维增强水泥基复合材料的混凝土柱加固方法，包括如下步骤：

S1、用钻机凿掉破坏后柱表面松动的混凝土，露出坚实的结构层；

S2、对柱表面进行除杂处理、清理掉浮尘和松动的石子；

S3、在塑性铰区支模板；

S4、浇筑前用水冲刷柱面，使柱保持湿润状态且无流动水存在；

S5、在柱塑性铰区浇筑一定厚度的GHPFRCC，边浇筑边振捣，保证GHPFRCC浇筑密实；

S6、浇筑完12h内加以覆盖并保湿养护，保湿养护7d后拆除模板。

其中，所述GHPFRCC由水泥、粉煤灰、石英砂、PVA纤维、水、减水剂配置而成，按质量百分比计，水∶水泥∶粉煤灰∶石英砂∶减水剂＝0.24∶0.4∶0.6∶0.46∶0.001；以水泥、粉煤灰、石英砂、水混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的体积掺量为1.7％。

优选地，所述水泥采用P.042.5普通硅酸盐水泥，所述粉煤灰采用一级粉煤灰，所述石英砂采用80-140目的精制石英砂，所述PVA纤维采用日本可乐丽公司生产的RECS15×12维纶短纤，所述减水剂采用浓度为40％的聚羧酸高效减水剂。

其中，所述GHPFRCC通过以下方法制备所得：

S1、按权利要求2所述的配方称取水泥、粉煤灰、石英砂、PVA纤维、水和减水剂；

S2、将称取的水泥、粉煤灰、石英砂干拌1-3min后，加入称取的减水剂和75％的水搅拌至流塑状态；然后加入剩余25％的水，搅拌3-5min；缓慢撒入PVA纤维，搅拌至均匀，即得。

本发明具有以下有益效果：

利用GHPFRCC局部替换掉原构件被破坏的混凝土，对钢筋混凝土柱实施局部加固，在不加大柱截面尺寸的情况下，能大幅度提高混凝土柱的承载能力；并有效提高原构件的抗震能力和耐久性。

附图说明

图1为本发明实施例中GHPFRCC加固钢筋混凝土柱示意图。

图2为图1中1-1的剖面图。

图3为本发明实施例中钢筋混凝土柱截面及配筋示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的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。应当理解，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。

实施例1

取一根C30钢筋混凝土柱(具体配筋和截面尺寸见图1，其中，混凝土强度C30，保护层厚度为30mm，共需12根，其中3根不做保护层)，柱高900mm，截面尺寸为200mm×200mm。钢筋采用直径10mm的HRB400级钢，箍筋选用HRB300，直径6mm。在MTS试验机上进行低周反复荷载试验，直至破坏。对震损后的混凝土柱采用本发明的加固方法进行加固，具体包括如下步骤：

S1、配置GHPFRCC：

S11按水∶水泥∶粉煤灰∶石英砂∶减水剂(质量百分比)＝0.24∶0.4∶0.6∶0.46∶0.001称取水、水泥、粉煤灰、石英砂和减水剂，并以水泥、粉煤灰、石英砂、水混合均匀后的总体积为基数，按PVA纤维的体积掺量为1.7％称取PVA纤维；

S12、将称取的水泥、粉煤灰、石英砂干拌1-3min后，加入称取的减水剂和75％的水搅拌至流塑状态；然后加入剩余25％的水，搅拌3-5min；缓慢撒入PVA纤维，搅拌至均匀，即得GHPFRCC；

GHPFRCC力学性能试验及结果：

(1)采用70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方体试件，标准养护28d，进行立方体抗压试验，测得GHPFRCC的抗压强度为42.15MPa；

(2)采用尺寸为400mm×100mm×100mm的棱柱体试件进行四点弯曲试验，标准养护28d，测得抗弯强度为14.5MPa，跨中受拉区表现出应变硬化和多裂缝开裂特征；

(3)70.7mm×70.7mm×213.8mm的棱柱体，用于测定GHPFRCC的弹性模量，试验测得GHPFRCC的轴心抗压强度44.2MPa，弹性模量2.91×10⁴MPa；

(4)采用哑铃形(350mm×30mm×15mm)试件测得GHPFRCC抗拉强度为3.02MPa，极限拉应变高达5.0％，远远大于混凝土的极限拉应变0.01％-0.015％，说明GHPFRCC有很好的变形能力。

以上试验结果说明，GHPFRCC有较高的抗压强度，其极限拉应变远大于普通混凝土，试件受压、受拉、受弯破坏均呈多缝开裂状态，没有出现类似混凝土的脆性破坏，表现出很好的韧性。

S2、用水钻机凿掉柱表面被压酥、压碎的混凝土，露出里面坚实的结构层；

S3、清除掉柱表面的浮浆、浮尘，并用水清洗，使柱面保持湿润状态；

S4、在塑性铰区域支模板；

S5、浇筑GHPFRCC，加固高度为500mm，厚度为30mm，在浇筑过程中敲打模板外侧，使GHPFRCC均匀密实的分布于柱周围，保湿养护7d，拆除模板(如图2-图3示)；

S6、养护28d后，对加固柱进行低周反复荷载试验，将本具体实施所得的混凝土柱进行加载试验，加载过程中，混凝土柱未出现大面积剥落现象，只在即将破坏时有少量碎渣掉落。裂缝呈现细密多的特点，多是平行裂缝，很少有贯通裂缝，即使有贯通裂缝其宽度也不大。

加固前开裂荷载为15.52KN，加固后开裂荷载为32.33KN，初期抗裂能力显著提高，这对于提高构件的耐久性具有重要意义；加固后，承载力较之加固前提高6.6％，极限位移提高20％；延缓了刚度的衰减，提高了构件延性，耗能能力显著提高；由于纤维的存在，裂缝具有自愈合能力，这对于提高结构的耐久性能至关重要。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.基于绿色高性能纤维增强水泥基复合材料的混凝土柱加固方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、用钻机凿掉破坏后柱表面松动的混凝土，露出坚实的结构层；

S2、对柱表面进行除杂处理、清理掉浮尘和松动的石子；

S3、在塑性铰区支模板；

S4、浇筑前用水冲刷柱面，使柱保持湿润状态且无流动水存在；

S5、在柱塑性铰区浇筑一定厚度的GHPFRCC，边浇筑边振捣，保证GHPFRCC浇筑密实；

S6、浇筑完12h内加以覆盖并保湿养护，保湿养护7d后拆除模板。

2.如权利要求1所述的基于绿色高性能纤维增强水泥基复合材料的混凝土柱加固方法，其特征在于，所述GHPFRCC由水泥、粉煤灰、石英砂、PVA纤维、水、减水剂配置而成，按质量百分比计，水∶水泥∶粉煤灰∶石英砂∶减水剂＝0.24∶0.4∶0.6∶0.46∶0.001；以水泥、粉煤灰、石英砂、水混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的体积掺量为1.7％。

3.如权利要求1所述的基于绿色高性能纤维增强水泥基复合材料的混凝土柱加固方法，其特征在于，所述水泥采用P.042.5普通硅酸盐水泥，所述粉煤灰采用一级粉煤灰，所述石英砂采用80-140目的精制石英砂，所述PVA纤维采用日本可乐丽公司生产的RECS15×12维纶短纤，所述减水剂采用浓度为40％的聚羧酸高效减水剂。

4.如权利要求1所述的基于绿色高性能纤维增强水泥基复合材料的混凝土柱加固方法，其特征在于，所述GHPFRCC通过以下方法制备所得：

S1、按权利要求2所述的配方称取水泥、粉煤灰、石英砂、PVA纤维、水和减水剂；

S2、将称取的水泥、粉煤灰、石英砂干拌1-3min后，加入称取的减水剂和75％的水搅拌至流塑状态；然后加入剩余25％的水，搅拌3-5min；缓慢撒入PVA纤维，搅拌至均匀，即得。