CN111809908A - 一种混凝土柱加固结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土柱加固结构及其施工方法，包括由内至外依次包覆在待加固混凝土柱侧壁上的UHPC基体层、布设有通孔的密孔钢板、UHPC粘结层、纤维编织网和UHPC保护层，UHPC粘结层通过密孔钢板的通孔与UHPC基体层粘结。本发明采用UHPC基体层可使加固层与原混凝土结构间有更好的相容性，抗老化、耐高温、耐潮湿性能好。纤维复合材料通过纤维网的连接方式充分发挥纤维材料相互连接作用，提高纤维材料的利用率。UHPC基体层与粘结层通过密孔钢板上的通孔紧密粘结，不仅增强内外UHPC的粘结能力，而且能提高抗腐蚀性能和耐火性能。本发明各组成部分形成一个共同受力和变形的整体，提升待加固混凝土柱的力学性能。

Description

一种混凝土柱加固结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土柱加固结构，具体是一种设置预制密孔钢板的纤维编织网增强UHPC的混凝土柱加固结构，还涉及该混凝土柱加固结构的施工方法。

背景技术

由于混凝土结构的老化、结构的不合理利用或者建筑使用功能的改变等原因，经常导致结构中的部分混凝土柱的受力和变形性能不能满足要求，因此混凝土柱的加固技术得到越来越广泛的应用。

现有的混凝土柱加固方法有增大截面加固法、置换混凝土加固法、外加预应力加固法、外包型钢加固法、外粘钢板加固法、粘贴纤维复合材料加固法等。其中，增大截面加固法影响房间净空，置换混凝土加固法和外加预应力加固法施工复杂，外包型钢加固法需焊接，且耐火性能较差。外粘钢板加固法和粘贴纤维复合材料加固法具有施工周期短，现场作业量少，不增加结构自重，不改变外形和使用空间等优点。

但是，普通的外粘钢板和粘贴纤维复合材料都需要使用结构胶，结构胶的耐久性较差，粘胶水平和施工工艺决定了加固效果的好坏。因此，这种加固方式对环境要求十分严格，限定环境温度应不高于60℃，相对湿度应不高于70％，若没有特殊的防腐措施，在高温高湿环境中不宜使用。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种抗老化、耐高温、耐潮湿、提高纤维材料的利用率、抗腐蚀、耐火性能好、提高加固效果的混凝土柱加固结构。

本发明的第一个目的通过如下的技术方案来实现：一种混凝土柱加固结构，其特征在于，它包括由内至外依次包覆在待加固混凝土柱侧壁上的UHPC基体层、布设有通孔的密孔钢板、UHPC粘结层、纤维编织网和UHPC保护层，其中，所述UHPC粘结层通过密孔钢板的通孔与所述UHPC基体层粘结。

本发明采用UHPC基体层代替现有使用有机环氧树脂作为加固层的基体及粘接剂，使得加固层与原混凝土结构间有更好的相容性，且抗老化、耐高温、耐潮湿性能更好。同时纤维复合材料通过纤维网的连接方式能够充分发挥纤维材料相互连接作用，显著提高纤维材料的利用率。而且，本发明的UHPC基体层与粘结层通过密孔钢板上的通孔紧密粘结，不仅能增强内外UHPC的粘结能力，而且能够显著提高加固结构的抗腐蚀性能和耐火性能。另外，本发明的密孔钢板对内部的UHPC基体层和混凝土柱有很好的约束作用。同时粘贴纤维编织网，可以充分发挥材料的抗拉性能。本发明各组成部分形成一个共同受力和变形的整体，显著提升了待加固混凝土柱的力学性能，提高了加固效果。

作为本发明的一种优选实施方式，所述待加固混凝土柱为矩形截面柱，所述密孔钢板是一对为L型预制板，该对L型预制板相连成筒形套装在涂覆有UHPC基体层的待加固混凝土柱上。密孔钢板由工厂预制生产，现场不需要焊接，不需支模，施工程序简单，能够有效地加快施工速度和降低人工成本。

本发明该对L型预制板通过角钢和膨胀螺栓相连，即所述角钢的两边贴于两L型预制板的侧边上并通过膨胀螺栓连接，所述密孔钢板的侧边上开设有穿过膨胀螺栓的螺栓孔，所述密孔钢板上的通孔避开螺栓孔周围两倍于螺栓孔的直径区域进行设置。

本发明所述UHPC基体层的厚度为10～15mm，所述密孔钢板的厚度为3～5mm，所述UHPC粘结层的厚度为15～20mm，所述UHPC保护层的厚度为10～15mm。

优选地，所述密孔钢板上的通孔密布于其上，所述通孔的形状为圆形、椭圆形、方形或矩形等。

本发明所述纤维编织网采用双向纤维编织网或单向纤维束编织网，所述纤维编织网的加固层数为1～3层。

本发明所述UHPC基体层、所述UHPC粘结层和所述UHPC保护层均为包括水泥、细砂、细磨石英砂粉、矿物掺合料、高效减水剂和钢纤维的水泥基复合材料，其中，钢纤维的体积百分比为2％～5％。

本发明的第二个目的在于提供一种上述混凝土柱加固结构的施工方法。

本发明的第二个目的通过如下的技术方案来实现：一种上述混凝土柱加固结构的施工方法，具体包括以下步骤：

S1、对待加固混凝土柱的外表面进行凿毛处理；

S2、润湿待加固混凝土柱的表面，待柱表面湿水饱和面干后，在待加固混凝土柱表面涂覆UHPC基体层；

S3、将密孔钢板套装在待加固混凝土柱表面，并使其紧贴UHPC基体层；

S4、在密孔钢板表面涂覆UHPC粘结层至粘结设计厚度，UHPC粘结层通过密孔钢板上的通孔与UHPC基体层粘结；

S5、在UHPC粘结层上粘贴纤维编织网并使之压入UHPC粘结层；

S6、在纤维编织网上涂覆UHPC保护层。

本发明在所述步骤S4中，在所述UHPC基体层初凝前涂覆所述UHPC粘结层，从而保证两者可稳固粘结。

本发明在所述步骤S1中，所述凿毛处理是指：凿去待加固混凝土柱外表面的装饰层和碳化严重的混凝土，并将待加固混凝土柱外表面的混凝土凿毛、湿润。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：

⑴与传统外贴纤维复合材料加固技术相比，本发明采用UHPC基体层代替现有使用有机环氧树脂作为加固层的基体及粘接剂，使得加固层与原混凝土结构间有更好的相容性，且抗老化、耐高温、耐潮湿性能更好。同时纤维复合材料通过纤维网的连接方式能够充分发挥纤维材料相互连接作用，显著提高纤维材料的利用率。

⑵本发明的UHPC基体层与粘结层通过密孔钢板上的通孔紧密粘结，不仅能增强内外UHPC的粘结能力，而且能够显著提高加固结构的抗腐蚀性能和耐火性能。

⑶本发明的密孔钢板对内部的UHPC基体层和混凝土柱有很好的约束作用。同时粘贴纤维编织网，可以充分发挥材料的抗拉性能。

⑷本发明各组成部分形成一个共同受力和变形的整体，显著提升了待加固混凝土柱的力学性能，提高了加固效果。

⑸本发明的密孔钢板由工厂预制生产，现场不需要焊接，不需支模，施工程序简单，能够有效地加快施工速度和降低人工成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的立体剖面图；

图2是本发明的横截面示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，是本发明一种混凝土柱加固结构，它包括由内至外依次包覆在截面为矩形的待加固混凝土柱1侧壁上的UHPC基体层2、密孔钢板3、UHPC粘结层6、纤维编织网7和UHPC保护层8，其中，UHPC基体层2喷涂在待加固混凝土柱1侧壁上，UHPC基体层2的厚度为10～15mm，在本实施例中，UHPC基体层2的厚度为10mm；密孔钢板3是一对L型预制板，该对L型预制板相连成筒形套装在涂覆有UHPC基体层2的待加固混凝土柱1上并紧贴UHPC基体层2，密孔钢板3的厚度为3～5mm，在本实施例中，密孔钢板3厚度为4mm，钢材牌号Q235，实测屈服强度269.8MPa，抗拉强度407.7MPa；UHPC粘结层6喷涂在密孔钢板3上，并通过密孔钢板3上的通孔与UHPC基体层2粘结，UHPC粘结层6的厚度为15～20mm；纤维编织网7粘贴在UHPC粘结层上，UHPC保护层8喷涂在纤维编织网7的表面，UHPC保护层8的厚度为10～15mm。

密孔钢板3上的通孔平行排布且满布于钢板上，通孔的形状可以为圆形、椭圆形、方形或矩形等形状，当通孔为椭圆形或矩形等形状时，孔长边方向平行于待加固混凝土柱的纵向方向。在本实施例中，通孔为圆形孔，直径为10～15mm。该对L型预制板通过角钢和膨胀螺栓相连，即角钢4的两边贴于两L型预制板的侧边上并通过膨胀螺栓5连接，密孔钢板3的侧边上开设有若干穿过膨胀螺栓5的螺栓孔(螺栓孔的孔径和数量根据待加固混凝土柱的受力情况通过计算确定)，密孔钢板3上的通孔避开螺栓孔周围两倍于螺栓孔的直径区域进行设置。

纤维编织网7可以采用双向纤维编织网或单向纤维束编织网两种编织方式，双向纤维编织网是由相互垂直的纤维束通过聚丙烯胶线编织而成；单向纤维束是双向纤维编织网中的部分水平纤维束抽去，仅在中间和两端各留下几束水平纤维。在本实施例中，纤维编织网7采用双向纤维编织网，网格尺寸为10mm×10mm，粘贴在UHPC粘结层上，且纤维编织网7的加固层数可根据实际情况，粘贴1～3层。

UHPC基体层2、UHPC粘结层6和UHPC保护层8是包括水泥、细砂、细磨石英砂粉、矿物掺合料、高效减水剂和钢纤维的水泥基复合材料，其中，钢纤维的体积百分含量为2％～5％。在本实施例中，水泥：石英砂：硅灰：石英粉：减水剂：纤维(含量％)＝1：1.1：0.15：0.10：1.5：0.02(占水泥质量比例)，水胶比为0.16。

上述混凝土柱加固结构的施工方法，具体包括以下步骤：

S1、凿毛处理：凿去待加固混凝土柱1外表面的装饰层和碳化严重的混凝土，并将待加固混凝土柱外表面的混凝土凿毛、湿润；

S2、对待加固混凝土柱1进行浇水，待柱表面湿水饱和面干后，在其侧面多次均匀涂抹一层10mm厚的UHPC基体层2；

S3、安装密孔钢板3：密孔钢板3为一对预制的L型板，将密孔钢板3套在待加固混凝土柱1外表面，并轻敲砸密孔钢板3，使其紧贴于UHPC基体层2；在密孔钢板3上预留的螺栓孔位置，植入高强膨胀螺栓5，拧紧加固；

S4、喷涂UHPC粘结层6：在UHPC基体层2初凝前涂覆UHPC粘结层，即先在密孔钢板3的开孔位置及附近喷涂UHPC粘结层，而后进行整体喷涂，整体喷涂时同样分2～3次喷涂至粘结设计厚度；

S5、粘贴纤维编织网7：将事先裁剪好的纤维编织网7安放在指定位置，适当用力将纤维编织网7压入UHPC粘结层6。当采用两层或三层纤维编织网7加固时，重复上述步骤，涂抹另一层UHPC粘结层6后安放第二或第三层纤维编织网7；

S6、纤维编织网7粘贴完后，分多次均匀涂抹一层UHPC保护层8，喷涂2～3次，并将保护层8厚度控制在设计厚度。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混凝土柱加固结构，其特征在于：它包括由内至外依次包覆在待加固混凝土柱侧壁上的UHPC基体层、布设有通孔的密孔钢板、UHPC粘结层、纤维编织网和UHPC保护层，其中，所述UHPC粘结层通过所述密孔钢板的通孔与所述UHPC基体层粘结。

2.根据权利要求1所述的混凝土柱加固结构，其特征在于：所述纤维编织网采用双向纤维编织网或单向纤维束编织网，所述纤维编织网的加固层数为1～3层。

3.根据权利要求2所述的混凝土柱加固结构，其特征在于：所述UHPC基体层的厚度为10～15mm，所述密孔钢板的厚度为3～5mm，所述UHPC粘结层的厚度为15～20mm，所述UHPC保护层的厚度为10～15mm。

4.根据权利要求3所述的混凝土柱加固结构，其特征在于：所述待加固混凝土柱为矩形截面柱，所述密孔钢板是一对L型预制板，该对L型预制板相连成筒形套装在涂覆有UHPC基体层的待加固混凝土柱上。

5.根据权利要求4所述的混凝土柱加固结构，其特征在于：该对L型预制板通过角钢和膨胀螺栓相连，即所述角钢的两边贴于两L型预制板的侧边上并通过膨胀螺栓连接，所述密孔钢板的侧边上开设有穿过膨胀螺栓的螺栓孔，所述密孔钢板上的通孔避开螺栓孔周围两倍于螺栓孔的直径区域进行设置。

6.根据权利要求5所述的混凝土柱加固结构，其特征在于：所述密孔钢板上的通孔密布于其上，所述通孔的形状为圆形、椭圆形、方形或矩形。

7.根据权利要求1～6任一项所述的混凝土柱加固结构，其特征在于：所述UHPC基体层、所述UHPC粘结层和所述UHPC保护层均为水泥基复合材料。

8.一种权利要求1～7任一项所述的混凝土柱加固结构的施工方法，其特征在于具体包括以下步骤：

S1、对待加固混凝土柱的外表面进行凿毛处理；

S2、润湿待加固混凝土柱的表面，待柱表面湿水饱和面干后，在待加固混凝土柱表面涂覆UHPC基体层；

S3、将密孔钢板套装在待加固混凝土柱表面，并使其紧贴UHPC基体层；

S4、在密孔钢板表面涂覆UHPC粘结层至粘结设计厚度，UHPC粘结层通过密孔钢板上的通孔与UHPC基体层粘结；

S5、在UHPC粘结层上粘贴纤维编织网并使之压入UHPC粘结层；

S6、在纤维编织网上涂覆UHPC保护层。

9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于：在所述步骤S4中，在所述UHPC基体层初凝前涂覆所述UHPC粘结层。

10.根据权利要求9所述的施工方法，其特征在于：在所述步骤S1中，所述凿毛处理是指：凿去待加固混凝土柱外表面的装饰层和碳化严重的混凝土，并将待加固混凝土柱外表面的混凝土凿毛、湿润。

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