CN112482815A - 硬质frp网格/ecc渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱及其制备方法 - Google Patents

硬质frp网格/ecc渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硬质FRP网格/ECC渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱及其制备方法。本方法通过在FRP网格/ECC与RC柱之间喷涂高活性氟钛物的混凝土增强剂，来提高二者之间的粘结强度。FRP网格/ECC加固是一种有效的加固RC柱的方法，使内部混凝土处于三向受压状态，从而大幅度增加核心混凝土的强度和延性。加固层与被加固层协同工作基于两者具有良好的粘结作用，但表面受损严重有裂缝或无法卸载导致大裂缝等都会削弱粘结强度。而喷涂高活性氟钛物的增强剂能够有效渗透到混凝土的裂缝中，与旧混凝土中游离的钙离子反应生成不溶性的凝胶，像锚栓一样将加固层钉在被加固结构上，从而有效的增加界面粘结强度，防止加固层出现滑移。

Description

硬质FRP网格/ECC渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱及 其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土结构加固领域，具体是一种硬质FRP网格/ECC渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱及其制备方法。
背景技术
钢筋混凝土结构中的柱是结构是结构中重要的竖向构件，起着承担和传递竖向荷载，同时也要承受水平作用，但在长期使用过程中，会遇到恶劣环境，地震、火灾等自然灾害作用，大量钢筋混凝土柱出现钢筋锈蚀严重、裂缝过多、捞度过大、承载力不足等耐久性、适用性和安全性问题。从欧美国家的建筑发展历程来看，采用加固修复的方法正占据越来越大的比例。因此，可预计我国“大兴土木”时代终将褪色，研究各种行之有效的加固改造措施，恢复并提高受损钢筋混凝土柱结构的承载能力，使其适用更高承载需求，满足新使用功能要求是十分重要的。
目前，钢筋混凝土柱常用的加固方法有碳纤维布加固法、增大截面加固法、外包型钢加固法等。其中，采用外粘FRP布加固钢筋混凝土柱，具有轻质高强、可设计强、自重轻、施工方便、对结构外观影响小，同时耐腐蚀性好等突出优点。对于这种外粘FRP布加固技术，FRP布与被加固结构混凝土表面的粘结作用主要依靠胶粘剂，而胶粘剂是以环氧树脂为基体制成的高分子聚合物。这种有机胶粘剂对湿热、干湿循环、盐雾、高温等环境都十分敏感。由于需要加固的混凝土结构所处环境往往比较恶劣，而FRP加固体系粘结强度在恶劣服役环境下会严重退化。一旦FRP加固体系与既有混凝土发生粘结失效，加固作用就会失去，此时既有结构将会处于更加危险的状态。因此，需要妥善解决FRP与加固混凝土的界面处的胶老化带来的耐久性问题。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种硬质FRP网格/ECC渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱及其制备方法，即是FRP网格/超高韧性水泥基复合材料(ECC)渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱的方法。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种硬质FRP网格/ECC渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱，其特征在于：包括被加固柱、混凝土增强剂、复合材料和硬质FRP网格；其通过以下步骤制备得到：
在所述被加固柱的外表面存在裂缝，加固前先在被加固柱的外表面喷涂一层混凝土增强剂，支好模板，再将硬质FRP网格置于模板与被加固柱之间，最后泵送复合材料将FRP网格包裹在内形成加固整体，从而得到硬质FRP网格/ECC渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱；
所述硬质FRP网格被复合材料包裹约束住；所述混凝土增强剂喷涂在在FRP网格/ECC与被加固柱之间，以来提高FRP网格/ECC与被加固柱之间的粘结强度；所述混凝土增强剂渗透到FRP网格/ECC与被加固柱之间的裂缝中生成不溶性的凝胶，起到锚栓同样作用将加固层钉在被加固柱上。
第二方面，本发明提供一种如上述硬质硬质FRP网格/ECC渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱的制备方法，其特征在于：该方法通过在FRP网格/ECC与既有混凝土柱之间喷涂混凝土增强剂，来提高FRP网格/ECC与既有混凝土柱之间的粘结强度，防止加固层出现滑移，确保内部混凝土三向受压；混凝土增强剂渗透到裂缝中生成不溶性的凝胶，起到锚栓同样作用将加固层钉在被加固柱上；包括如下步骤：
1)加固前先在被加固柱外表面喷涂一层混凝土增强剂，支好模板；
2)再将硬质FRP网格置于模板与被加固柱之间；
3)最后泵送复合材料将FRP网格包裹在内形成加固整体。
作为优选方案，所述复合材料为超高韧性水泥基复合材料，各组分与水泥重量比值为粉煤灰:1.6-2.0；80-120目石英砂:1.0-1.1；水:0.6-0.9；减水剂：0.01-0.013；PVA：0.04-0.06。
进一步地，所述FRP网格为硬质CFRP网格。
更进一步地，所述混凝土增强剂为含高活性氟钛物的混凝土增强剂、含氟硅酸镁的混凝土增强剂、由硅酸乙酯与乙醇按体积比1:1稀释得到的混凝土增强剂中的任一种。
该方法的优势在于其中的FRP可以提供约束力，使内部混凝土处于三向受压状态，从而大幅度增加核心混凝土的强度和延性。为了保证FRP的有效约束作用，需要提高界面处的粘结强度。而混凝土增强剂可以渗透到裂缝中生成不溶性的凝胶，像锚栓一样将加固层钉在被加固柱上。因此该方法通过在FRP网格/ECC与既有混凝土柱之间喷涂混凝土增强剂，来提高FRP网格/ECC与既有混凝土柱之间的粘结强度，防止加固层出现滑移，确保内部混凝土三向受压。
本发明工作原理如下：
在充分水化的水泥石中Ca(OH)2约占20％，考虑利用Ca(OH)2与掺入物反应生成不溶性的凝胶从而提高FRP网格/ECC与既有混凝土柱界面处的粘结强度。混凝土增强剂具有一定的渗透能力，有效渗透可达3-8mm，并能与Ca(OH)2反应生成不溶性的凝胶，像锚栓一样将加固层钉在被加固结构上。因此可在FRP网格/ECC与既有柱之间喷涂一层既有混凝土增强剂来进一步提高界面处的粘结强度。超高韧性水泥基复合材料其极限拉应变可超过3％，将其作为界面粘结剂和增强材料，包裹约束FRP网格，解决外贴FRP片材界面粘贴胶老化带来的FRP易剥离的问题。同时，ECC材料耐高温、裂缝小的特性能够增加结构的抗火能力和抵抗氯离子等有害离子侵蚀能力，优良的抗拉特性能够保证与FRP材料的协同工作，充分发挥两种材料的力学特性，实现受力性能、耐久性能和抗火性能提升的多重效果。FRP可以提供约束力，使内部混凝土处于三向受压状态，从而大幅度增加核心混凝土的强度和延性
本发明的优点及有益效果：
FRP网格/ECC加固受损钢筋混凝土柱是将传统外贴FRP加固混凝土结构技术中的FRP片材替换FRP网格；不使用有机胶粘剂，而采用超高韧性水泥基复合材料(ECC)包裹约束FRP的方法。FRP可以提供约束力，使内部混凝土处于三向受压状态，从而大幅度增加核心混凝土的强度和延性。加固层与被加固层协同工作的基础就是两者具有良好的粘结作用，但表面受损严重有裂缝、或无法卸载导致大裂缝等都会削弱粘结强度，粘结强度弱会导致加固层发生滑移，尤其在偏压构件中。本发明通过在FRP网格/ECC与既有混凝土柱之间喷涂混凝土增强剂，来提高FRP网格/ECC与既有混凝土柱之间的粘结强度。混凝土增强剂可以渗透到裂缝中生成不溶性的凝胶，像锚栓一样将加固层钉在被加固柱上，从而增加界面粘结强度，保证该加固方法在大损伤大裂缝情况下依然可以使用。
附图说明
图1为FRP/ECC渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱的横截面示意图；
图2为FRP/ECC被加固柱的裂缝示意图；
图3为混凝土增强剂在界面处的作用机理示意图。
图中：1、被加固柱；2、混凝土增强剂；3、硬质FRP网格；4、ECC；5、裂缝；6、反应生成的不溶性凝胶；7、模板。
具体施工方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细阐述。
如图1所示，本发明FRP网格/ECC渗透式套箍约束加固钢筋混凝土柱的方法。浇筑该柱所用混凝土为C30混凝土。该柱直径200mm，高500mm。加固前先沿着被加固柱1的外表面喷涂一层混凝土增强剂2，支好模板，再将硬质FRP网格3置于模板7与被加固柱1之间，最后泵送复合材料4，将FRP网格3包裹在内形成加固整体。
复合材料4为超高韧性水泥基复合材料；FRP网格3为硬质CFRP网格；混凝土增强剂2为一种既有混凝土增强剂。
所述的超高韧性水泥基复合材料，其特征在于：各组分与水泥重量比值为粉煤灰：1.6-2.0；80-120目石英砂：1.0-1.1；水：0.6-0.9；减水剂：0.01-0.013；PVA：0.04-0.06；一种既有混凝土增强剂为含高活性氟钛物的混凝土增强剂、含氟硅酸镁的混凝土增强剂、由硅酸乙酯与乙醇按体积比1∶1稀释得到的混凝土增强剂中的一种。
柱1(Z1)为未加固柱，柱2(Z2)为加固柱。
柱 屈服荷载KN 极限荷载KN
柱1 467 670
柱2 593 850
采用FRP网格/ECC对该柱加固，其承载力提高幅度为10％-15％。而采用FRP网格/ECC渗透式套箍约束加固钢筋混凝土柱的方法，其承载力提高幅度可达20％-30％。
在施工过程中要注意对关键环节的控制，其中分为材料和施工两个方面。其一，在材料方面，要根据实际需要FRP网格的粗细及网格尺寸的大小；要注意配制超高韧性水泥基复合材料时严格按照配比和投料顺序进行，确保其与混凝土有可靠粘结，能与原混凝土柱协调变形。其二，在施工的环节当中，FRP网格搭接时要满足规定的搭接长度，用锚钉将搭接段的两端固定牢固，避免搭接部分成为薄弱部位。在喷抹混凝土增强剂与泵送超高韧性水泥基复合材料时，要注意顺序，先喷抹混凝土增强剂，支好模板，将FRP网格置于模板与被加固柱之间，再泵送超高韧性水泥基复合材料。

Claims (6)

1.一种硬质FRP网格/ECC渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱，其特征在于：包括被加固柱(1)、混凝土增强剂(2)、复合材料(4)和硬质FRP网格(3)；其通过以下步骤制备得到：
在所述被加固柱(1)的外表面存在裂缝(5)，加固前先在被加固柱(1)的外表面喷涂一层混凝土增强剂(2)，支好模板(7)，再将硬质FRP网格(3)置于模板(7)与被加固柱(1)之间，最后泵送复合材料(4)将FRP网格(3)包裹在内形成加固整体，从而得到硬质FRP网格/ECC渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱；
所述硬质FRP网格(3)被复合材料(4)包裹约束住；所述混凝土增强剂(2)喷涂在在FRP网格/ECC与被加固柱(1)之间，以来提高FRP网格/ECC与被加固柱(1)之间的粘结强度；所述混凝土增强剂(2)渗透到FRP网格/ECC与被加固柱(1)之间的裂缝(5)中生成不溶性的凝胶，起到锚栓同样作用将加固层钉在被加固柱(1)上。
2.一种制备如权利要求1所述硬质硬质FRP网格/ECC渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱的制备方法，其特征在于：该方法通过在FRP网格/ECC与既有混凝土柱之间喷涂混凝土增强剂，来提高FRP网格/ECC与既有混凝土柱之间的粘结强度，防止加固层出现滑移，确保内部混凝土三向受压；混凝土增强剂渗透到裂缝中生成不溶性的凝胶，起到锚栓同样作用将加固层钉在被加固柱上；包括如下步骤：
1)加固前先在被加固柱(1)外表面喷涂一层混凝土增强剂(2)，支好模板(7)；
2)再将硬质FRP网格(3)置于模板(7)与被加固柱(1)之间；
3)最后泵送复合材料(4)将FRP网格(3)包裹在内形成加固整体。
3.根据权利要求2所述硬质FRP网格/ECC渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱的制备方法，其特征在于：所述复合材料(4)为超高韧性水泥基复合材料，各组分与水泥重量比值为粉煤灰:1.6-2.0；80-120目石英砂:1.0-1.1；水:0.6-0.9；减水剂：0.01-0.013；PVA：0.04-0.06。
4.根据权利要求2或3所述硬质FRP网格/ECC渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱的制备方法，其特征在于：所述FRP网格(3)为硬质CFRP网格。
5.根据权利要求2或3所述硬质FRP网格/ECC渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱的制备方法，其特征在于：所述混凝土增强剂(2)为含高活性氟钛物的混凝土增强剂、含氟硅酸镁的混凝土增强剂、由硅酸乙酯与乙醇按体积比1:1稀释得到的混凝土增强剂中的任一种。
6.根据权利要求4所述硬质FRP网格/ECC渗透式套箍约束加固受损钢筋混凝土柱的制备方法，其特征在于：所述混凝土增强剂(2)为含高活性氟钛物的混凝土增强剂、含氟硅酸镁的混凝土增强剂、由硅酸乙酯与乙醇按体积比1:1稀释得到的混凝土增强剂中的任一种。
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