CN112727139B - 一种用于寒区冬季修补裂缝的混凝土的养护方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于寒区冬季修补裂缝的混凝土的养护方法。在寒区冬季混凝土结构开裂后,现行的方法无法实现在现场进行快速修补,对结构继续投入使用带来很大的难题。本发明中填充式养护装置的每个电极式注射器包括扁形针头、电极片和注射本体,扁形针头可拆卸连接在注射本体的出料端处,扁形针头的一端为与注射本体的出料端相连通的进料口,扁形针头的另一端加工有出料口,扁形针头的外壁上设置有电极片,注射本体内填充有导电混凝土,两个电极式注射器的两个电极片均与调压器电连接,调压器通过温控开关与红外热像仪相连接,红外热像仪还配合设置有警报器。本发明用于寒区冬季对混凝土结构开裂部位快速修补。
Description
技术领域
本发明属土木工程技术领域,具体涉及一种用于寒区冬季修补裂缝的混凝土的养护方法。
背景技术
随着建筑业的发展,混凝土以其优良的品质的低廉的成本,越来越多的应用于水利工程、道路工程、涵洞隧道、桥梁及建筑结构等。同样,由于混凝土抗拉和抗剪能力较差,导致混凝土容易开裂,使得强度发展不足耐久性质量下降,从而影响混凝土的正常使用。修补混凝土裂缝的主要方法有很多,主要包括灌浆法、干嵌填法、钉合法、聚合物浸入法(重力渗入和真空渗入)、表面封闭法等。其中表面封闭法是最常见的施工方法,通过角磨沿裂缝处开“V”形槽,再利用毛刷及压缩空气将槽内的碎屑粉尘清除干净,然后将配制好的胶液用油灰刀刮入“V”形槽内,并将表面刮平,等胶液完全固化后,即可继续使用,此种方法操作起来较为方便,在实际工程能有一定的效果。钉合法通常用于必须恢复主裂缝的抗拉强度时的情况,通常用来修补桥梁结构产生的裂缝,用相对薄而长的金属“缝合U形钉”跨过裂缝,嵌入事先开好的槽沟中,最后用无收缩砂浆或者环氧树脂粘合剂来固定。然而在我国的三北地区,冬季温度很低,往往会低于-20℃,在这种条件下,胶液或者新拌砂浆往往会冻结,影响其修补效果。其他的方法的基本思路几乎都是将新拌砂浆或者环氧树脂等填充剂填充到开裂的缝隙中去,然后对其养护,达到修补的作用,然而新拌砂浆或者环氧树脂等填充剂在-20℃的环境下无法使用,致使上述方法无法在寒区冬季修补混凝土结构裂缝。
总之现行的混凝土开裂的修补方法几乎都无法在负温环境使用,亟需一种新型的修补方法及其修补装置,完成在寒区冬季对混凝土结构裂缝进行修复的任务。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于寒区冬季修补裂缝的混凝土的养护方法,以解决在寒区冬季混凝土结构开裂无法修补的问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:
一种用于寒区冬季修补裂缝的混凝土的养护方法,所述养护方法是通过填充式养护装置实现,所述填充式养护装置包括红外热像仪、调压器、温控开关、警报器和两个电极式注射器,每个电极式注射器包括扁形针头、电极片和注射本体,所述扁形针头可拆卸连接在注射本体的出料端处,扁形针头的一端为与注射本体的出料端相连通的进料口,扁形针头的另一端加工有出料口,扁形针头的外侧壁上设置有电极片,注射本体内填充有导电混凝土,两个电极式注射器的两个电极片均与调压器电连接,调压器通过温控开关与红外热像仪相连接,红外热像仪还配合设置有警报器。
作为优选方案:所述扁形针头靠近注射本体的一端套装有粘接环片,粘接环片朝向混凝土裂缝的一侧设置有低温固化粘接胶层。
作为优选方案:注射本体连接有电泵。
作为优选方案:导电混凝土中的导电纤维的长度小于出料口的宽度。
所述养护方法为新拌的水泥砂浆中加热导电纤维形成导电混凝土,将导电混凝土填充到电极式注射器中,将扁形针头插入到已有混凝土工程中开裂缝隙中,控制注射本体的活塞端使导电混凝土通过扁形针头的出料口填充开裂缝隙,填充完毕后将注射本体从扁形针头上拆卸下来,对扁形针头上的电极片与调压器电连接,根据开裂缝隙中导电混凝土产生的不同的电阻,利用调压器施加对应的电压到导电混凝土上,利用红外热像仪实时监测通电后开裂缝隙处的温度,将温度传到温控开关,确保养护温度在60~80℃之间,通过产生欧姆热实现对开裂缝隙持续供热养护过程。
作为优选方案:利用红外热像仪实时监测通电后裂缝处的温度,将温度传到温控开关,当养护温度超过80℃时,电源断电当养护温度低于60℃时,警报器启动预警,调压器重新启动增大施加的电压到预定电压值。
作为优选方案:所述养护方法的详细操作步骤为:
步骤一:水泥砂浆的制备及使用:
制备过程为在传统的水泥砂浆中加入导电纤维形成导电混凝土,导电混凝土为纤维增强水泥基复合材料,将导电混凝土灌入到电极式注射器中,通过电泵将电极式注射器中的导电混凝土挤入到混凝土工程中的开裂缝隙内;
步骤二:填充开裂缝隙完毕后,将注射本体脱离扁形针头,扁形针头继续停留在开裂缝隙中,通过对带有电极片的扁形针头通电,测量导电混凝土的电阻,将红外热像仪调成温度云图显示模式,观察温度云图分布情况,当最高温度与最低温度之间的温差小于5℃时,则表示温度分布均匀,无需调整扁形针头;当最高温度与最低温度之间的温差大于5℃时,表示导电混凝土内部的温度分布不均匀,此时将扁形针头朝向低温区方向移动同时观察红外热像仪,当红外热像仪上的温度云图图像上显示的试件内部最大温差小于5℃时,即可停止扁形针头的移动动作;
步骤三:利用红外热像仪实时监测通电后裂缝处的温度,用调压器不断调节电压直至温度达到理想温度60℃-80℃为止,且在负温通电养护的过程中,导电混凝土会在凝结过程中的12小时内产生电阻降低的现象,从而导致养护温度过高,此时温控开关则会断电,当温度降至合适的养护温度时继续通电,当养护温度过低时警报器响起,此时应重新调节调压器,增所施加的电压,保证修补部位在合理温度范围内养护。
作为优选方案:当导电混凝土温度分布不均匀且红外热像仪中的红外热像仪温度云图显示试件内部最高温与最低温之间的温差大于15℃时,增加带有电极片的扁形针头的个数,在低温区域增设带有电极片的扁形针头,直到温度云图显示的试件全局温差都在5℃以内,即表示导电混凝土温度均匀分布。
作为优选方案:导电混凝土的制备过程如下:将水泥、硅灰、细砂、水按照质量分数比为1:0.15:0.5:0.3进行混合,同时掺入占水泥体积分数1%的纤维,混合顺序为先将水泥、硅灰、导电纤维进行干拌均匀形成混合物,然后加入水继续搅拌,同时加入1.0 ~3.0 wt%的减水剂以调节复合材料的粘度和流动性,最后加入细砂直至搅拌均匀后停止搅拌。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果:
一、本发明为一种利用通过对填充材料进行通电实现对混凝土结构裂缝进行修补的装置以及利用该装置实现的养护方法,适用于寒地冬季里现场施工对混凝土结构开裂实现持续且节能的修补养护过程,养护过程无需人工全程监督,养护方式具有往复循环、安全且节能的特点,整个养护进程中使修补部位始终处于有效温度范围内,避免无效低温或高温出现而导致养护效果不连贯的缺陷,确保裂缝处的各个位置养护均匀,确保混凝土结构再修补后能够正常使用。
二、本发明中的填充材料流动性好,可有效填充各种形状的开裂缝隙,无需对开裂部位进行挖槽,防止裂缝破坏更加严重。
三、本装置结构简单,利用对填充材料进行内养护即可达到预期的修补效果,无需其他装置来抵抗低温,节能减排。
四、对修补部位进行通电养护,确保养护温度值维持在60-80℃之间,从而使混凝土内部水泥实现稳定且持久的水化过程。
五、本发明既能够实现持续有效的养护过程,还能够避免养护温度过高存在安全隐患的问题,电极片、红外热像仪、调压器、温控开关和警报器之间相互配合能够在开裂缝隙的填充材料温度最高加热到80℃后自动断电,能够实现夜晚工人下班时无法控制温度情况下的长时段安全防护,降低发生火灾的几率。此外还能够在出现养护时温度过低时的及时升温,确保养护温度的稳定性,使修补效质量得到保证且统一。
六、电极式注射器为将填充功能与导电功能为集成一体的工具,确保填充后位置无需大变动而拨乱填充质量,还能够减少填充以及养护环境对开裂缝隙的插入孔,避免多环节配合操作对开裂缝隙的填充效果造成过多插入式影响,利用提升修补质量,减少创孔数量,还能够简化填充和养护的操作难度,增强填充和养护的连续操作性。
七、本发明中的养护装置简单且成本较低,养护效果全面均匀,无需配合复杂的机械结构,容易加工移动,可多次重复利用。
八、通过在施工现场试验可知,本发明适用于在冬季对混凝土结构裂缝进行修补,尤其适用于温度极低的环境中,通过试验测试使用的低温环境范围为-20~-50℃,以实现寒区冬季快速修补混凝土结构破坏部位,使其能够快速投入正常使用。且在低温施工中对混凝土的养护效果也比较均匀,确保修复质量。
附图说明
图1是电极式注射器和电泵之间连接关系的立体结构示意图;
图2是在红外热像仪、调压器、温控开关、警报器和电极式注射器之间连接关系的立体结构示意图;
图3是电极式注射器的立体结构示意图;
图4为注射本体的立体结构示意图;
图5为扁形针头、电极片和粘接环片之间连接关系的立体结构示意图;
图6为具体实施方式七中扁形针头根据开裂缝隙的形状的布置位置示意图;
图7是具体实施方式八中扁形针头根据开裂缝隙的形状的布置位置示意图;
图8是具体实施方式九中扁形针头根据开裂缝隙的形状的布置位置示意图;
图9为不同功率下导电混凝土中心点温度和养护时间的曲线变化图;
图10为不同养护方式下试样不同龄期的抗压强度的柱状对比图;
图11为同养护方式下试样不同龄期的抗折强度的柱状对比图。
图中,1-注射器;1-1-扁形针头;1-2-电极片;1-3-注射本体;2-电泵;4-红外热像仪;5-调压器;6-温控开关;7-警报器;8-粘接环片;10-出料口;15-低温固化粘接胶层;16-开裂缝隙。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
在此,还需要说明的是,为了避免因不必要的细节而模糊了本发明,在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤,而省略了与本发明关系不大的其他细节。
具体实施方式一:结合图1至图11说明本实施方式,本实施方式包括红外热像仪4、调压器5、温控开关6、警报器7和两个电极式注射器1,每个电极式注射器1包括扁形针头1-1、电极片1-2和注射本体1-3,所述扁形针头1-1可拆卸连接在注射本体1-3的出料端处,所述扁形针头1-1可拆卸连接在注射本体1-3的出料端处,扁形针头1-1的一端为与注射本体1-3的出料端相连通的进料口,扁形针头1-1的另一端加工有出料口10,扁形针头1-1的外侧壁上设置有电极片1-2,注射本体1-3内填充有导电混凝土,两个电极式注射器1的两个电极片1-2均与调压器5电连接,调压器5通过温控开关6与红外热像仪4相连接,红外热像仪4还配合设置有警报器7。
进一步的,所述扁形针头1-1靠近注射本体1-3的一端套装有粘接环片8,粘接环片8朝向开裂缝隙16的一侧设置有低温固化粘接胶层15。
进一步的,注射本体1-3连接有电泵2。
本实施方式中导电混凝土中的导电纤维的长度小于出料口10的宽度,如此设置能够更好地保证纤维在基体内部的定向移动。扁形针头1-1的自身结构以及出料形式能够确保纤维砂浆的纤维定向,纤维定向会在降低纤维掺量的同时在极大程度上降低裂缝开裂的风险,进而提高修补砂浆的抗压强度、抗折强度、韧性、断裂模量挠度和最大挠度,如此设置是为了实现导电纤维从注射器1挤出时不至于因尺寸限定而堆积在出料口10处,进而影响导电纤维的定向排布,提高其导电率以及养护完成后导电混凝土的韧性。
本实施方式中扁形针头1-1会使纤维砂浆的纤维实现定向挤出的效果,纤维定向移动会在降低纤维掺量的同时极大程度的降低裂缝开裂的风险,进而提高修补砂浆的抗压强度、抗折强度、韧性、断裂模量挠度以及最大挠度的力学性能。
本实施方式中红外热像仪4、调压器5、温控开关6、警报器7均为现有产品,红外热像仪4的可测量温度范围为-60-100℃,本身工作范围为-60-40℃,调压器5允许工作电压范围0-220V,温控开关6的控制范围在20-100℃,报警器7的温度识别范围为20-100℃,误差在1℃以内。
进一步的,红外热像仪4、调压器5、温控开关6、警报器7均符合寒区使用的相关要求即可。
具体实施方式二:结合图1至图5说明本实施方式,本实施方式中的养护方法为新拌的水泥砂浆中加热导电纤维形成导电混凝土,将导电混凝土填充到电极式注射器1中,将扁形针头1-1插入到已有混凝土工程中开裂缝隙16中,控制注射本体1-3的活塞端使导电混凝土通过扁形针头1-1的出料口10填充开裂缝隙16,填充完毕后将注射本体1-3从扁形针头1-1上拆卸下来,对扁形针头1-1上的电极片1-2与调压器5电连接,根据开裂缝隙16中导电混凝土产生的不同的电阻,利用调压器5施加对应的电压到导电混凝土上,利用红外热像仪4实时监测通电后开裂缝隙16处的温度,将温度传到温控开关6,确保养护温度在60~80℃之间,通过产生欧姆热实现对开裂缝隙16持续供热养护过程。
进一步的,利用红外热像仪4实时监测通电后裂缝处的温度,将温度传到温控开关6,当养护温度超过80℃时,电源断电当养护温度低于60℃时,警报器7启动预警,调压器5重新启动增大施加的电压到预定电压值。
具体实施方式三:本实施方式为具体实施方式一或二的进一步限定,本实施方式中所述养护方法的详细操作步骤为:
步骤一:水泥砂浆的制备及使用:
制备过程为在传统的水泥砂浆中加入导电纤维形成导电混凝土,导电混凝土为纤维增强水泥基复合材料,将导电混凝土灌入到电极式注射器1中,通过电泵2将电极式注射器1中的导电混凝土挤入到混凝土工程中的开裂缝隙16内;
步骤二:填充开裂缝隙16完毕后,将注射本体1-3脱离扁形针头1-1,扁形针头1-1继续停留在开裂缝隙16中,通过对带有电极片1-2的扁形针头1-1通电,测量导电混凝土的电阻,将红外热像仪4调成温度云图显示模式,观察温度云图分布情况,当最高温度与最低温度之间的温差小于5℃时,则表示温度分布均匀,无需调整扁形针头1-1;当最高温度与最低温度之间的温差大于5℃时,表示导电混凝土内部的温度分布不均匀,此时将扁形针头1-1朝向低温区方向移动同时观察红外热像仪4,当红外热像仪4上的温度云图图像上显示的试件内部最大温差小于5℃时,即可停止扁形针头1-1的移动动作;
步骤三:利用红外热像仪4实时监测通电后裂缝处的温度,用调压器5不断调节电压直至温度达到理想温度60℃-80℃为止,且在负温通电养护的过程中,导电混凝土会在新拌阶段初始的12小时凝结过程中产生电阻降低的现象,从而导致养护温度过高,此时温控开关6则会断电,当温度降至合适的养护温度时继续通电,当养护温度过低时警报器7响起,此时应重新调节调压器,增所施加的电压,保证修补部位在合理温度范围内养护。
具体实施方式四:本实施方式为具体实施方式一、二或三的进一步限定,所述养护方法的详细操作步骤为:当导电混凝土温度分布不均匀,且红外热像仪4中的红外热像仪温度云图显示试件内部最高温与最低温之间的温差大于15℃时,增加带有电极片1-2的扁形针头1-1的个数,在低温区域增设带有电极片1-2的扁形针头,直到温度云图显示的试件全局温差都在5℃以内,即表示导电混凝土温度均匀分布。
具体实施方式五:本实施方式为具体实施方式一、二、三或四的进一步限定,导电混凝土的制备过程如下:将水泥、硅灰、细砂、水按照质量分数比为1:0.15:0.5:0.3进行混合,同时掺入占水泥体积分数1%的纤维,混合顺序为先将水泥、硅灰、导电纤维进行干拌均匀形成混合物,然后加入水继续搅拌,同时加入1.0 ~3.0 wt%的减水剂以调节复合材料的粘度和流动性,最后加入细砂直至搅拌均匀后停止搅拌。
具体实施方式六:结合图1至图11说明本实施方式,本实施方式中注射器1将导电混凝土挤入到开裂缝隙16中,电泵2为其提供动力,挤入的过程要沿一个方向进行,保证导电纤维能够定向排布。红外热像仪4、调压器5、温控开关6、警报器7和电极式注射器1之间通过导线相连接。
本实施方式中对开裂缝隙16进行通电养护时应施加合适的功率,保证养护部位能产生足够的热量,促进水化作用,进而促进强度的发展。
本实施方式中为导电混凝土,其为纤维增强水泥基复合材料形成,具有良好的流动性。
本实施方式中扁形针头1-1为扁形针头,利于插入开裂缝隙16中,还能够增加填充导电混凝土的输出量,扁形针头上的电极片1-2的形状为矩形或三角形。扁形针头1-1可制造多种尺寸规格,扁形针头1-1为铜质针头。
本实施方式中一个扁形针头1-1配合的电极片1-2的个数为一个或两个,当电极片1-2的个数为一个时,该电极片1-2设置在扁形针头1-1的一侧,当电极片1-2的个数为两个时,两个电极片1-2设置在扁形针头1-1的两侧,便于根据具体情况灵活连接导线。其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七:结合图6说明本实施方式,图6显示了开裂缝隙16的一种基本的开裂形式以及扁形针头1-1的具体设置位置,裂纹张开的形状比较规则,有明显的主线,且开裂缝隙16的长度不过长。首先应制备导电混凝土作为填充材料,具体过程为将水泥、硅灰、细砂、水按照质量分数比为1:0.15:0.5:0.3进行混合,同时掺入占水泥体积分数1%的碳纤维,混合顺序为先将水泥、硅灰、碳纤维进行干拌均匀形成混合物,然后加入水继续搅拌,并且加入一定量的减水剂以调节复合材料的粘度和流动性,最后加入细砂直至搅拌均匀后停止搅拌。然用注射器1将新拌砂浆挤入到填充位置。
本实施方式中将扁形针头1-1插入开裂缝隙16后,测量其电阻,根据焦耳公式,利用调压器5对其施加一定的电压,保证填充材料能够产生足够的焦耳热,使得温度升高,达到在低温环境下养护的目的。利用红外热像仪4实时监测通电后开裂缝隙16处的温度,并将温度传到温控开关6及警报器7,当养护温度超过80℃时,电源断电,防止温度过高影响导电混凝土的使用。当养护温度低于60℃时,警报器7响起,此时应重新调节调压器5,增大所施加的电压。其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式八:如图7所示,本实施方式中的开裂缝隙16的裂缝长度远远大于具体实施方式七中的裂缝长度,此时整个填充部位的电阻过大,不利于养护。配合使用的电极片1-2为四个为宜,填充方式以及养护方式与具体实施方式七相同。
具体实施方式九:如图8所示,开裂部位的裂缝长度远远大于具体实施方式七或八中的裂缝长度,此时整个填充部位的电阻过大,不利于养护,且裂缝有多条主干。
本实施方式中的开裂缝隙16采取多组电极片1-2配合通电养护,填充方式以及养护方式与具体实施方式七相同。
具体实施方式十:本实施方式为具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九的进一步限定,开裂缝隙16承受拉力,对抗拉强度有一定的需求,故在具体实施方案七的基础上改变填充材料的配合比。
步骤一:将水泥、硅灰、细砂、水按照质量分数比为1:0.15:0.5:0.3进行混合,同时掺入占水泥体积分数1%的碳纳米管,以及1.5%的PE纤维,混合顺序为先将碳纳米管以及细砂混合均匀,再加入水泥、硅灰进行干拌均匀形成混合物,然后加入水继续搅拌,并且加入一定量的减水剂以调节复合材料的粘度和流动性,最后缓慢加入PE纤维,直至搅拌均匀后停止搅拌。最后用注射器1将新拌砂浆挤入到填充位置。
步骤二:将扁形针头1-1插入修补部位后,利用扁形针头1-1上的电极片1-2测量其电阻,根据焦耳公式,利用调压器5对其施加一定的电压,保证填充材料能够产生足够的焦耳热,使得温度升高,达到在低温环境下养护的目的。利用红外热像仪4实时监测通电后开裂缝隙16处的温度,并将温度传到温控开关及警报器7,当养护温度超过80℃时,电源断电,防止温度过高影响混凝土的使用。当养护温度低于60℃时,警报器7响起,此时应重新调节调压器5,增大所施加的电压。
通过预试验可知,本发明适用于温度极低的环境中对混凝土结构开裂部位进行快速修补,且在低温施工中对混凝土的养护效果更为均匀显著,确保施工质量。预实验中主要调试纤维增强水泥基复合材料的配合比、研究不同功率对温度的影响以及测量试件的强度,实验结果如下表一:
表一不同加载功率水泥砂浆试件配合比
水灰比 | 胶砂比 | CF掺量/vol% | 减水剂/% | 实验功率/W |
0.3 | 1:1 | 0.75 | 1.5 | 0 |
0.3 | 1:1 | 0.75 | 1.5 | 20 |
0.3 | 1:1 | 0.75 | 1.5 | 30 |
0.3 | 1:1 | 0.75 | 1.5 | 40 |
加载功率是决定试件产热能力的重要因素,为找到合适的电致固化初始功率,实验选择0、20W、30W、40W不同的初始加载功率进行对比试验,碳纤维掺量固定不变为0.75%,试件为导电混凝土试件,试件的材料配合比见表一。
实验装置包括交流电源、多通道温度采集仪和可控温的冰箱,将试件的中心处设置热电偶,记录温度,将试件两端分别设置一个铜网电极片,将带有两个铜网电极片的时间放置在-20摄氏度的恒温冰箱中,铜网电极片的尺寸为40*60mm,将两个铜网电极片中的一个铜网电极片连接交流电源正极,两个铜网电极片中的另一个铜网电极片连接交流电源负极,同时利用多通道温度采集仪与热电偶相连接,仪器设置每2个小时记录一次数据。多通道温度采集仪的优选为JK-16C多通道温度采集仪,实验获取的结果如下:
从图9可知,当加载功率为0时,即试件不通电放入冰箱中,试件温度迅速降低至0℃,然后经过6个小时试件降低到冰箱内部温度(-20℃),整个过程水泥无法水化形成强度。当加载功率高于0W时,随着加载功率逐渐增大,试件的中心温度逐渐升高,三组实验的峰值温度分别为29℃、45℃、82℃;同时加载功率越大,三组实验的升温速率逐渐增大。随着养护时间加长,三组试件的温度都有下降的趋势,试件在养护过程中电阻变大,所以需要不断调整电压。在碳纤维水泥砂浆电致固化过程中,影响试件电阻率变化的因素主要有两种。一方面,随着水泥水化进行,导电水溶液逐渐减少,试件电阻增大是必然事件;另一方面,由于导电水溶液减少留下的微小孔隙成为影响导电网络联通的因素。
电致固化过程中控制养护温度至关重要,养护温度直接与试件的力学性能挂钩,根据度时积理论知温度越高,水化速度越快,养护时间越短。从实验结果可以看出,加载功率为40W时,试件温度飙升到82℃,试件内外温度梯度相差102℃,内外温差过大可能会影响其力学性能。当加载功率为30W时,试件中心温度能达到45℃,其水化速度必然比标准养护要快,同时也能防止结冰受冻。所以实验将采用30W的加载功率在-20℃的冰箱中进行电致固化实验。
图10表示不同养护方式下试样不同龄期的抗压强度,-20℃冰箱下电致固化1天的水泥砂浆抗压强度达到35.3Mpa,比标准养护1天试件强度提高了87.7%,并且达到标准养护28天强度的46%,说明电致固化确实能够实现低温环境下的快速养护,防止受冻结冰;电致固化2天试件的抗压强度达到49.4MPa,比标准养护2天试件的强度提高了27.8%,达到标准养护28天试件强度的46%,且两天强度已经达到C50混凝土的强度标准;电致固化3天试件抗压强度达到50.8Mpa,与标准养护3天试件抗压强度基本持平,并达到标准养护28天强度的66%。
对比图11可以看出,抗折强度发展规律与抗压强度相似。负温环境中电致固化1天试件的抗折强度达到10.7MPa,比标准养护试件1天强度提高57.4%,而电致固化2天的抗折强度达到11.5MPa,比标准养护试件2天强度提高21%,达到28天抗折强度的75.7%。电致固化3天试件强度比标准养护3天试件提高46.1%。两种养护方式下,其28天抗折强度基本持平。
综上,本发明提供一种用于寒区冬季修补混凝土裂缝的填充式养护装置及其方法,首先用注射器1将新拌的水泥砂浆浇筑到开裂缝隙16中,再将注射本体1-3拔掉,留下带有电极片1-2的扁形针头1-1在开裂缝隙16中,根据开裂缝隙16中导电混凝土产生的不同的电阻,利用调压器5施加不同的电压到导电混凝土上,利用红外热像仪4实时监测通电后开裂缝隙16处的温度,并将温度传到温控开关6,当养护温度超过80℃时,电源断电,防止温度过高影响混凝土的使用。当养护温度低于60℃时,警报器7响起,此时应重新调节调压器5,增所施加的电压。实现对混凝土修补部位持续供热养护过程,彻底解决在寒区冬季混凝土结构开裂无法修补的问题,修补效果稳定且质量统一。
Claims (3)
1.一种用于寒区冬季修补裂缝的混凝土的养护方法,所述养护方法是通过填充式养护装置实现,所述填充式养护装置包括红外热像仪(4)、调压器(5)、温控开关(6)、警报器(7)和两个电极式注射器(1),每个电极式注射器(1)包括扁形针头(1-1)、电极片(1-2)和注射本体(1-3),所述扁形针头(1-1)可拆卸连接在注射本体(1-3)的出料端处,扁形针头(1-1)的一端为与注射本体(1-3)的出料端相连通的进料口,扁形针头(1-1)的另一端加工有出料口(10),扁形针头(1-1)的外侧壁上设置有电极片(1-2),注射本体(1-3)内填充有导电混凝土,两个电极式注射器(1)的两个电极片(1-2)均与调压器(5)电连接,调压器(5)通过温控开关(6)与红外热像仪(4)相连接,红外热像仪(4)还配合设置有警报器(7);
所述扁形针头(1-1)靠近注射本体(1-3)的一端套装有粘接环片(8),粘接环片(8)朝向混凝土裂缝的一侧设置有低温固化粘接胶层(15);
注射本体(1-3)连接有电泵(2);
导电混凝土中的导电纤维的长度小于出料口(10)的宽度;
其特征在于:
所述养护方法为新拌的水泥砂浆中加热导电纤维形成导电混凝土,将导电混凝土填充到电极式注射器(1)中,将扁形针头(1-1)插入到已有混凝土工程中开裂缝隙(16)中,控制注射本体(1-3)的活塞端使导电混凝土通过扁形针头(1-1)的出料口(10)填充开裂缝隙(16),填充完毕后将注射本体(1-3)从扁形针头(1-1)上拆卸下来,对扁形针头(1-1)上的电极片(1-2)与调压器(5)电连接,根据开裂缝隙(16)中导电混凝土产生的不同的电阻,利用调压器(5)施加对应的电压到导电混凝土上,利用红外热像仪(4)实时监测通电后开裂缝隙(16)处的温度,将温度传到温控开关(6),确保养护温度在60~80℃之间,通过产生欧姆热实现对开裂缝隙(16)持续供热养护过程;
利用红外热像仪(4)实时监测通电后裂缝处的温度,将温度传到温控开关(6),当养护温度超过80℃时,电源断电当养护温度低于60℃时,警报器(7)启动预警,调压器(5)重新启动增大施加的电压到预定电压值;
所述养护方法的详细操作步骤为:
步骤一:水泥砂浆的制备及使用:
制备过程为在传统的水泥砂浆中加入导电纤维形成导电混凝土,导电混凝土为纤维增强水泥基复合材料,将导电混凝土灌入到电极式注射器(1)中,通过电泵(2)将电极式注射器(1)中的导电混凝土挤入到混凝土工程中的开裂缝隙(16)内;
步骤二:填充开裂缝隙(16)完毕后,将注射本体(1-3)脱离扁形针头(1-1),扁形针头(1-1)继续停留在开裂缝隙(16)中,通过对带有电极片(1-2)的扁形针头(1-1)通电,测量导电混凝土的电阻,将红外热像仪(4)调成温度云图显示模式,观察温度云图分布情况,当最高温度与最低温度之间的温差小于5℃时,则表示温度分布均匀,无需调整扁形针头(1-1);当最高温度与最低温度之间的温差大于5℃时,表示导电混凝土内部的温度分布不均匀,此时将扁形针头(1-1)朝向低温区方向移动同时观察红外热像仪(4),当红外热像仪(4)上的温度云图图像上显示的试件内部最大温差小于5℃时,即可停止扁形针头(1-1)的移动动作;
步骤三:利用红外热像仪(4)实时监测通电后裂缝处的温度,用调压器(5)不断调节电压直至温度达到理想温度60℃-80℃为止,且在负温通电养护的过程中,导电混凝土会在凝结过程中的12小时内产生电阻降低的现象,从而导致养护温度过高,此时温控开关(6)则会断电,当温度降至合适的养护温度时继续通电,当养护温度过低时警报器(7)响起,此时应重新调节调压器,增所施加的电压,保证修补部位在合理温度范围内养护。
2.根据权利要求1所述的养护方法,其特征在于:所述养护方法的详细操作步骤为:当导电混凝土温度分布不均匀,且红外热像仪(4)中的红外热像仪温度云图显示试件内部最高温与最低温之间的温差大于15℃时,增加带有电极片(1-2)的扁形针头(1-1)的个数,在低温区域增设带有电极片(1-2)的扁形针头,直到温度云图显示的试件全局温差都在5℃以内,即表示导电混凝土温度均匀分布。
3.根据权利要求2所述的养护方法,其特征在于:导电混凝土的制备过程如下:将水泥、硅灰、细砂、水按照质量分数比为1:0.15:0.5:0.3进行混合,同时掺入占水泥体积分数1%的纤维,混合顺序为先将水泥、硅灰、导电纤维进行干拌均匀形成混合物,然后加入水继续搅拌,同时加入1.0 ~3.0 wt%的减水剂以调节复合材料的粘度和流动性,最后加入细砂直至搅拌均匀后停止搅拌。
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