CN113685051A - 基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法，包括步骤为：测量灰缝原有砂浆的强度和饱满度；根据测得的灰缝原有砂浆强度确定合适的水射流器水压，根据测得的砂浆饱满度及需要剔除的深度确定合适的水射流器移动速度，根据剔除顺序及原则确定水射流器移动路径；水射流器对准灰缝原有砂浆；使用水射流剔除灰缝原有砂浆；3D打印头伸入灰缝砂浆剔除后的空隙，“Z”字形填充水泥水凝胶复合材料；灰缝砂浆剔除、嵌补结束，工作设备向前行进。本发明能降低对结构的扰动；被加固构件无需设置支撑体系，简化施工工序，减小人力、物力投入；在不损伤块材的前提下，高效剔除灰缝砂浆；实现基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固。

Description

基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法

技术领域

本发明涉及砌体结构加固技术领域，特别是一种基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法。

背景技术

砌体结构在我国应用广泛，历史悠久，是目前既有建筑结构的主要形式之一，在历史建筑中占有重要的地位。由于年久失修、使用功能改变、抗震设防标准提高等因素，许多砌体结构需进行修缮和加固。特别是历史、文物建筑结构加固时，施工技术的选择要考虑建筑保护的真实性原则、最小干预原则、可识别性原则及可逆原则。其中，砂浆置换法是一种常用加固手段。

砂浆置换就是将砌体结构中的部分低强度砂浆用高性能砂浆置换，达到提高砌体结构抗震性能的目的。这种加固方法主要适用于块材仍具有足够强度而砂浆性能退化严重的砌体结构，具有不减少房屋使用面积和降低对结构扰动的特点。

而现有施工方法中，墙体双面置换砂浆需同步置换，施工过程对墙体室内空间干扰大，单面置换时墙体又存在倾覆风险。砂浆置换前需对被加固构件设置支撑体系，将耗费大量人力、物力，且增加施工难度。灰缝砂浆的剔除常由人工进行，使用工具、机械时易对块材造成损伤。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法，该基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法通过水射流器剔除灰缝原有砂浆、3D打印水泥水凝胶复合材料嵌补，实现基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法，包括以下步骤。

步骤1、测量灰缝原有砂浆的强度和饱满度。

步骤2、根据测得的灰缝原有砂浆强度确定水射流器水压，根据测得的灰缝原有砂浆饱满度及需要剔除的深度确定水射流器移动速度，根据灰缝剔除顺序及原则确定水射流器移动路径。

步骤3、水射流器对准灰缝原有砂浆。

步骤4、水射流器形成水射流，使用水射流剔除灰缝原有砂浆，并形成灰缝砂浆剔除空隙。

步骤5、3D打印头伸入灰缝砂浆剔除空隙，并“Z”字形向灰缝砂浆剔除空隙内3D打印填充水泥水凝胶复合材料。

步骤1中，灰缝原有砂浆强度的测量方法为：采用水射流预试验的方法剔除灰缝原有砂浆，根据水射流剔除灰缝原有砂浆情况以判断灰缝原有砂浆的强度。

步骤2中，灰缝剔除顺序及原则为：将待加固砌体结构划分为若干个砂浆置换区，划分后的每个砂浆置换区均包括若干条水平灰缝和若干条竖直灰缝；在同一个砂浆置换区内，先置换竖直灰缝砂浆，后置换水平灰缝砂浆；竖直或水平灰缝原有砂浆剔除时，按照从上至下的顺序进行剔除；对整片墙体的所有灰缝，均在墙体同一侧采用单面砂浆置换的方式。

在同一个砂浆置换区内，使用水射流将上一个竖直灰缝原有砂浆剔除完成后，开始剔除下一个竖直灰缝砂浆的同时，向上一个竖直灰缝砂浆剔除空隙内3D打印填充水泥水凝胶复合材料。

当竖直灰缝中的原有砂浆为深度方向未贯通砌体结构时，竖直灰缝砂浆置换深度应大于块材深度方向尺寸；当竖直灰缝中的原有砂浆为深度方向贯通砌体结构时，竖直灰缝砂浆置换深度与深度方向贯通的水平灰缝砂浆置换深度相同。

当水平灰缝中的原有砂浆为深度方向贯通砌体结构时，水平灰缝中的原有砂浆剔除后剩余深度约为5厘米。

对同一条水平灰缝，步骤4和步骤5同时进行，水射流器与3D打印头的距离保持在5厘米内。

水射流器与3D打印头之间的水平灰缝砂浆剔除空隙内插设有挡板，挡板与水射流器之间的距离保持恒定不变。

3D打印头与打印面呈锐形夹角，倾斜伸入灰缝砂浆剔除空隙，从侧面打印水泥水凝胶复合材料。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明能降低对结构的扰动。

2、本发明中待加固构件无需设置支撑体系，简化施工工序，减小人力、物力投入。

3、在不损伤块材的前提下，高效剔除灰缝砂浆，实现砌体结构的砂浆快速置换及低干预加固。

附图说明

图1为本发明一种基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法的流程图。

图2为实施例中水射流器初始位置示意图。

图3为实施例中竖直灰缝砂浆剔除、嵌补示意图。

图4为实施例中竖直灰缝砂浆剔除、嵌补完成示意图。

图5为实施例中竖直灰缝砂浆置换完成示意图。

图6为实施例中水平灰缝砂浆剔除、嵌补示意图。

图7为实施例中灰缝砂浆置换完成示意图。

图8为三七墙单个区域实施例竖直灰缝砂浆置换完成示意图。

图9为三七墙单个区域实施例部分水平灰缝砂浆剔除、嵌补示意图。

图10为三七墙单个区域实施例灰缝砂浆置换完成示意图。

其中的附图标记为：1-块材、2-原有砂浆、3-水泥水凝胶复合材料、4-水射流器、5-挡板。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法，包括以下步骤。

步骤1、测量灰缝原有砂浆的强度和饱满度。

上述灰缝原有砂浆2强度的测量方法优选为：采用水射流预试验的方法剔除灰缝原有砂浆，根据水射流剔除灰缝原有砂浆情况以判断灰缝原有砂浆的强度。

步骤2、选取砌体结构灰缝砂浆若干试验点，通过水射流剔除灰缝原有砂浆情况以判断灰缝原有砂浆的强度，根据测得的灰缝原有砂浆平均强度确定水射流器水压，根据测得的灰缝原有砂浆饱满度及需要剔除的深度确定水射流器移动速度，根据灰缝剔除顺序及原则确定水射流器移动路径。

本发明通过水射流的作用面积和移动路径，来控制剔除灰缝原有砂浆的同时不对块材1造成损伤。水射流器的初始位置如图2所示。

如图8~10所示，灰缝剔除顺序及原则优选为：

将待加固砌体结构划分为若干个砂浆置换区以方便施工，划分后每个区域内，均包括若干条水平灰缝和若干条竖直灰缝，且灰缝原有砂浆强度相近。在同一个砂浆置换区内，先剔除竖直灰缝原有砂浆，后剔除水平灰缝原有砂浆。竖直或水平灰缝砂浆剔除时，按照从上至下的顺序进行剔除。整片墙体的所有灰缝，均在墙体同一侧采用单面砂浆置换的方式。

在同一个砂浆置换区内，先置换所有竖直灰缝中的原有砂浆，再置换水平灰缝中的原有砂浆。采取这样顺序的原因为：竖直灰缝中存在应力集中，砌体结构的破坏往往从竖向裂缝开始，最后以形成上下连续贯通的裂缝为最终破坏形式。

竖直或水平灰缝砂浆剔除时，按照从上至下的顺序进行剔除，以防止水流影响水泥水凝胶复合材料组分；对同一条竖直灰缝或同一条水平灰缝，采用单面砂浆置换的方式，根据现场条件，选择扰动小的一侧进行置换。

步骤3、水射流器4对准灰缝原有砂浆。

步骤4、水射流器形成水射流，使用水射流剔除灰缝原有砂浆，并形成灰缝砂浆剔除空隙。

灰缝砂浆剔除深度，优选满足如下要求：

1、当竖直灰缝中的原有砂浆为深度方向未贯通砌体结构时，竖直灰缝砂浆置换深度应大于块材深度方向尺寸；当竖直灰缝中的原有砂浆为深度方向贯通砌体结构时，竖直灰缝砂浆置换深度与深度方向贯通的水平灰缝砂浆置换深度相同。

2、当水平灰缝中的原有砂浆为深度方向贯通砌体结构时，水平灰缝中的原有砂浆剔除后剩余深度约为5厘米，具体值需根据室内装修情况进行设计，尽量不对室内装修及保温层等造成破坏。

如240砖墙（一顺一丁式、多顺一丁式、十字式）水平、竖直灰缝原有砂浆深度方向均贯通砖墙。水平、竖直灰缝砂浆置换后，砂浆置换后原有砂浆剩余深度约为5厘米。

如图8和10所示，370砖墙水平灰缝原有砂浆深度方向贯通砖墙，竖直灰缝原有砂浆未贯通砖墙。水平灰缝砂浆置换后，砂浆置换后原有砂浆剩余深度约为5厘米，竖直灰缝砂浆置换深度略大于深度方向块材1尺寸。

步骤5、3D打印头伸入灰缝砂浆剔除空隙，并“Z”字形向灰缝砂浆剔除空隙内3D打印填充水泥水凝胶复合材料3。

上述水泥水凝胶复合材料凝结快，抗拉性能较普通砂浆有所提升，粘结性能好，耐久性好。

上述3D打印头与打印面呈锐形夹角，初始值根据机器距墙边距离而改变，且随填充材料的施工过程是在变化的，而机器距墙边距离需根据工况确定。倾斜伸入灰缝砂浆剔除空隙，从侧面打印水泥水凝胶复合材料。因灰缝砂浆采用水射流剔除，填充水泥水凝胶复合材料前无需再对表面喷水淋湿。

水泥水凝胶复合材料3D打印填充时，一般满足如下要求：

A、在同一个砂浆置换区内，当使用水射流对上一个竖直灰缝原有砂浆剔除完成，准备开始下一个竖直灰缝剔除的同时，则开始向上一个竖直灰缝砂浆剔除空隙内3D打印填充水泥水凝胶复合材料。竖直灰缝剔除、嵌补如图3和图4所示，置换完成后状态如图5所示。水平灰缝剔除、嵌补如图6所示。

B、如图6，对同一条水平灰缝，步骤4和步骤5同时进行，在互不影响操作的前提下，水射流器与3D打印头的距离（即原有砂浆与水泥水凝胶复合材料间的空隙）保持最小距离，一般不超过5厘米。

进一步，水射流器与3D打印头之间的水平灰缝内插设有挡板5，挡板与水射流器之间的距离保持恒定不变。挡板优选为橡胶片，具备一定柔度。

步骤6：工作设备向前行进：当前砂浆置换区内的所有水平灰缝砂浆置换完成后，置换完成后状态如图7所示，工作设备向前行进，开始下一个砂浆置换区的砂浆置换。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、测量灰缝原有砂浆的强度和饱满度；

步骤2、根据测得的灰缝原有砂浆强度确定水射流器水压，根据测得的灰缝原有砂浆饱满度及需要剔除的深度确定水射流器移动速度，根据灰缝剔除顺序及原则确定水射流器移动路径；

步骤3、水射流器对准灰缝原有砂浆；

步骤4、水射流器形成水射流，使用水射流剔除灰缝原有砂浆，并形成灰缝砂浆剔除空隙；

步骤5、3D打印头伸入灰缝砂浆剔除空隙，并“Z”字形向灰缝砂浆剔除空隙内3D打印填充水泥水凝胶复合材料。

2.根据权利要求1所述的基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法，其特征在于：步骤1中，灰缝原有砂浆强度的测量方法为：采用水射流预试验的方法剔除灰缝原有砂浆，根据水射流剔除灰缝原有砂浆情况以判断灰缝原有砂浆的强度。

3.根据权利要求1所述的基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法，其特征在于：步骤2中，灰缝剔除顺序及原则为：将待加固砌体结构划分为若干个砂浆置换区，划分后的每个砂浆置换区均包括若干条水平灰缝和若干条竖直灰缝；在同一个砂浆置换区内，先置换竖直灰缝砂浆，后置换水平灰缝砂浆；竖直或水平灰缝原有砂浆剔除时，按照从上至下的顺序进行剔除；对整片墙体的所有灰缝，均在墙体同一侧采用单面砂浆置换的方式。

4.根据权利要求3所述的基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法，其特征在于：在同一个砂浆置换区内，使用水射流将上一个竖直灰缝原有砂浆剔除完成后，开始剔除下一个竖直灰缝砂浆的同时，向上一个竖直灰缝砂浆剔除空隙内3D打印填充水泥水凝胶复合材料。

5.根据权利要求3所述的基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法，其特征在于：当竖直灰缝中的原有砂浆为深度方向未贯通砌体结构时，竖直灰缝砂浆置换深度应大于块材深度方向尺寸；当竖直灰缝中的原有砂浆为深度方向贯通砌体结构时，竖直灰缝砂浆置换深度与深度方向贯通的水平灰缝砂浆置换深度相同。

6.根据权利要求6所述的基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法，其特征在于：当水平灰缝中的原有砂浆为深度方向贯通砌体结构时，水平灰缝中的原有砂浆剔除后剩余深度约为5厘米。

7.根据权利要求3所述的基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法，其特征在于：对同一条水平灰缝，步骤4和步骤5同时进行，水射流器与3D打印头的距离保持在5厘米内。

8.根据权利要求8所述的基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法，其特征在于：水射流器与3D打印头之间的水平灰缝砂浆剔除空隙内插设有挡板，挡板与水射流器之间的距离保持恒定不变。

9.根据权利要求1所述的基于砂浆快速置换的砌体结构低干预加固方法，其特征在于：3D打印头与打印面呈锐形夹角，倾斜伸入灰缝砂浆剔除空隙，从侧面打印水泥水凝胶复合材料。

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