CN114658249A - 一种水泥基复合材料加固混凝土柱结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水泥基复合材料加固混凝土柱结构及施工方法，涉及建筑结构加固技术领域，其中，水泥基复合材料加固混凝土柱结构，包括固定在混凝土柱四个柱角的角位垫条；至少一层纤维网格布，所述纤维网格布绕混凝土柱缠绕，所述角位垫条将所述纤维网格布张紧，以形成位于所述纤维网格布和混凝土柱之间的粘结层浇筑空间；以及复合材料，浇筑于所述粘结层浇筑空间，以形成粘结层，并涂布于所述纤维网格布外周表面，以形成保护层。本发明加固结构的厚度小，加固后对原有结构的质量改变不大，对建筑空间影响小，且易于施工，可应用于多种工程场景，具有较好的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构加固技术领域，特别涉及一种水泥基复合材料加固混凝土柱结构，还涉及一种水泥基复合材料加固混凝土柱结构的施工方法。
背景技术
随着我国城市建设开发方式的转变，修缮改造将是未来城市更新的必然选择。当建筑结构经历了较长的服役时间，往往会出现一些老化。自身老化、自然灾害和人为损伤等原因使得建筑物不断产生各种结构安全隐患。为保证人民群众的生命财产安全，同时因设计规范修订和部分建筑功能改变的影响，大量的老旧建筑需要进行加固改造。
现有的混凝土加固方法分为直接加固法和间接加固法两大类。直接加固法包括采用建筑隔震技术和设置阻尼器等。间接加固法包括增大截面面积、置换混凝土和外加预应力等。这些方法或成本高昂，或加固能力有限，或施工复杂。为解决上述问题，在加固领域需要更多的创新。
随着纤维复合材料的迅猛发展，具有优秀延展性和适用性的不同种类纤维网格布产品被研发和生产。工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite,ECC)因具有明显的应变硬化特性，在极限拉应变状态时仍然能够呈现多条细密裂缝被应用于多种工程领域。有着优秀的力学性能和耐久性的超高性能混凝土(Ultra-High PerformanceConcrete,UHPC)也得到了越来越广泛的关注。
将纤维网格布、ECC和UHPC等新型材料应用在加固领域，对相关设计和施工工艺不断改进是未来的趋势。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明实施例提供一种水泥基复合材料加固混凝土柱结构，提高混凝土柱的承载力、延性和耐久性，赋予老旧建筑全新的生命力，满足人民群众的生产生活需要。
本发明实施例还提供一种水泥基复合材料加固混凝土柱结构的施工方法。
根据本发明第一方面的实施例，提供一种水泥基复合材料加固混凝土柱结构，包括固定在混凝土柱四个柱角的角位垫条；至少一层纤维网格布，所述纤维网格布绕混凝土柱缠绕，所述角位垫条将所述纤维网格布张紧，以形成位于所述纤维网格布和混凝土柱之间的粘结层浇筑空间；以及复合材料，浇筑于所述粘结层浇筑空间，以形成粘结层，并涂布于所述纤维网格布外周表面，以形成保护层。
上述水泥基复合材料加固混凝土柱结构，至少具有以下有益效果：通过在混凝土柱四个柱角设置的角位垫条，施工时可以将纤维网格布中的纤维束张紧，受力更加均匀，且角位垫条可以保持纤维网格布的位置，使其处于加固结构的中间，加固效果更好；设置的纤维网格布与复合材料通过粘结共同受力和变形，形成对既有的混凝土柱的双重保护和约束，显著提高了待加固柱的承载力、延性和耐久性。本发明加固结构的厚度小，加固后对原有结构的质量改变不大，对建筑空间影响小，且易于施工，可应用于多种工程场景，具有较好的推广价值。
根据本发明第一方面的实施例，所述角位垫条截面成Ω型，所述角位垫条包括弧形部以及连接在弧形部两侧的两个翼缘板，所述翼缘板粘附在混凝土柱的柱身，所述弧形部突出设置，以撑开所述纤维网格布。
根据本发明第一方面的实施例，所述粘结层的厚度为5～15mm，所述保护层的厚度为5～15mm。
根据本发明第一方面的实施例，所述纤维网格布设置至少两层，相邻两层所述纤维网格布之间具有中间层浇筑空间，所述中间层浇筑空间浇筑有所述复合材料，以形成中间层。
根据本发明第一方面的实施例，所述复合材料ECC材料或UHPC材料。
根据本发明第一方面的实施例，所述水泥基复合材料加固混凝土柱结构还包括多根抗剪栓钉，所述抗剪栓钉端部打入混凝土柱中，以加强复合材料与混凝土柱之间的界面粘结。通过该技术方案，抗剪栓钉可以增强ECC材料或UHPC材料与既有的混凝土柱表面的粘结，使之更好地形成一个整体协同受力。
根据本发明第一方面的实施例，所述纤维网格布缠绕后两端的搭接宽度至少为150mm，所述纤维网格布通过钢板压条锚固，或通过浸渍环氧胶进行粘接，或在混凝土柱开固定槽后用浸渍环氧胶将纤维网格布固定于所述固定槽内。
根据本发明第二方面的实施例，提供一种水泥基复合材料加固混凝土柱结构的施工方法，包括以下步骤：
S1，对混凝土柱表面进行凿毛处理，将混凝土柱的四个柱角打磨成圆弧状，对混凝土柱清洗清洁，将角位垫条固定在混凝土柱的四个柱角；
S2，在混凝土柱的柱身打入抗剪栓钉；
S3，将纤维网格布绕混凝土柱缠绕，依次粘接在四个角位垫条和混凝土柱上；
S4，沿混凝土柱的柱身浇筑复合材料。
上述水泥基复合材料加固混凝土柱结构的施工方法，至少具有以下有益效果：通过在混凝土柱四个柱角设置的角位垫条，施工时可以将纤维网格布中的纤维束张紧，受力更加均匀，且角位垫条可以保持纤维网格布的位置，使其处于加固结构的中间，加固效果更好；加之抗剪栓钉可以增强复合料与既有的混凝土柱表面的粘结；设置的纤维网格布与复合材料通过粘结共同受力和变形，形成对既有的混凝土柱的双重保护和约束，显著提高了待加固柱的承载力、延性和耐久性。
根据本发明第二方面的实施例，步骤S1中，所述角位垫条通过粘钢胶固定在在混凝土柱的四个柱角。
根据本发明第二方面的实施例，步骤S4中，所述复合材料为ECC材料或UHPC材料，浇筑前对混凝土柱的柱身进行清洁、湿润；利用混凝土喷射机进行复合材料加固，或用泥刀将复合材料涂抹在混凝土柱的表面，或通过模板搭建成的浇筑空间进行浇筑并进行振捣。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
图1是本发明实施例的透视图；
图2是本发明实施例的正视图；
图3是本发明实施例的俯视图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1至图3，一种水泥基复合材料加固混凝土柱结构，包括角位垫条21、纤维网格布23以及复合材料。其中，混凝土柱11为既有的混凝土柱，本实施例中，混凝土柱11四个柱角均固定有角位垫条21，角位垫条21的长度同混凝土柱11的高度相等，即共设置四根角位垫条21。纤维网格布23设置至少一层，纤维网格布23绕混凝土柱11缠绕，角位垫条21将纤维网格布23张紧，以形成位于纤维网格布23和混凝土柱11之间的粘结层浇筑空间；复合材料浇筑于粘结层浇筑空间，以形成粘结层31，并涂布于纤维网格布23外周表面，以形成保护层32。
可以理解的是，通过在混凝土柱11的四个柱角设置角位垫条21，施工时可以将纤维网格布22中的纤维束张紧，受力更加均匀，且角位垫条21可以保持纤维网格布22的位置，使其处于加固结构的中间，加固效果更好；设置的纤维网格布22与复合材料通过粘结共同受力和变形，形成对既有的混凝土柱的双重保护和约束，显著提高了待加固柱的承载力、延性和耐久性。
本实施例中，角位垫条21采用由普通钢材制作。进一步的，角位垫条21截面成Ω型，角位垫条21包括弧形部以及连接在弧形部两侧的两个翼缘板，翼缘板粘附在混凝土柱11的柱身，弧形部突出设置，以撑开纤维网格布23。
其中，粘结层31的厚度为5～15mm，保护层32的厚度为5～15mm。
在其它的实施例中，纤维网格布23设置至少两层，相邻两层纤维网格布23之间具有中间层浇筑空间，中间层浇筑空间浇筑有复合材料，以形成中间层。可以理解的是，若纤维网格布23设置一层，加固结构为粘结层-纤维网格布-保护层；若纤维网格布23设置两层，加固结构为粘结层-纤维网格布-中间层-纤维网格布-保护层。
纤维网格布23缠绕后两端的搭接宽度至少为150mm。纤维网格布23通过钢板压条锚固；或通过浸渍环氧胶进行粘接；或在混凝土柱11开固定槽后用浸渍环氧胶将纤维网格布23固定于固定槽内。其中，纤维网格布23采用粘接方式时，在缠绕的起始位置和结束位置将纤维网格布23的纤维束分散，用浸渍环氧胶将其粘接在既有的混凝土柱11表面，注意点是，纤维网格布23缠绕时连续不断开依次粘接在角位垫条上。
本实施例中，所采用的纤维网格布23是一种用来增强混凝土或砂浆力学性能的耐碱纤维编织网，纤维束包括有玄武岩纤维、玻璃纤维和碳纤维的一种或多种，网眼尺寸可优选10mm×10mm或25mm×25mm，或者其它规格。
具体的，复合材料为ECC材料或UHPC材料。ECC材料具有显著的应变硬化特征，受拉可产生多条细密裂缝，极限拉应变达3％以上。ECC材料中的纤维有PVA纤维、PE纤维、PP纤维、玄武岩纤维的其中一种或多种，纤维掺量不超过总体积的2％。UHPC材料具有高强度、高韧性和高耐久性等特点，抗压强度达100MPa以上，UHPC材料中的纤维为钢纤维，纤维掺量不超过总体积的2％。
其中的一个实施例中，水泥基复合材料加固混凝土柱结构还包括多根抗剪栓钉22，抗剪栓钉22端部打入混凝土柱11中，以加强复合材料与混凝土柱11之间的界面粘结。抗剪栓钉22可以增强ECC材料或UHPC材料与既有的混凝土柱11表面的粘结，使之更好地形成一个整体协同受力。应用中，抗剪栓钉由碳素钢制作，有较高的硬度，长度不小于50mm。
以下通过具体的应用实施例进行描述：既有的混凝土柱11高度为1000mm，截面尺寸为300mm×300mm。纤维网格布23设置一层，粘结层和保护层分别为15mm；选用的纤维网格布为江苏绿材谷公司提供的双向玄武岩纤维网格布，网眼尺寸为10mm×10mm；具体的纤维束的截面积为0.324mm2，弹性模量为30GPa，极限拉应变为0.016。角位垫条21由2mm厚钢板压制而成，长度同混凝土柱11的高度相等，两侧的翼缘板宽度为15mm，中间的弧形部的圆角半径为8mm。复合材料选用为ECC材料，其中一个优选配合比为水泥：粉煤灰：石英砂：水＝1：2.33：1：0.83，水胶比为0.30。ECC材料采用PVA纤维，体积掺量2％。ECC材料的28天抗压强度不低于30MPa，极限拉应变不小于4％。抗剪栓钉22由碳素钢生产，材质为60号钢，长度为60mm。
本发明还公开了一种水泥基复合材料加固混凝土柱结构的施工方法，包括以下步骤：
S1，对混凝土柱11表面进行凿毛处理，用角磨机将混凝土柱11的四个柱角打磨成圆弧状，对混凝土柱11清洗清洁，将角位垫条21固定在混凝土柱11的四个柱角。其中，角位垫条通过粘钢胶固定在在混凝土柱的四个柱角。
S2，在混凝土柱11的柱身打入抗剪栓钉22。
具体的，在混凝土柱11的柱身以间距200mm钻孔并打入抗剪栓钉，抗剪栓钉打入混凝土柱内部的长度为30mm，柱表面外的长度为30mm。
S3，将纤维网格布23绕混凝土柱11缠绕，依次粘接在四个角位垫条21和混凝土柱11上。
具体的，将缠绕的起始位置的纤维网格布的纤维束分散，通过浸渍环氧胶粘接在既有的混凝土柱的表面；接着将纤维网格布绕混凝土柱缠绕一圈，依次粘接在角位垫条上；第一圈缠绕结束后保证有150mm的搭接长度，并在搭接范围内充分涂抹浸渍环氧胶；然后将缠绕结束位置的纤维网格布的纤维束分散并粘接在混凝土柱的表面。
S4，沿混凝土柱11的柱身浇筑复合材料，其中，合材料为ECC材料或UHPC材料。
浇筑前对混凝土柱11的柱身进行清洁、湿润；利用混凝土喷射机进行复合材料加固，或用泥刀将复合材料涂抹在混凝土柱11的表面，或通过模板搭建成的浇筑空间进行浇筑并进行振捣。
本实施例是，通过泥刀将ECC材料涂抹在既有的混凝土柱表面，通过抗剪栓钉的剩余长度控制涂抹厚度。确保纤维网格布处于复合加固结构的中间位置，使其和既有的混凝土柱表面之间有15mm厚的粘结层，网格布外有15mm厚的保护层。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种水泥基复合材料加固混凝土柱结构，其特征在于：包括
固定在混凝土柱四个柱角的角位垫条；
至少一层纤维网格布，所述纤维网格布绕混凝土柱缠绕，所述角位垫条将所述纤维网格布张紧，以形成位于所述纤维网格布和混凝土柱之间的粘结层浇筑空间；以及
复合材料，浇筑于所述粘结层浇筑空间，以形成粘结层，并涂布于所述纤维网格布外周表面，以形成保护层。
2.根据权利要求1所述的水泥基复合材料加固混凝土柱结构，其特征在于：所述角位垫条截面成Ω型，所述角位垫条包括弧形部以及连接在弧形部两侧的两个翼缘板，所述翼缘板粘附在混凝土柱的柱身，所述弧形部突出设置，以撑开所述纤维网格布。
3.根据权利要求2所述的水泥基复合材料加固混凝土柱结构，其特征在于：所述粘结层的厚度为5～15mm，所述保护层的厚度为5～15mm。
4.根据权利要求3所述的水泥基复合材料加固混凝土柱结构，其特征在于：所述纤维网格布设置至少两层，相邻两层所述纤维网格布之间具有中间层浇筑空间，所述中间层浇筑空间浇筑有所述复合材料，以形成中间层。
5.根据权利要求1或2所述的水泥基复合材料加固混凝土柱结构，其特征在于：所述复合材料为ECC材料或UHPC材料。
6.根据权利要求5所述的水泥基复合材料加固混凝土柱结构，其特征在于：所述水泥基复合材料加固混凝土柱结构还包括多根抗剪栓钉，所述抗剪栓钉端部打入混凝土柱中，以加强复合材料与混凝土柱之间的界面粘结。
7.根据权利要求1或2所述的水泥基复合材料加固混凝土柱结构，其特征在于：所述纤维网格布缠绕后两端的搭接宽度至少为150mm，所述纤维网格布通过钢板压条锚固，或通过浸渍环氧胶进行粘接，或在混凝土柱开固定槽后用浸渍环氧胶将纤维网格布固定于所述固定槽内。
8.一种水泥基复合材料加固混凝土柱结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，对混凝土柱表面进行凿毛处理，将混凝土柱的四个柱角打磨成圆弧状，对混凝土柱清洗清洁，将角位垫条固定在混凝土柱的四个柱角；
S2，在混凝土柱的柱身打入抗剪栓钉；
S3，将纤维网格布绕混凝土柱缠绕，依次粘接在四个角位垫条和混凝土柱上；
S4，沿混凝土柱的柱身浇筑复合材料。
9.根据权利要求8所述的水泥基复合材料加固混凝土柱结构的施工方法，其特征在于：步骤S1中，所述角位垫条通过粘钢胶固定在在混凝土柱的四个柱角。
10.根据权利要求8所述的水泥基复合材料加固混凝土柱结构的施工方法，其特征在于：步骤S4中，所述复合材料为ECC材料或UHPC材料，浇筑前对混凝土柱的柱身进行清洁、湿润；利用混凝土喷射机进行复合材料加固，或用泥刀将复合材料涂抹在混凝土柱的表面，或通过模板搭建成的浇筑空间进行浇筑并进行振捣。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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