CN115478703B - 一种防止混凝土孔洞冻胀开裂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防止混凝土孔洞冻胀开裂的方法。该方法为：在混凝土孔洞中填充将孔洞内设置的固定件表面包覆的柔性憎水材料，柔性憎水材料的厚度小于等于(D‑d)/2，其中，D为混凝土孔洞直径，d为固定件直径。本发明以外加柔性套筒方式巧妙地消除冻胀力对混凝土孔洞的破坏作用，有效的起到对混凝土的保护作用。
Description
技术领域
本发明属于工程结构建造与加固技术领域，具体涉及一种防止混凝土孔洞冻胀开裂的方法。
背景技术
目前我国建筑行业处于飞速发展阶段，各种连接技术、新型材料层出不穷。其中，混凝土构件通过螺栓进行连接的方式不断应用于实际工程中，如装配式混凝土建筑的螺栓连接(见图1)、铁路混凝土轨铺的螺栓连接(见图2)等。通过对螺栓施加预紧力以实现构件的连接，使结构体系在外载荷作用时不发生相对运动。为了使螺栓顺利穿过孔洞实现装配，工程中所预留的孔洞均会比螺杆直径大，此类空隙势必会造成水的渗入。值得注意的是，由于水的物理特性，当环境温度低于0℃时，液相水将转变为固相冰，结冰后自身体积膨胀至水体积的1.09倍，对混凝土孔洞产生显著的膨胀力，结果既可能导致混凝土冻胀开裂，还极易引发螺栓预紧力的衰减。
传统的带孔混凝土的螺栓连接体系中，为防止水进入孔洞引起的混凝土冻胀开裂问题，往往采用在含螺杆的孔洞内注满水泥砂浆或发泡剂等方法进行防水封堵，但此类方法在处理过程中存在水泥砂浆或发泡剂无法完全塞满或密实的技术问题。在上述传统处理方法中，如果螺杆和混凝土壁之间仍然存在因填塞不充分而留下的孔洞，则水分进入孔洞后照样会引起混凝土冻胀开裂。此外，还有技术方案为对混凝土表面、垫板及螺帽区域进行防水施工，以防止外界环境水进入孔洞，然而上述措施在后期服役过程中受到热胀冷缩、防水胶耐久性劣化等问题，上述防水体系不可避免的会失效而使得孔洞内渗入水，最终引起混凝土冻胀开裂。
因此，为了减少或避免螺栓孔洞水结冰带来的冻胀问题，亟需设计一种快捷有效、安全可靠技术方案，以彻底消除螺栓连接带孔混凝土构件的安全隐患。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种防止混凝土孔洞冻胀开裂的方法，本发明以外加柔性套筒方式巧妙地消除冻胀力对混凝土孔洞的破坏作用，有效的起到对混凝土的保护作用。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种防止混凝土孔洞冻胀开裂的方法，在混凝土孔洞中填充将孔洞内设置的固定件表面包覆的柔性憎水材料即可。
进一步地，包覆于固定件表面的柔性憎水材料厚度均一，且其厚度小于固定件与混凝土孔洞内壁之间的间距。
进一步地，其厚度小于等于(D-d)/2，其中，D为混凝土孔洞直径，d为固定件直径。
进一步地，柔性憎水材料为吸水率小于1％，压缩永久变形小于10％，且弹性模量为2～100MPa的材料。
进一步地，柔性憎水材料为硅橡胶、PVC或软硅胶。
进一步地，固定件为螺杆，柔性憎水材料呈筒状包覆于螺杆表面，形成预制螺栓。
进一步地，固定件在包覆柔性憎水材料前，需进行超声除污。
进一步地，具体过程如下：
(1)首先清理混凝土螺栓孔洞开口侧的杂物，再对孔洞内部进行清理，清理时采用喷吹的方式将孔洞内的杂物吹出；对孔洞内部清理时，若内部存留PVC管、垫片、木方等杂物时，应用冲击钻、切割机等对其清除，并在清除后再次采用喷吹方式对孔洞内部进行清理，然后测量孔洞深度L和孔洞直径D；
(2)准备直径d＜孔洞直径D，且长度大于孔洞深度L的螺栓，并对其进行超声波除污；在进行超声波除污时，应确保除污时间大于10分钟，并以螺纹处无明显污渍为标准；
(3)将柔性憎水材料制成中空柱状的套筒，按孔洞深度裁剪套筒，测量出套筒内壁直径dS、厚度M、长度H；裁剪过程中，确保柔性憎水材料的套筒内壁直径dS与螺栓直径d一致，并且套筒厚度M满足以下关系：M≤(D-d)/2，套筒长度H应等于孔洞深度L；
柔性憎水材料吸水率不大于1％，材料弹性模量在2至100MPa之间且压缩永久变形在10％以下，包括但不限于硅橡胶套筒、PVC软管、软硅胶。
(4)对螺杆行润滑防锈处理，然后将套筒套于螺杆上，并进行完整度检查，最终完成预制螺栓；其中，完整度检查包括检测套筒内壁与螺杆外表面是否紧贴、套筒套入后有无出现明显开裂破损等，若存在不足则返回步骤(3)，重新制作中空套筒；
(5)将预制螺栓连同垫圈、钢板安装于混凝土螺栓孔洞中，并使螺栓中心位置与孔洞中心对齐；
(6)对螺母施加扭矩，保证被连接件在外载荷作用时不发生相对运动，最终使得螺栓预紧力达到设计值。
本发明的有益效果：
本发明利用柔性憎水性材料制得形状为中空柱状的套筒，通过套筒与螺栓相连，减小混凝土孔洞中的空间，使得能在孔洞中停留的水的量减少。柔性憎水性材料的有益效果表现在以下两个方面：一方面，柔性材料弹性模量低、变形能力强，使得水结冰产生体积膨胀时，螺栓连接孔洞体系对水结冰膨胀的约束力显著减小甚至消除。换句话说，因为水结冰膨胀过程作用在混凝土孔壁的膨胀力非常小甚至没有，因此混凝土就不存在冻胀开裂风险；另一方面，施加在混凝土孔壁上的膨胀力减小，使得混凝土不产生沿着孔径方向的横向变形，进而消除了横向变形引起的沿着孔轴线方向的竖向变形，从而保障了螺栓的预紧力不发生衰减。
因此，本发明以外加柔性套筒方式巧妙地消除冻胀力对混凝土孔洞的破坏作用，有效的起到对混凝土的保护作用。
附图说明
图1为用于说明目前存在的混凝土螺栓连接方式的装配式混凝土建筑的螺栓连接；
图2为用于说明目前存在的混凝土螺栓连接方式的铁路混凝土轨铺的螺栓连接；
图3为本申请的施工流程图；
图4为螺栓套筒安装示意图；
图5为装配式混凝土结构的螺栓连接体系；
图6为混凝土孔洞未经任何处理的预紧力监测效果图；
图7为混凝土孔洞经实施例1～3处理后的预紧力监测效果图。
其中，1、螺栓；2、连接钢板；3、装配式建筑混凝土墙体；4、混凝土孔洞；5、螺母；6、螺栓式混凝土轨枕；7、柔性憎水性套筒；8、垫圈。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
一种防止混凝土孔洞冻胀开裂的方法，具体过程如下：
(1)对混凝土螺栓孔洞进行清理；当孔洞外边缘有挂浆时，用刮刀将浮浆铲净，再用软刷将灰尘清扫干净，保证接孔洞外侧平整干净；当孔洞内有预制混凝土构件安装过程中残留的PVC管、垫片、木方等杂物时，应用冲击钻、切割机等工具将杂物清理干净，最后用强力吹风机将孔洞内灰尘、松散杂物清理干净；待完成上述操作后，对孔洞参数进行测量，测量确定孔洞深度L＝240mm和孔洞直径D＝22mm。
(2)准备相应的螺栓，并对其进行超声波除污；准备相应的螺栓时，应确保螺栓长度为300mm，大于孔洞深度240mm；螺栓直径d为16mm，小于孔洞直径22mm；在进行超声波除污时，应确保除污时间大于10分钟，并以螺纹处无明显污渍为标准。
(3)准备壁厚为2mm(未填充满孔洞)的硅橡胶套筒，其吸水率为1％，材料弹性模量为78MPa，且压缩永久变形在6％-7％；在裁剪过程中，确保套筒内壁直径dS＝16mm，等于螺栓直径，套筒长度H为240mm，等于孔洞深度L。
(4)将上述套筒套于螺杆上，并进行完整度检查，最终完成预制螺栓；参见图4，套筒套于螺杆上之前，对螺杆进行润滑防锈处理，保证套筒顺利套入；完整度检查包括检测套筒内壁与螺杆外表面是否紧贴、套筒套入后有无出现明显开裂破损等，若存在不足则返回步骤三，重新制作硅橡胶套筒。
(5)将预制螺栓连同垫圈、钢板安装于混凝土螺栓孔洞中；参见图5，应注意螺栓中心位置应与孔洞中心对齐。
(6)对螺母施加扭矩，产生螺栓预紧力，保证被连接件在外载荷作用时不发生相对运动；本实例中因构造简单，采用初拧、终拧方式完成，连接处的螺栓由螺栓群中央顺序向外拧紧，保证初拧、终拧在一天内完成。其中初拧扭矩为100kN·m，终拧扭矩为200kN·m，初拧后的螺栓用红色进行标记。
实施例2
一种防止混凝土孔洞冻胀开裂的方法，具体过程如下：
(1)对混凝土螺栓孔洞进行清理；当孔洞外边缘有挂浆时，用刮刀将浮浆铲净，再用软刷将灰尘清扫干净，保证接孔洞外侧平整干净；当孔洞内有预制混凝土构件安装过程中残留的PVC管、垫片、木方等杂物时，应用冲击钻、切割机等工具将杂物清理干净，最后用强力吹风机将孔洞内灰尘、松散杂物清理干净；待完成上述操作后，对孔洞参数进行测量，测量确定孔洞深度L＝240mm和孔洞直径D＝22mm。
(2)准备相应的螺栓，并对其进行超声波除污；准备相应的螺栓时，应确保螺栓长度为300mm，大于孔洞深度240mm；螺栓直径d为16mm，小于孔洞直径22mm；在进行超声波除污时，应确保除污时间大于10分钟，并以螺纹处无明显污渍为标准。
(3)准备壁厚为3mm(填充满孔洞)的硅橡胶套筒，按孔洞深度裁剪套筒；其吸水率为1％，材料弹性模量为78MPa，且压缩永久变形在6％-7％；在裁剪过程中，确保柔性憎水材料的套筒内壁直径dS＝16mm，等于螺栓直径，套筒长度H为240mm，等于孔洞深度L。
(4)将上述套筒套于螺杆上，并进行完整度检查，最终完成预制螺栓；参见图4，套筒套于螺杆上之前，对螺杆进行润滑防锈处理，保证套筒顺利套入；完整度检查包括检测套筒内壁与螺杆外表面是否紧贴、套筒套入后有无出现明显开裂破损等，若存在不足则返回步骤三，重新制作硅橡胶套筒。
(5)将预制螺栓连同垫圈、钢板安装于混凝土螺栓孔洞中；参见图5，应注意螺栓中心位置应与孔洞中心对齐。
(6)对螺母施加扭矩，产生螺栓预紧力，保证被连接件在外载荷作用时不发生相对运动；本实例中因构造简单，采用初拧、终拧方式完成，连接处的螺栓由螺栓群中央顺序向外拧紧，保证初拧、终拧在一天内完成。其中初拧扭矩为100kN·m，终拧扭矩为200kN·m，初拧后的螺栓用红色进行标记。
实施例3
一种防止混凝土孔洞冻胀开裂的方法，具体过程如下：
(1)对混凝土螺栓孔洞进行清理；当孔洞外边缘有挂浆时，用刮刀将浮浆铲净，再用软刷将灰尘清扫干净，保证接孔洞外侧平整干净；当孔洞内有预制混凝土构件安装过程中残留的PVC管、垫片、木方等杂物时，应用冲击钻、切割机等工具将杂物清理干净，最后用强力吹风机将孔洞内灰尘、松散杂物清理干净；待完成上述操作后，对孔洞参数进行测量，测量确定孔洞深度L＝240mm和孔洞直径D＝22mm。
(2)准备相应的螺栓，并对其进行超声波除污；准备相应的螺栓时，应确保螺栓长度为300mm，大于孔洞深度240mm；螺栓直径d为16mm，小于孔洞直径22mm；在进行超声波除污时，应确保除污时间大于10分钟，并以螺纹处无明显污渍为标准。
(3)将螺栓连同垫圈、钢板安装于混凝土螺栓孔洞中；应注意螺栓中心位置应与孔洞中心对齐。
(4)利用传统施工方法，在螺栓与混凝土孔洞之间的孔隙填充满聚氨酯类发泡剂，并对螺栓进行固定即可。
实验例1
依托工程位于西藏自治区日喀则市，属于高寒地区，雨水较为充沛，昼夜温差大，在储水环境中易使孔洞内的水结冰。将实施例1～3所记载的技术方案应用于该依托工程，并通过快速冻融试验方法分析实施例1～3所记载的技术方案的效果。
试验过程中，通过对混凝土螺栓连接方式的孔洞进行裂缝、螺栓预紧力的跟踪监测，以检测不同技术方案对混凝土孔洞开裂程度的影响，并以未经任何处理的混凝土作为对照组，其结果见图6、图7，图中纵坐标为实际预紧力Pc与初始预紧力Pu的比值，同时在图中注明了现场观测到的混凝土开裂情况以及裂缝宽度。
如图6、7所示，结合试验结果可以看出，实施例2中采用壁厚为3mm(填充满孔洞)的硅橡胶套管，实施例3中采用发泡剂套管由于填充满孔洞，两种方式都会使水难以进入，使得螺栓预紧力变化不明显，但相比之下，发泡剂套管会出现吸水变软、弹性减弱等问题，且其耐久性失效后不能阻止水进入。
实施例1采用壁厚为2mm(未填充满孔洞)的硅橡胶套管，由于其与孔洞仍存在一定间隙，在温度降低时存储于孔隙内水结冰会引起预紧力在一定程度上下降，但与实施例2相比，下降程度并不明显，两者相差无几。
而与实施例3相比，在前期实施例1与实施例3预紧力损失相差不大，但由于发泡剂存在耐久性失效问题，在出现“颈缩”状态后与实施例1和实施例2差距越来越大。值得注意的是，与未套套管的螺栓对比可知，带套管的螺栓相比之下更不易发生孔洞开裂。
综上，通过对比，可以看出本申请技术方案能够有效的防止混凝土开裂，特别是在混凝土孔洞中存在水且出现冻胀问题的前提下，也能有效的防止混凝土开裂。
最后应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种防止混凝土孔洞冻胀开裂的方法，其特征在于，对混凝土螺栓孔洞进行清理，然后将包覆有柔性憎水材料的固定件安装至混凝土螺栓孔洞中；
所述柔性憎水材料厚度均一，且其厚度等于固定件与混凝土孔洞内壁之间的间距。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述柔性憎水材料为吸水率小于1%，压缩永久变形小于10%，且弹性模量为2~100MPa的材料。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述柔性憎水材料为硅橡胶、PVC或软硅胶。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固定件为螺杆，柔性憎水材料呈筒状包覆于螺杆表面，形成预制螺栓。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述固定件在包覆柔性憎水材料前，需进行超声除污。
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