CN1231371A - 补强加固混凝土建筑物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及补强加固桥梁、房屋、隧道、堤坝的钢筋混凝土建筑物的方法。所述补强加固的方法包括灌注法和压贴法钢板补强加固混凝土建筑物的方法和粘合法碳纤维布补强加固混凝土建筑物的方法。其中用于钢板或碳纤维布粘贴混凝土表面的粘合胶为环氧树脂类胶。补强加固后的建筑物不仅改善了原结构的应力分布,而且大大地降低了每部分的应力强度,从而提高了建筑物的负荷能力,延长了安全使用的寿命,避免建筑物重建所带来的巨大投资压力。

Description

补强加固混凝土建筑物的方法

本发明涉及补强加固钢筋混凝土建筑物的方法，具体地说补强加固桥梁、房屋、隧道、堤坝钢筋混凝土建筑物的方法。

钢筋混凝土是使用最多的一种结构材料。尽管通过合理地配置钢筋可充分发挥混凝土的抗压强度和钢筋的抗拉强度，使二者共同承担负荷，满足工程结构的需要，但由于各种原因，如混凝土破损、负荷增加、材料老化以及原设计缺陷等，使得负载能力下降，整体或某些部分应力增加甚至超出容许标准。在这种状态下继续使用是十分危险的，最后不得不报废，重新修造。至今由于缺少行之有效的方法，在现代交通飞速发展和外界环境的影响下，许多钢筋混凝土建筑物的使用寿命大为缩短，经济上造成很大的损失。

目前，混凝土建筑物由于混凝土开裂引起裂缝的修复方法多采用补缝法。如环氧树脂补缝，外包细石混凝土保护层。这种方法由于材料之间的粘合力有限，易发生脱落，所以结果不理想。CN1080683A公开了一种“钢筋混凝土构件裂缝的修复方法”。该发明将裂缝处拓展为修复面，用水冲刷、凉干，刷高效速凝剂，补15％补偿收缩砂浆，再刷高效速凝剂。尽管该法对原来的补缝有所改进，但因其中的高效速凝剂没有得到必要的说明，所以实施该发明是有困难的。

因此，钢筋混凝土建筑物的补强加固成为人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题。

本发明人发现钢板或碳纤维布可借助于粘合胶与混凝土建筑物的补强加固面牢固地结合形成一个整体，从而大大地增强了钢筋混凝土建筑物的强度。

由此，本发明的目的在于提供一种灌注法钢板补强加固钢筋混凝土建筑物的方法。

本发明另外一个目的在于提供一种压贴法钢板补强加固钢筋混凝土建筑物的方法。

本发明再有一个目的在于提供一种粘合法碳纤维布补强加固钢筋混凝土建筑物的方法。

补强加固后的混凝土建筑物负荷能力明显提高，从而延长了安全使用的寿命，避免建筑物重建所带来的巨大投资压力。

为完成本发明的任务，采用如下的技术方案。

根据钢筋混凝土建筑的原有设计资料，以及现在所要求的最大负荷及负载分布情况和破损情况，可以计算出或实际测试出该结构的应力分布、大小和方向。凡经计算或测试所得应力超出结构内钢筋的允许安全拉力标准时，或混凝土断裂，损坏和钢筋锈蚀时，都可采用本发明的方法进行补强加固。

一种用灌注法补强加固钢筋混凝土建筑物的方法，该法的特征在于包括步骤：

1)．清理混凝土建筑物补强加固面；

2)．将钢板用膨胀螺栓固定在步骤1已清理的补强加固面上并在其中留有空隙，经钢板上的固定孔安装注入管和在钢板周边安装排气管，用粘合胶封住钢板周边，使其自然养生；

3)．经注入管向空隙注入粘合胶，直到完全注满，再自然养生。

一种用压贴法补强加固钢筋混凝土建筑物的方法，该法的特征在于包括步骤：

1)．清理混凝土建筑物补强加固面；

2)．将表面涂有粘合胶的钢板粘贴到步骤1已清理的补强加固面上，加压，自然养生。

在该种压贴法中，加压的目的在于使粘合胶均匀分布，钢板能与混凝土建筑物紧贴。因此，任何一种能起到这种作用的加压方法都能使用，如用千斤项。

用于本发明中的钢板，可选用任何一种适于混凝土建筑物补强加固用的钢板。本发明优选普通碳素钢板。

若要求原结构在主筋方向和配力筋方向同时用钢板补强加固时，可以采用宽的钢板，全方向地加强。若只需加固一个受力方向，主筋方向或配力筋方向，则可以采用窄条的钢板，并间隔一定距离粘贴到混凝土结构上。

适于使用本发明方法补强加固的混凝土建筑物很多，如桥梁的桥板底面、梁和桥墩、隧道衬砌、建筑物的梁、柱等。为便于施工，并能取得最好的效果，可选用不同的补强加固法。可视具体情况选用灌注法或压贴法，两种方法就改善混凝土建筑物的压力分布、大小及方向的效果相差无几。

当补强加固的建筑物只要求提高承载力而不允许增加过多静载时，推荐使用碳纤维布代替钢板的补强加固法，该法的特征在于包括步骤：

1)．清理混凝土建筑物补强加固面；

2)．将粘合胶涂刷在步骤1已清理的补强加固面上；

3)．置碳纤维布于粘合胶涂层上，使碳纤维布的空隙充满该种胶；

4)．于碳纤维布上再涂刷粘合胶，使其自然养生。

补强加固的混凝土建筑物表面，经常附着疏松的混凝土、灰尘、油污等，严重影响混凝土与钢板、碳纤维布的粘贴，因此粘贴前必须认真加以清理，使表面达到干净、平坦和干燥。当用碳纤维布补强加固时，为表面的平坦，先用腻子整平，之后，再按顺序连续进行涂刷粘合胶、平整地放置碳纤维布和二次涂刷粘合胶。

在用碳纤维布补强加固的方法中，为使碳纤维布与混凝土充分粘贴，在使碳纤维布空隙充满粘合胶后，可用滚刷使碳纤维布牢固地粘贴在混凝土表面上。二次粘合胶可在一次粘合胶固化后涂刷，也可不经固化直接涂刷。

碳纤维布是一种用途广泛的增强材料。具有可挠性、高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、耐腐蚀以及比重小等特点，特别适合用于提高承载力而不显著增加静载场合下使用。在本发明的方法中，采用碳纤维布，通过调整粘贴碳纤维布的层数任意设定纵、横方向的纤维量，同时进行两方向的补强加固。

本发明所用的粘合胶为目前使用非常广泛的环氧树脂类胶，所用胶要求本身强度高于混凝土的强度，它和钢板或碳纤维布的粘合力远大于所受的剪切应力。

通常，补强加固过程的环境温度为5-40℃。

按本发明的方法完成补强加固混凝土建筑物，待胶完全固化后，钢板或碳纤维布与混凝土结构便形成一个整体，其效果将等效于在原钢筋混凝土结构中又在钢板或碳纤维布所在的位置上增添了一层钢筋。所等效增加的钢筋总截面积即为钢板或碳纤维布在受力方向的截面积。这样不仅改善了原结构的应力分布，并且大大降低了每部分的应力强度。

本发明的补强加固方法，可有效地对各类新、旧钢筋混凝土建筑物进行补强加固，增加其允许承受的负荷，降低内部结构所受的应力，延长安全使用寿命，减少经济损失，降低工程建设成本。特别是随着经济的迅速发展，一些道路上的桥梁需承受日益增加的车速、车流量和车载量的重负，使其负荷超出了原设计标准，按现有技术只能采取中断、限制交通、拆桥重建的办法，这势必给交通和经济的发展带来严重的影响。若采用本发明的方法对桥梁进行补强加固，不仅能做到桥面挠曲锐减，耐久性明显提高，而且还可在不中断、限制交通的情况下完成施工。不难看出，本发明的方法在具体的工程建设推广实施中，解决了本领域中长期存在并造成直接经济损失的难题。

现参考附图对本发明作更进一步地说明。

图1是宽钢板补强加固钢筋混凝土建筑物的示意图。

图2是窄钢板补强加固钢筋混凝土建筑物的示意图。

图3是碳纤维布补强加固钢筋混凝土建筑物的透视图。

图4是钢板补强加固钢筋混凝土建筑物的透视图。

图5是碳纤维布补强加固钢筋混凝土建筑物的示意图。

图6是钢筋混凝土桥板经钢板补强加固前后的动载试验结果曲线图。

图7是钢筋混凝土桥板经碳纤维布补强加固前后的动载试验结果曲线图。

各图中的相同技术特征，使用同一数字标记。

图中1．粘合胶；2．钢板；3．梁；4．密封用粘合胶；5．桥梁铺装层；6．桥板；7．膨胀螺栓；8．排气管；9．注入管；10．碳纤维布；11．碳纤维布用粘合胶；12．腻子。

实施例1-灌注法钢板补强加固钢筋混凝土建筑物

如图4所示，以试验用钢筋混凝土桥板6作试件，其尺寸为4500×2850×160mm，有效跨距为2500mm。桥板6上面是桥梁铺装层5。

采用大型动载试验设备，先以16吨动载对试件往复加载300次，测量并记录试件跨距中点处的挠度变化。试验过程中可以看到试件桥板6底面出现许多裂缝，并不断扩展。相应的挠度迅速增加，300次加载后，由3-4mm增至6-7mm左右。

按本发明的灌注法用钢板对上述破损的桥板6进行补强加固。先清理掉桥板6底面上疏松的混凝土，清理后的混凝土补强加固表面应是干净、干燥和平整的。用膨胀螺栓7从四周把4.5mm厚的A3钢板2固定在桥板6底面，并在钢板2和混凝土构件表面之间留出空隙。经钢板2上的固定孔安装注入管9和在钢板2的周边安装排气管8，再用日本SHO-BOND建设株式会社生产的#101粘合胶(即图4所示的4)密封钢板2的四周，之后自然养生。这种胶不仅能把钢板2的四周密封住，而且还能承受住灌注时产生的压力。密封用粘合胶4固化后，经注入管9灌注粘合胶1，日本SHO-BOND建设株式会社产的GROUT胶，直到完全注满，自然养生。

本例所用钢板2为宽钢板，如图1所示，钢板2与混凝土构件表面之间为灌注的粘合胶1，混凝土构件由梁3支撑。

对上述补强加固后的桥板2再次加载，挠度立即下降至1mm左右。继续重复加载，挠度虽有上升，但极其缓慢，直到3-6×10⁶次后才达到4mm。

用上述试验过程中所得到的加载次数和对应的桥板试件跨距中点的动载挠度(mm)数据作图，见图6，得到以“o”表示的桥板A对应曲线。试件补强加固前的动载试验结果曲线列于该图左侧，试件补强加固后的动载试验结果曲线列于该图右侧。

实验结果清楚地表示灌注法钢板补强加固的混凝土构件刚性明显增强，结构的使用寿命得到延长。实施例2-压贴法钢板补强加固钢筋混凝土建筑物

如图2所示，采用与实施例1相同的试件。

以大型动载试验设备，16吨动载对试件往复加载300次，测量并记录试件跨距中点处的挠度变化。试验过程中可以看到试件桥板6底面出现许多裂缝，并不断扩展，相应的挠度迅速增加，300次加载后，由3-4mm增至6-7mm左右。

按本发明的压贴法用钢板2对上述破损的桥板6进行补强加固。先清理混凝土建筑物的补强加固面，然后将涂有日本SHO-BOND建设株式会社产的CS粘合胶1的4.5mm厚A3钢板2粘贴到所述的补强加固面上，用千斤项施加压力，直到四周有胶溢出为止，再自然养生。

如图2所示，本例所用钢板2为窄钢板，适于一个方向上的加固。

对上述补强加固的桥板6再次加载，挠度立即下降到1mm左右。继续重复加载，挠度变化与实施例1的灌注法极为相似。所示微小差别仅在于压贴法补强加固前，加载300次时的桥板6中点动载挠度超过7mm。见图6以“●”所示的桥板B对应曲线。实施例3-粘合法碳纤维布补强加固钢筋混凝土建筑物

如图3所示，采用试验用钢筋混凝土桥板6作试件，其尺寸为3000×2300×190mm，有效跨距为2000mm。

图5是碳纤维布补强加固钢筋混凝土建筑物的示意图。图中6表示桥板，10表示碳纤维布，11表示碳纤维布用粘合胶，12表示用于整平混凝土补强加固面的腻子。

先对A、B试件人为地造成相同程度的开裂损坏，再于两试件中的B试件底面粘合一层如图3所示的碳纤维布10。所述补强加固法如下所述。

先对桥板6表面进行清理，以除去影响粘贴效果的异物，如疏松的混凝土、灰尘和油污。再于其上用腻子整平，涂刷碳纤维布用粘合胶11，日本SHO-BOND建设株式会社产CE胶，之后，平铺一层日本SHO-BOND建设株式会社产NAC-700HM高弹性型碳纤维布，并使该布的空隙充满所用粘合胶11，再于碳纤维布上涂刷一层粘合胶11。第二次涂刷粘合胶11之前，优选用滚刷在碳纤维布上滚动，以使其紧贴混凝土表面，之后进行自然养生。

利用大型动载试验设备，先以15吨的动载对A、B两个试件分别往复加载10万次，测量并记录试件跨距中点处的挠度变化。再对二试件分别以18吨载荷持续进行动载试验，测量并记录试件跨距中点处的挠度变化，18吨动载试验进行100万次后，将B试件的碳纤维布层从中部完全切断，再继续进行动载试验，直到试件破坏。

试验结果如图7中的A、B所示。

结果分析：

1．未做补强加固的A试件在施加18吨动载后挠度上升，在加载总次数34.4万次时发生破坏。

2．经补强加固的B试件在开始加载时测得的挠度即比A试件低4.7mm左右，表明刚性有所提高。

3．对B试件继续重复加载，挠度上升缓慢，110万次后的挠度仅相当于未补强加固试件的初始水平，耐久性明显改善。

4．切断B试件的碳纤维布层，破坏了其整体加固效果，但被分割的碳纤维布层仍起到相当的加固作用，继续加载时挠度上升仍较缓慢，又承受了66万次动载后方才破坏。

可见用碳纤维布粘合该补强加固的钢筋混凝土建筑物刚性明显增强，结构的极限寿命延长数倍。

Claims (8)

1．一种用灌注法补强加固钢筋混凝土建筑物的方法，该法的特征在于包括步骤：

1)．清理混凝土建筑物补强加固面；

2)．将钢板用膨胀螺栓固定在步骤1已清理的补强加固面上并在其中留有空隙，经钢板上的固定孔安装注入管和在钢板周边安装排气管，用粘合胶封住钢板周边，使其自然养生；

3)．经注入管向空隙注入粘合胶，直到完全注满，再自然养生。

2．一种用压贴法补强加固钢筋混凝土建筑物的方法，该法的特征在于包括步骤：

1)．清理混凝土建筑物补强加固面；

2)．将表面涂有粘合胶的钢板粘贴到步骤1已清理的补强加固面上，加压，自然养生。

3．按权利要求1或2所述的方法，其中所述钢板为宽钢板。

4．按权利要求1或2所述的方法，其中所述钢板为窄钢板，彼此之间留有间隔。

5．一种粘合法补强加固钢筋混凝土建筑物的方法，该方法的特征在于包括步骤：

1)．清理混凝土建筑物补强加固面；

2)．将粘合胶涂刷在步骤1已清理的补强加固面上；

3)．置碳纤维布于粘合胶涂层上，使碳纤维布的空隙充满该种胶；

4)．于碳纤维布上再涂刷粘合胶，使其自然养生。

6．按权利要求5所述的方法，其中所述碳纤维布为高弹性的碳纤维布。

7．按权利要求5所述的方法，其中清理过的所述补强加固面，再用腻子整平。

8．按权利要求1,2或5所述的方法，其中所述粘合胶为环氧树脂类胶。

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