高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合結(jié)構(gòu)及應(yīng)用和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高韌性水泥基復(fù)合材料-非金屬纖維筋復(fù)合結(jié)構(gòu)，以高韌性水泥基材料為基材，以非金屬纖維筋為定向加強(qiáng)筋，按重量百分比計(jì)，高韌性水泥基材料包括以下組分：水泥35%，粉煤灰45%-55%，硅灰5%-10%，偏高嶺土5%-10%；所述的高強(qiáng)短纖維為聚乙烯醇纖維、聚乙烯纖維、碳纖維、芳綸纖維中的一種或幾種；所述的非金屬纖維筋為碳纖維增強(qiáng)塑料筋、芳綸纖維增強(qiáng)塑料筋、玻璃纖維增強(qiáng)塑料筋或玄武巖纖維增強(qiáng)塑料筋。本發(fā)明還公開了上述高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及應(yīng)用方法。本發(fā)明利用高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋來加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，以提高結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性，降低結(jié)構(gòu)的老化速度。
【專利說明】高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合結(jié)構(gòu)及應(yīng)用和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑加固與高性能工程結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合結(jié)構(gòu)及應(yīng)用、方法。
【背景技術(shù)】
[0002]混凝土具有良好的抗壓性能，與鋼筋結(jié)合，能夠形成很好的承重結(jié)構(gòu)，因此目前絕大部分建筑與橋梁都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。但是，由于混凝土的抗拉性能及延性較差，所以在實(shí)際工程中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)很容易在受荷的情況下出現(xiàn)裂縫，隨著有害物質(zhì)如氯離子、二氧化碳、水分的侵入，造成鋼筋不斷銹蝕膨脹，混凝土開裂，混凝土保護(hù)層剝落，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性降低，承載力下降，對(duì)建筑、橋梁結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生很大的影響。在正常使用狀態(tài)下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不足的主要原因是普通混凝土本身沒有很好的阻滯細(xì)微裂縫開裂、發(fā)展的能力，從而會(huì)引發(fā)滲漏及其它與耐久性相關(guān)問題；其次，開裂結(jié)構(gòu)中的鋼筋容易銹蝕，增大結(jié)構(gòu)的失效風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦公路局(FHWA)全國(guó)橋梁數(shù)據(jù)庫(kù)公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截止到2006年，美國(guó)橋梁建造總數(shù)為596808座，病害橋梁總數(shù)為153879座，約占25.8%。據(jù)調(diào)查，我國(guó)1980年建成的寧波北倉(cāng)港10萬噸級(jí)礦石碼頭，使用不到10年其上部結(jié)構(gòu)就發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕損壞；天津港客運(yùn)碼頭1979年建成，使用不到10年前承臺(tái)板有50%左右出現(xiàn)銹蝕損壞，導(dǎo)致構(gòu)件開裂破壞情況十分嚴(yán)重。裂縫也是水工混凝土建筑物最常見的問題之一，特別是水壩、水庫(kù)，總會(huì)有較小的裂縫或滲漏，這是不可避免的，但是如果裂縫過寬或滲漏量過大，則會(huì)影響水壩的安全性和耐久性。在地震預(yù)測(cè)觀測(cè)站、飛機(jī)場(chǎng)跑道和醫(yī)療設(shè)施等這類低導(dǎo)電、非磁性特殊領(lǐng)域或設(shè)備中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)必然會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定的影響。地磁觀測(cè)在國(guó)家安全、氣象、通訊、遙感等方面具有非常重要的作用，特別是在攻克地震預(yù)報(bào)難關(guān)時(shí)更是基礎(chǔ)參量。隨著地磁觀測(cè)數(shù)字化先進(jìn)儀器的普遍應(yīng)用，即對(duì)地磁觀測(cè)室環(huán)境的無磁要求提高了 I個(gè)數(shù)量級(jí)。所以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用中存在一定的缺陷。
[0003]由于鋼筋混凝土自身存在一定的缺陷，其耐久性問題又影響著整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和適用性，隨著老化建筑結(jié)構(gòu)自身承載力不斷出現(xiàn)問題，必然要采取措施對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，現(xiàn)有的加固方法有:加大截面加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼碳纖維增強(qiáng)塑料加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法、增加支承加固法等。然而各種加固法都有其優(yōu)點(diǎn)和不足之處。加大截面加固法，增大了混凝土構(gòu)件的體積、自重、且施工周期長(zhǎng)、施工空間大；粘貼鋼板加固法，能較好增大了橋梁結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，但鋼板受環(huán)境影響較大，在潮濕和氯鹽環(huán)境下容易被侵蝕而強(qiáng)度降低，耐久性較差；粘貼碳纖維，能很好的提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但結(jié)構(gòu)剛度卻沒有明顯的改變；體外預(yù)應(yīng)力加固法，對(duì)原結(jié)構(gòu)外觀有一定影響，且不易用于混凝土收縮徐變較大的結(jié)構(gòu)；增加支承加固法，易損害建筑物的原貌和使用功能，并可能減小使用空間。因此發(fā)展新的加固方式和材料也是建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢(shì)。
[0004]纖維筋是由多股玄武巖纖維與樹脂基體材料結(jié)合，經(jīng)擠壓、拉拔成型，擠壓成型工藝從原材料開始，經(jīng)過浸潤(rùn)、壓模、固化、切割等，最后形成的一種新型復(fù)合材料。纖維筋與鋼筋相比，不生銹和耐腐蝕，尤其具有極高的耐酸性和耐鹽性；且是一種電絕緣體，并具有非磁性。在靠近高壓線的建筑，要求非磁性的混凝土建筑物應(yīng)用纖維筋，具有很大的優(yōu)越性，對(duì)于醫(yī)院CT放射室以及對(duì)電磁環(huán)境有特殊要求的建筑結(jié)構(gòu)，使用纖維筋材料可起到良好的電磁屏蔽效果，并且具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕(玄武巖纖維復(fù)合筋質(zhì)量?jī)H為鋼筋的五分之一，不僅能提高建筑物的防腐性能，還可以降低建筑物的自重)、抗疲勞、無污染、人體接觸無害、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以替代或部分替代鋼筋用于混凝土結(jié)構(gòu)中，從根本上解決鋼筋銹蝕問題，逐步受到土木工程界的關(guān)注。所以纖維筋可以代替鋼筋，應(yīng)用于公路、橋梁、機(jī)場(chǎng)、車站、水利工程、地下工程以及軍事工程、保密工程、特殊工程等需絕緣脫磁環(huán)境等特殊領(lǐng)域，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。常見的纖維筋按其所采用原絲材料的不同，可分為碳纖維增強(qiáng)塑料筋、芳綸纖維增強(qiáng)塑料筋、玻璃纖維增強(qiáng)塑料筋以及玄武巖纖維增強(qiáng)塑料筋。
[0005]短纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料板自身具有很好的變形性能，由于短纖維的連橋作用，使板在受到拉力時(shí)，能夠多裂縫開裂，并且使裂縫保持在一個(gè)很小的開裂寬度范圍內(nèi)，對(duì)提高結(jié)構(gòu)的耐久性起到了很大的促進(jìn)作用，但是其極限抗拉強(qiáng)度還是很小，在工程中的應(yīng)用存在一定的局限性。纖維筋與纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料相結(jié)合，組成高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合結(jié)構(gòu)，既具有很高的抗拉強(qiáng)度，又具有較理想的變形能力、裂縫控制能力及耐久性；既可以采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑的形式對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，也可以采用工廠預(yù)制的形式，所以是一種新型的便捷的結(jié)構(gòu)加固方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自身混凝土開裂、鋼筋銹蝕、耐久性降低、承載力下降的問題，本發(fā)明提供了一種高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合結(jié)構(gòu)及應(yīng)用方法；不僅能提高結(jié)構(gòu)的承載能力，而且還能很好的控制裂縫的發(fā)展，提高結(jié)構(gòu)的耐久性，使結(jié)構(gòu)的老化速度降低；并且具有很好的電磁屏蔽效果，為軍事及醫(yī)療提供的幫助；為工程結(jié)構(gòu)提供了新的加固材料和方式，使選擇更具多樣性。
[0007]一種高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合結(jié)構(gòu)，以高韌性水泥基材料為基材，以非金屬纖維筋為定向加強(qiáng)筋，
[0008]按重量百分比計(jì)，高韌性水泥基材料包括以下組分:水泥35%，粉煤灰45%_55%，硅灰 5%-10%，偏高嶺土 5%-10% ；
[0009]所述的高韌性水泥基材料中還含有體積摻量為2%_3%的高強(qiáng)短纖維；
[0010]所述的高強(qiáng)短纖維為聚乙烯醇纖維、聚乙烯纖維、碳纖維、芳綸纖維中的一種或幾種；
[0011]所述的非金屬纖維筋為碳纖維增強(qiáng)塑料筋、芳綸纖維增強(qiáng)塑料筋、玻璃纖維增強(qiáng)塑料筋或玄武巖纖維增強(qiáng)塑料筋。
[0012]在本發(fā)明中，粉煤灰能夠很好地“稀釋”基體的不均勻性，降低局部缺陷出現(xiàn)的機(jī)率，使基體更加均勻，高摻量粉煤灰使各斷裂面之間的結(jié)構(gòu)差異相對(duì)縮??；粉煤灰能夠降低基體強(qiáng)度，當(dāng)外部荷載達(dá)到基體開裂強(qiáng)度時(shí)，基體中摻入粉煤灰使得裂縫更容易產(chǎn)生，有利于多裂縫產(chǎn)生；最后，大量緊密堆積粉煤灰球形顆粒進(jìn)一步增加了纖維與基體的摩擦力，改善了纖維-基體界面黏結(jié)性能，但由于基體強(qiáng)度相對(duì)降低，基體在各個(gè)受力截面易于開裂，有利于纖維承擔(dān)開裂基體兩側(cè)的荷載，因而使更多的纖維在較早階段受力，使得纖維更容易從基體中拔出而非斷裂，因此纖維的增強(qiáng)效應(yīng)得到改善。偏高嶺土和硅灰的這兩種火山灰質(zhì)材料的加入均明顯縮短了水泥體系水化誘導(dǎo)期，使水化放熱高峰以及鈣礬石大量形成提前，并且使得水泥體系水化放熱速率趨于緩和。偏高嶺土和硅灰的加入均使得水泥漿體更加致密，孔洞減少。制備形成的水泥基復(fù)合材料具有很高的韌性，其峰值拉應(yīng)變可超過1.5%。
[0013]高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋組合而成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，既能充分利用水泥基材料的自身性能來解決混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫和耐久性問題，又能利用纖維筋的高強(qiáng)度來提高結(jié)構(gòu)的承載力和剛度。組合后的結(jié)構(gòu)既具有較好的裂縫控制能力，又具有較高的承載力。與普通的纖維筋-混凝土結(jié)構(gòu)相比，纖維筋與高韌性水泥基材料之間粘結(jié)性能更好，而且能夠很好的協(xié)調(diào)變形，是一種理想的受力構(gòu)件。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)方案:以高韌性纖維水泥基復(fù)合材料為基材(峰值拉應(yīng)變大于
1.5%)，然后再使用具有較好耐久性能的纖維筋做定向加強(qiáng)，形成一種薄板結(jié)構(gòu)。水泥基中的高強(qiáng)短纖維的作用是控制基體材料的開裂以及開裂后裂縫的發(fā)展寬度和發(fā)展模式，使基材多裂縫均勻發(fā)展；纖維筋的作用是增強(qiáng)水泥基材料的強(qiáng)度和剛度，使其具有更高的承載能力。
[0015]利用上述的高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合結(jié)構(gòu)，采用澆筑方式與混凝土結(jié)構(gòu)相疊合，本發(fā)明還提供了一種具有所述復(fù)合結(jié)構(gòu)的混凝土疊合結(jié)構(gòu)，所述混凝土疊合結(jié)構(gòu)的受拉區(qū)設(shè)有用所述高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合而成的承拉層。
[0016]在混凝土疊合結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述的承拉層與混凝土結(jié)構(gòu)為澆注成型的一體結(jié)構(gòu)，所述的承拉層位于混凝土疊合結(jié)構(gòu)的受拉區(qū)，混凝土疊合結(jié)構(gòu)內(nèi)的箍筋繞置在架立筋和非金屬纖維筋外。
[0017]針對(duì)新建工程結(jié)構(gòu)，優(yōu)選采用現(xiàn)澆的方式，以非金屬纖維筋代替受拉區(qū)鋼筋，以高韌性水泥基材料代替受拉區(qū)混凝土，替代混凝土的厚度宜大于50_。
[0018]此結(jié)構(gòu)環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，可根據(jù)結(jié)構(gòu)的形式及需要采取不同的澆筑方案，疊合結(jié)構(gòu)整體性好，從控裂性、經(jīng)濟(jì)性、安全性及耐久性上看都表現(xiàn)出較為明顯的優(yōu)勢(shì)。
[0019]針對(duì)現(xiàn)澆的具有高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋的混凝土疊合結(jié)構(gòu)，其澆筑步驟如下:
[0020]第一步，將架立筋固定在筋籠頂部，以非金屬纖維筋為受力縱筋置于筋籠底部，再把箍筋纏繞在架立筋和非金屬纖維筋外，綁扎成筋籠；
[0021]第二步:向模板內(nèi)澆筑高韌性水泥基材料，澆筑厚度應(yīng)至少覆蓋所述非金屬纖維筋20_，在高韌性水泥基材料初凝前，繼續(xù)澆筑普通混凝土，振搗密實(shí)，直至填滿模板。
[0022]針對(duì)既有混凝土結(jié)構(gòu)，可通過現(xiàn)澆或者粘貼并錨固的方式進(jìn)行加固，因此，本發(fā)明提供了一種利用所述高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合薄板加固既有混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，加固薄板位于加固混凝土結(jié)構(gòu)的受拉部位，來提高結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性。
[0023]采用現(xiàn)澆加固時(shí)，可分為以下幾個(gè)操作步驟:
[0024]I)對(duì)既有混凝土結(jié)構(gòu)的加固面進(jìn)行打磨處理，鑿毛后得到凹凸不平且粗糙的混凝
土基面；
[0025]2)在混凝土基面的打孔，并向孔內(nèi)注膠，然后在孔內(nèi)打入鉚釘，使鉚釘頭部裸露于混凝土基面外；[0026]3)將界面劑均勻噴涂在混凝土基面上，并在加固區(qū)域支模和綁扎所述的非金屬纖維筋；
[0027]4)將配好的高韌性水泥基材料漿料在混凝土基面上逐層壓抹，每壓抹一層后在漿體表面沿縱橫方向反復(fù)搓毛，直至達(dá)到預(yù)定的壓抹厚度。
[0028]優(yōu)選的，在步驟3)中，界面劑的厚度不超過2mm ；
[0029]在步驟4)中，對(duì)高韌性水泥基材料漿料進(jìn)行逐層壓抹的時(shí)間不超過0.5h。
[0030]本發(fā)明利用高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合結(jié)構(gòu)來加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，以提高結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性，降低結(jié)構(gòu)的老化速度，并且具有很好的電磁屏蔽效果，為軍事及醫(yī)療提供的幫助；為建筑橋梁等工程結(jié)構(gòu)提供了新的加固材料和方式，使選擇更具多樣性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合薄板截面示意圖；
[0032]圖2為纖維筋、高韌性水泥基材料分別替代混凝土梁受拉區(qū)鋼筋和混凝土的截面示意圖；
[0033]圖3為高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合薄板結(jié)構(gòu)加固混凝土梁的截面示意圖；
[0034]圖4為復(fù)合薄板的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。
[0035]圖中:I架立筋；2混凝土 ； 3箍筋；4縱向受力纖維筋；5高韌性水泥基材料；6界面齊U (采用現(xiàn)澆法時(shí))或結(jié)構(gòu)膠(采用粘結(jié)法時(shí));7縱向受力鋼筋；H混凝土梁高度；B混凝土梁寬度；h纖維筋-高韌性水泥基材料復(fù)合薄板厚度；a梁中受拉區(qū)高韌性水泥基材料澆筑高度；b:高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合薄板寬度；c梁中混凝土澆筑高度。
【具體實(shí)施方式】
[0036]實(shí)施例1: 15mm厚玄武巖纖維筋-PVA纖維增強(qiáng)水泥基材料復(fù)合薄板結(jié)構(gòu)實(shí)例
[0037]PVA纖維在基體中的體積摻率為2%，基體漿體配比:水泥:精細(xì)砂:粉煤灰:偏高嶺土:硅灰:水:減水劑=1:1.43:1.43:0.29:0.14:0.86:0.036 ;水泥類型為42.5級(jí)，精細(xì)砂為80-120目，粉煤灰為一級(jí)粉煤灰，偏高嶺土采用DX-80M型，硅灰采用微硅粉，減水劑采用聚羧酸鹽類減水劑，纖維筋采用玄武巖纖維筋。
[0038]試件加工過程:先將水泥、精細(xì)砂、粉煤灰、偏高嶺土、硅灰投入攪拌機(jī)攪拌均勻，大約攪拌時(shí)間2-3分鐘；然后稱量相應(yīng)重量的水，將需要加入的減水劑與水?dāng)嚢杈鶆?，并將稱好的PVA纖維放入減水劑與水的混合液體中充分濕潤(rùn)與分散；將減水劑與水的混合液體倒入攪拌機(jī)，攪拌3-4分鐘，使材料與混合液充分結(jié)合，具有很好的流動(dòng)性；最后將濕潤(rùn)分散的PVA纖維放入攪拌機(jī)，充分?jǐn)嚢?-6分鐘，保證纖維分散均勻且與漿體充分混合，漿體制作完成。將纖維筋固定在已制作好的木模里，在木模里放入纖維漿體，澆筑厚度大約7_，放在振動(dòng)臺(tái)上振搗I分鐘；然后再向木模里放入纖維漿體，澆筑厚度大約為8_，放到振動(dòng)臺(tái)上振搗I分鐘；最后對(duì)振搗好的試件進(jìn)行抹平。24小時(shí)后，將澆筑好的試件拆模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28天，養(yǎng)護(hù)到期后取出，進(jìn)行力學(xué)測(cè)試。
[0039]復(fù)合薄板的結(jié)構(gòu)如圖1所示，b為薄板寬度，4為玄武巖纖維筋，5為-PVA纖維增強(qiáng)水泥基。對(duì)分別放入兩根，三根，四根BFRP筋的厚度15mm，寬度100mm，長(zhǎng)度400mm的高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合薄板行軸向拉伸試驗(yàn)，測(cè)得其極限抗拉強(qiáng)度分別為:12.147MPa, 15.211MPa，20.704MPa ;極限拉應(yīng)變分別為:2.16%, 1.99%, 2.41%。板的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖4所示。三種配筋板達(dá)到極限強(qiáng)度時(shí)，平均裂縫寬度均為ΙΟΟμπι左右，且最大裂縫寬度均不超過200 μ m，可見高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合結(jié)構(gòu)具有很理想的抗拉能力和裂縫控制能力。
[0040]實(shí)施例2:高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合薄板代替混凝土梁受拉區(qū)鋼筋和混凝土的應(yīng)用實(shí)例
[0041]筋籠綁扎:箍筋，架立筋采用Φ8ΗΡΒ235鋼筋，受力縱筋采用Φ 12玄武巖纖維復(fù)合筋(BFRP筋)。頂面及底面筋材保護(hù)層厚度為20mm(混凝土表面到箍筋表面的混凝土厚度)。
[0042]燒筑復(fù)合梁:燒筑時(shí)，先向模板內(nèi)燒筑厚度為50mm的PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，振搗密實(shí)，在水泥基復(fù)合材料初凝前，繼續(xù)在其表面澆筑厚度為150_的C30混凝土，并再次振搗密實(shí)。
[0043]濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù):24小時(shí)候拆模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)28天。
[0044]澆筑得到的新型疊合梁結(jié)構(gòu)如圖2所示，架立筋1、箍筋3和縱向受力纖維筋4組成筋籠，基體材料分為混凝土 2和高韌性水泥基材料5，且縱向受力纖維筋4埋設(shè)在高韌性水泥基材料5內(nèi)，圖中B為梁寬，H為梁高，a梁中受拉區(qū)高韌性水泥基材料澆筑高度，c梁中混凝土澆筑高度。
[0045]新型疊合梁的極限承載力為84.8KN,參考梁(參考梁為FRP筋混凝土梁，受力縱筋為FRP筋，受拉區(qū)混凝土未采用ECC代替)的極限承載力為80KN，與參考梁相比承載力有所提高。用高韌性PVA增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料代替受拉區(qū)混凝土的新型復(fù)合梁的初始開裂裂縫寬度大約為0.05mm左右，明顯低于參考梁初始裂縫寬度0.26mm。新型復(fù)合梁比參考梁的初始裂縫發(fā)展高度降低了 24.1%?？梢?采用高韌性PVA增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料代替參考梁受拉區(qū)混凝土，F(xiàn)RP筋與周圍的水泥基材料有著更好的粘結(jié)力和協(xié)調(diào)變形能力，并且對(duì)裂縫有著良好的控制能力。
[0046]實(shí)施例3:現(xiàn)澆PVA纖維增強(qiáng)水泥基材料-碳纖維筋復(fù)合薄板加固鋼筋混凝土梁實(shí)例
[0047]混凝土基面處理:用角磨機(jī)打磨處理混凝土基面，并用花錘和電錘鑿毛基面，使之形成隨機(jī)的凹凸不平狀以增加黏結(jié)面的粗糙程度。
[0048]植入鉚釘:在梁底面隔一定間距預(yù)埋鉚釘，用電錘垂直對(duì)準(zhǔn)梁底面混凝土打孔，然后清除孔內(nèi)灰塵并向孔內(nèi)注膠，隨后逐個(gè)打入特制的異形鉚釘。
[0049]基面浮塵沖洗:對(duì)加固部位用高壓水將混凝土表面的粉灰、油污沖洗干凈，保持潮濕狀態(tài)。
[0050]噴涂加固用鋼筋混凝土界面劑:涂刷界面劑前，需提前24h在施工面上充分灑水濕潤(rùn)，使內(nèi)部水分飽和，在表面無明水的情況下進(jìn)行噴涂施工，噴涂過程中應(yīng)確保界面劑均勻分布，噴涂厚度不得超過2mm。
[0051]支模及綁扎纖維筋:在需要加固區(qū)域支木模和綁扎纖維筋。
[0052]纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(ECC)的壓抹:配好的漿料應(yīng)保證在0.5h內(nèi)用完，采用分層人工壓抹方式進(jìn)行施工，每壓抹一層后須用木抹子在漿體表面沿縱橫方向反復(fù)搓毛，當(dāng)壓抹厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，應(yīng)及時(shí)做好壓抹收光。
[0053]濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù):纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料壓抹收光后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。
[0054]通過上述的步驟，形成如圖3所示的加固鋼筋混凝土梁，架立筋1、箍筋3和縱向受力纖鋼筋7組成筋籠，縱向受力纖維筋4和高韌性水泥基材料5組成的加固用復(fù)合薄板，復(fù)合薄板與混凝土 2之間為界面劑或結(jié)構(gòu)膠6，h為高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合薄板厚度。
[0055]采用現(xiàn)澆PVA纖維增強(qiáng)水泥基材料-碳纖維筋復(fù)合薄板加固的鋼筋混凝土梁，其開裂荷載、極限承載力都有了不同程度的提高。加固后的鋼筋混凝土梁與未加固梁的開裂荷載分別為24.1KNU7.4KN,開裂荷載提高了 38.5%。極限承載能力分別為144.4KN、97.3KN，極限承載力提高了 48.4%。未加固梁加載到鋼筋屈服后，裂縫的寬度迅速增加，很快達(dá)到2_左右，然而加固梁的裂縫一直處于緩慢發(fā)展的狀態(tài)，達(dá)到極限荷載時(shí)，裂縫仍然小于0.5_。可見PVA纖維增強(qiáng)水泥基材料-碳纖維筋復(fù)合薄板對(duì)混凝土梁的開裂及裂縫發(fā)展有明顯的抑制作用。
【權(quán)利要求】
1.一種高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合結(jié)構(gòu)，以高韌性水泥基材料為基材，以非金屬纖維筋為定向加強(qiáng)筋，其特征在于， 按重量百分比計(jì)，高韌性水泥基材料包括以下組分:水泥35%，粉煤灰45%-55%，硅灰5%-10%，偏高嶺土 5%-10% ； 所述的高韌性水泥基材料中還含有體積摻量為2%-3%的高強(qiáng)短纖維； 所述的高強(qiáng)短纖維為聚乙烯醇纖維、聚乙烯纖維、碳纖維、芳綸纖維中的一種或幾種；所述的非金屬纖維筋為碳纖維增強(qiáng)塑料筋、芳綸纖維增強(qiáng)塑料筋、玻璃纖維增強(qiáng)塑料筋或玄武巖纖維增強(qiáng)塑料筋。
2.一種基于權(quán)利要求1所述高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋的混凝土疊合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述混凝土疊合結(jié)構(gòu)的受拉區(qū)設(shè)有用所述高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合而成的承拉層。
3.如權(quán)利要求2所述的混凝土疊合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的承拉層與混凝土結(jié)構(gòu)為澆注成型的一體結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的混凝土疊合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的承拉層位于混凝土疊合結(jié)構(gòu)的受拉區(qū)，混凝土疊合結(jié)構(gòu)內(nèi)的箍筋繞置在架立筋和非金屬纖維筋外。
5.一種用于權(quán)利要求2?4任一項(xiàng)所述混凝土疊合結(jié)構(gòu)的澆筑方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，將架立筋固定在筋籠頂部，以非金屬纖維筋為受力縱筋置于筋籠底部，再把箍筋纏繞在架立筋和非金屬纖維筋外，綁扎成筋籠； 第二步:向模板內(nèi)澆筑高韌性水泥基材料，澆筑厚度應(yīng)至少覆蓋所述非金屬纖維筋20mm,在高韌性水泥基材料初凝前，繼續(xù)澆筑普通混凝土，振搗密實(shí)，直至填滿模板。
6.一種基于權(quán)利要求1所述高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合結(jié)構(gòu)的混凝土梁，其特征在于，混凝土梁的受拉區(qū)固定有用所述高韌性水泥基材料-非金屬纖維筋復(fù)合而成的加固薄板。
7.—種如權(quán)利要求6所述加固既有混凝土結(jié)構(gòu)的現(xiàn)澆加固方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)對(duì)既有混凝土結(jié)構(gòu)的加固面進(jìn)行打磨處理，鑿毛后得到凹凸不平且粗糙的混凝土基面； 2)在混凝土基面的打孔，并向孔內(nèi)注膠，然后在孔內(nèi)打入鉚釘，使鉚釘頭部裸露于混凝土基面外； 3)將界面劑均勻噴涂在混凝土基面上，并在加固區(qū)域支模和綁扎所述的非金屬纖維筋； 4)將配好的高韌性水泥基材料漿料在混凝土基面上逐層壓抹，每壓抹一層后在漿體表面沿縱橫方向反復(fù)搓毛，直至達(dá)到預(yù)定的壓抹厚度。
8.如權(quán)利要求7所述的現(xiàn)澆加固方法，其特征在于，在步驟3)中，界面劑的厚度不超過2mm ； 在步驟4)中，對(duì)高韌性水泥基材料漿料進(jìn)行逐層壓抹的時(shí)間不超過0.5h。
【文檔編號(hào)】C04B28/00GK103938803SQ201410135749
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】王海龍, 孫曉燕, 彭光宇, 羅月靜 申請(qǐng)人:浙江大學(xué), 廣西交通科學(xué)研究院