補強加固混凝土建築物的方法
2023-04-30 18:22:01 2
專利名稱：補強加固混凝土建築物的方法
技術領域：
本發明涉及補強加固鋼筋混凝土建築物的方法，具體地說補強加固橋梁、房屋、隧道、堤壩鋼筋混凝土建築物的方法。
鋼筋混凝土是使用最多的一種結構材料。儘管通過合理地配置鋼筋可充分發揮混凝土的抗壓強度和鋼筋的抗拉強度，使二者共同承擔負荷，滿足工程結構的需要，但由於各種原因，如混凝土破損、負荷增加、材料老化以及原設計缺陷等，使得負載能力下降，整體或某些部分應力增加甚至超出容許標準。在這種狀態下繼續使用是十分危險的，最後不得不報廢，重新修造。至今由於缺少行之有效的方法，在現代交通飛速發展和外界環境的影響下，許多鋼筋混凝土建築物的使用壽命大為縮短，經濟上造成很大的損失。
目前，混凝土建築物由於混凝土開裂引起裂縫的修複方法多採用補縫法。如環氧樹脂補縫，外包細石混凝土保護層。這種方法由於材料之間的粘合力有限，易發生脫落，所以結果不理想。CN1080683A公開了一種「鋼筋混凝土構件裂縫的修複方法」。該發明將裂縫處拓展為修復面，用水衝刷、涼幹，刷高效速凝劑，補15％補償收縮砂漿，再刷高效速凝劑。儘管該法對原來的補縫有所改進，但因其中的高效速凝劑沒有得到必要的說明，所以實施該發明是有困難的。
因此，鋼筋混凝土建築物的補強加固成為人們一直渴望解決、但始終未能獲得成功的技術難題。
本發明人發現鋼板或碳纖維布可藉助於粘合膠與混凝土建築物的補強加固面牢固地結合形成一個整體，從而大大地增強了鋼筋混凝土建築物的強度。
由此，本發明的目的在於提供一種灌注法鋼板補強加固鋼筋混凝土建築物的方法。
本發明另外一個目的在於提供一種壓貼法鋼板補強加固鋼筋混凝土建築物的方法。
本發明再有一個目的在於提供一種粘合法碳纖維布補強加固鋼筋混凝土建築物的方法。
補強加固後的混凝土建築物負荷能力明顯提高，從而延長了安全使用的壽命，避免建築物重建所帶來的巨大投資壓力。
為完成本發明的任務，採用如下的技術方案。
根據鋼筋混凝土建築的原有設計資料，以及現在所要求的最大負荷及負載分布情況和破損情況，可以計算出或實際測試出該結構的應力分布、大小和方向。凡經計算或測試所得應力超出結構內鋼筋的允許安全拉力標準時，或混凝土斷裂，損壞和鋼筋鏽蝕時，都可採用本發明的方法進行補強加固。
一種用灌注法補強加固鋼筋混凝土建築物的方法，該法的特徵在於包括步驟1)．清理混凝土建築物補強加固面；2)．將鋼板用膨脹螺栓固定在步驟1已清理的補強加固面上並在其中留有空隙，經鋼板上的固定孔安裝注入管和在鋼板周邊安裝排氣管，用粘合膠封住鋼板周邊，使其自然養生；3)．經注入管向空隙注入粘合膠，直到完全注滿，再自然養生。
一種用壓貼法補強加固鋼筋混凝土建築物的方法，該法的特徵在於包括步驟1)．清理混凝土建築物補強加固面；2)．將表面塗有粘合膠的鋼板粘貼到步驟1已清理的補強加固面上，加壓，自然養生。
在該種壓貼法中，加壓的目的在於使粘合膠均勻分布，鋼板能與混凝土建築物緊貼。因此，任何一種能起到這種作用的加壓方法都能使用，如用千斤項。
用於本發明中的鋼板，可選用任何一種適於混凝土建築物補強加固用的鋼板。本發明優選普通碳素鋼板。
若要求原結構在主筋方向和配力筋方向同時用鋼板補強加固時，可以採用寬的鋼板，全方向地加強。若只需加固一個受力方向，主筋方向或配力筋方向，則可以採用窄條的鋼板，並間隔一定距離粘貼到混凝土結構上。
適於使用本發明方法補強加固的混凝土建築物很多，如橋梁的橋板底面、梁和橋墩、隧道襯砌、建築物的梁、柱等。為便於施工，並能取得最好的效果，可選用不同的補強加固法。可視具體情況選用灌注法或壓貼法，兩種方法就改善混凝土建築物的壓力分布、大小及方向的效果相差無幾。
當補強加固的建築物只要求提高承載力而不允許增加過多靜載時，推薦使用碳纖維布代替鋼板的補強加固法，該法的特徵在於包括步驟1)．清理混凝土建築物補強加固面；2)．將粘合膠塗刷在步驟1已清理的補強加固面上；3)．置碳纖維布於粘合膠塗層上，使碳纖維布的空隙充滿該種膠；4)．於碳纖維布上再塗刷粘合膠，使其自然養生。
補強加固的混凝土建築物表面，經常附著疏鬆的混凝土、灰塵、油汙等，嚴重影響混凝土與鋼板、碳纖維布的粘貼，因此粘貼前必須認真加以清理，使表面達到乾淨、平坦和乾燥。當用碳纖維布補強加固時，為表面的平坦，先用膩子整平，之後，再按順序連續進行塗刷粘合膠、平整地放置碳纖維布和二次塗刷粘合膠。
在用碳纖維布補強加固的方法中，為使碳纖維布與混凝土充分粘貼，在使碳纖維布空隙充滿粘合膠後，可用滾刷使碳纖維布牢固地粘貼在混凝土表面上。二次粘合膠可在一次粘合膠固化後塗刷，也可不經固化直接塗刷。
碳纖維布是一種用途廣泛的增強材料。具有可撓性、高強度、高模量、耐高溫、抗疲勞、耐腐蝕以及比重小等特點，特別適合用於提高承載力而不顯著增加靜載場合下使用。在本發明的方法中，採用碳纖維布，通過調整粘貼碳纖維布的層數任意設定縱、橫方向的纖維量，同時進行兩方向的補強加固。
本發明所用的粘合膠為目前使用非常廣泛的環氧樹脂類膠，所用膠要求本身強度高於混凝土的強度，它和鋼板或碳纖維布的粘合力遠大於所受的剪切應力。
通常，補強加固過程的環境溫度為5-40℃。
按本發明的方法完成補強加固混凝土建築物，待膠完全固化後，鋼板或碳纖維布與混凝土結構便形成一個整體，其效果將等效於在原鋼筋混凝土結構中又在鋼板或碳纖維布所在的位置上增添了一層鋼筋。所等效增加的鋼筋總截面積即為鋼板或碳纖維布在受力方向的截面積。這樣不僅改善了原結構的應力分布，並且大大降低了每部分的應力強度。
本發明的補強加固方法，可有效地對各類新、舊鋼筋混凝土建築物進行補強加固，增加其允許承受的負荷，降低內部結構所受的應力，延長安全使用壽命，減少經濟損失，降低工程建設成本。特別是隨著經濟的迅速發展，一些道路上的橋梁需承受日益增加的車速、車流量和車載量的重負，使其負荷超出了原設計標準，按現有技術只能採取中斷、限制交通、拆橋重建的辦法，這勢必給交通和經濟的發展帶來嚴重的影響。若採用本發明的方法對橋梁進行補強加固，不僅能做到橋面撓曲銳減，耐久性明顯提高，而且還可在不中斷、限制交通的情況下完成施工。不難看出，本發明的方法在具體的工程建設推廣實施中，解決了本領域中長期存在並造成直接經濟損失的難題。
現參考附圖對本發明作更進一步地說明。
圖1是寬鋼板補強加固鋼筋混凝土建築物的示意圖。
圖2是窄鋼板補強加固鋼筋混凝土建築物的示意圖。
圖3是碳纖維布補強加固鋼筋混凝土建築物的透視圖。
圖4是鋼板補強加固鋼筋混凝土建築物的透視圖。
圖5是碳纖維布補強加固鋼筋混凝土建築物的示意圖。
圖6是鋼筋混凝土橋板經鋼板補強加固前後的動載試驗結果曲線圖。
圖7是鋼筋混凝土橋板經碳纖維布補強加固前後的動載試驗結果曲線圖。
各圖中的相同技術特徵，使用同一數字標記。
圖中1．粘合膠；2．鋼板；3．梁；4．密封用粘合膠；5．橋梁鋪裝層；6．橋板；7．膨脹螺栓；8．排氣管；9．注入管；10．碳纖維布；11．碳纖維布用粘合膠；12．膩子。
實施例1-灌注法鋼板補強加固鋼筋混凝土建築物如圖4所示，以試驗用鋼筋混凝土橋板6作試件，其尺寸為4500×2850×160mm，有效跨距為2500mm。橋板6上面是橋梁鋪裝層5。
採用大型動載試驗設備，先以16噸動載對試件往復加載300次，測量並記錄試件跨距中點處的撓度變化。試驗過程中可以看到試件橋板6底面出現許多裂縫，並不斷擴展。相應的撓度迅速增加，300次加載後，由3-4mm增至6-7mm左右。
按本發明的灌注法用鋼板對上述破損的橋板6進行補強加固。先清理掉橋板6底面上疏鬆的混凝土，清理後的混凝土補強加固表面應是乾淨、乾燥和平整的。用膨脹螺栓7從四周把4.5mm厚的A3鋼板2固定在橋板6底面，並在鋼板2和混凝土構件表面之間留出空隙。經鋼板2上的固定孔安裝注入管9和在鋼板2的周邊安裝排氣管8，再用日本SHO-BOND建設株式會社生產的#101粘合膠(即圖4所示的4)密封鋼板2的四周，之後自然養生。這種膠不僅能把鋼板2的四周密封住，而且還能承受住灌注時產生的壓力。密封用粘合膠4固化後，經注入管9灌注粘合膠1，日本SHO-BOND建設株式會社產的GROUT膠，直到完全注滿，自然養生。
本例所用鋼板2為寬鋼板，如圖1所示，鋼板2與混凝土構件表面之間為灌注的粘合膠1，混凝土構件由梁3支撐。
對上述補強加固後的橋板2再次加載，撓度立即下降至1mm左右。繼續重複加載，撓度雖有上升，但極其緩慢，直到3-6×106次後才達到4mm。
用上述試驗過程中所得到的加載次數和對應的橋板試件跨距中點的動載撓度(mm)數據作圖，見圖6，得到以「o」表示的橋板A對應曲線。試件補強加固前的動載試驗結果曲線列於該圖左側，試件補強加固後的動載試驗結果曲線列於該圖右側。
實驗結果清楚地表示灌注法鋼板補強加固的混凝土構件剛性明顯增強，結構的使用壽命得到延長。實施例2-壓貼法鋼板補強加固鋼筋混凝土建築物如圖2所示，採用與實施例1相同的試件。
以大型動載試驗設備，16噸動載對試件往復加載300次，測量並記錄試件跨距中點處的撓度變化。試驗過程中可以看到試件橋板6底面出現許多裂縫，並不斷擴展，相應的撓度迅速增加，300次加載後，由3-4mm增至6-7mm左右。
按本發明的壓貼法用鋼板2對上述破損的橋板6進行補強加固。先清理混凝土建築物的補強加固面，然後將塗有日本SHO-BOND建設株式會社產的CS粘合膠1的4.5mm厚A3鋼板2粘貼到所述的補強加固面上，用千斤項施加壓力，直到四周有膠溢出為止，再自然養生。
如圖2所示，本例所用鋼板2為窄鋼板，適於一個方向上的加固。
對上述補強加固的橋板6再次加載，撓度立即下降到1mm左右。繼續重複加載，撓度變化與實施例1的灌注法極為相似。所示微小差別僅在於壓貼法補強加固前，加載300次時的橋板6中點動載撓度超過7mm。見圖6以「●」所示的橋板B對應曲線。實施例3-粘合法碳纖維布補強加固鋼筋混凝土建築物如圖3所示，採用試驗用鋼筋混凝土橋板6作試件，其尺寸為3000×2300×190mm，有效跨距為2000mm。
圖5是碳纖維布補強加固鋼筋混凝土建築物的示意圖。圖中6表示橋板，10表示碳纖維布，11表示碳纖維布用粘合膠，12表示用於整平混凝土補強加固面的膩子。
先對A、B試件人為地造成相同程度的開裂損壞，再於兩試件中的B試件底面粘合一層如圖3所示的碳纖維布10。所述補強加固法如下所述。
先對橋板6表面進行清理，以除去影響粘貼效果的異物，如疏鬆的混凝土、灰塵和油汙。再於其上用膩子整平，塗刷碳纖維布用粘合膠11，日本SHO-BOND建設株式會社產CE膠，之後，平鋪一層日本SHO-BOND建設株式會社產NAC-700HM高彈性型碳纖維布，並使該布的空隙充滿所用粘合膠11，再於碳纖維布上塗刷一層粘合膠11。第二次塗刷粘合膠11之前，優選用滾刷在碳纖維布上滾動，以使其緊貼混凝土表面，之後進行自然養生。
利用大型動載試驗設備，先以15噸的動載對A、B兩個試件分別往復加載10萬次，測量並記錄試件跨距中點處的撓度變化。再對二試件分別以18噸載荷持續進行動載試驗，測量並記錄試件跨距中點處的撓度變化，18噸動載試驗進行100萬次後，將B試件的碳纖維布層從中部完全切斷，再繼續進行動載試驗，直到試件破壞。
試驗結果如圖7中的A、B所示。
結果分析1．未做補強加固的A試件在施加18噸動載後撓度上升，在加載總次數34.4萬次時發生破壞。
2．經補強加固的B試件在開始加載時測得的撓度即比A試件低4.7mm左右，表明剛性有所提高。
3．對B試件繼續重複加載，撓度上升緩慢，110萬次後的撓度僅相當於未補強加固試件的初始水平，耐久性明顯改善。
4．切斷B試件的碳纖維布層，破壞了其整體加固效果，但被分割的碳纖維布層仍起到相當的加固作用，繼續加載時撓度上升仍較緩慢，又承受了66萬次動載後方才破壞。
可見用碳纖維布粘合該補強加固的鋼筋混凝土建築物剛性明顯增強，結構的極限壽命延長數倍。
權利要求
1．一種用灌注法補強加固鋼筋混凝土建築物的方法，該法的特徵在於包括步驟1)．清理混凝土建築物補強加固面；2)．將鋼板用膨脹螺栓固定在步驟1已清理的補強加固面上並在其中留有空隙，經鋼板上的固定孔安裝注入管和在鋼板周邊安裝排氣管，用粘合膠封住鋼板周邊，使其自然養生；3)．經注入管向空隙注入粘合膠，直到完全注滿，再自然養生。
2．一種用壓貼法補強加固鋼筋混凝土建築物的方法，該法的特徵在於包括步驟1)．清理混凝土建築物補強加固面；2)．將表面塗有粘合膠的鋼板粘貼到步驟1已清理的補強加固面上，加壓，自然養生。
3．按權利要求1或2所述的方法，其中所述鋼板為寬鋼板。
4．按權利要求1或2所述的方法，其中所述鋼板為窄鋼板，彼此之間留有間隔。
5．一種粘合法補強加固鋼筋混凝土建築物的方法，該方法的特徵在於包括步驟1)．清理混凝土建築物補強加固面；2)．將粘合膠塗刷在步驟1已清理的補強加固面上；3)．置碳纖維布於粘合膠塗層上，使碳纖維布的空隙充滿該種膠；4)．於碳纖維布上再塗刷粘合膠，使其自然養生。
6．按權利要求5所述的方法，其中所述碳纖維布為高彈性的碳纖維布。
7．按權利要求5所述的方法，其中清理過的所述補強加固面，再用膩子整平。
8．按權利要求1,2或5所述的方法，其中所述粘合膠為環氧樹脂類膠。
全文摘要
本發明涉及補強加固橋梁、房屋、隧道、堤壩的鋼筋混凝土建築物的方法。所述補強加固的方法包括灌注法和壓貼法鋼板補強加固混凝土建築物的方法和粘合法碳纖維布補強加固混凝土建築物的方法。其中用於鋼板或碳纖維布粘貼混凝土表面的粘合膠為環氧樹脂類膠。補強加固後的建築物不僅改善了原結構的應力分布,而且大大地降低了每部分的應力強度,從而提高了建築物的負荷能力,延長了安全使用的壽命,避免建築物重建所帶來的巨大投資壓力。
文檔編號E04G23/02GK1231371SQ99105829
公開日1999年10月13日 申請日期1999年4月20日 優先權日1999年4月20日
發明者手塚道夫 申請人:日本Sho-Bond建設株式會社