CN105948579A - 一种防水性ecc与碳纤维布复合加固材料及其使用方法 - Google Patents

一种防水性ecc与碳纤维布复合加固材料及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种防水性ECC与碳纤维布复合加固材料及其使用方法，包括：添加外加剂的ECC、碳纤维布；所述ECC原料中包括水泥，一级粉煤灰，硅砂，增稠剂，减水剂，水，PVA纤维；所述外加剂包括：疏水性材料，掺量为水泥质量的0.01％‑0.1％；疏水性纳米级矿物材料，掺量为水泥质量的0.5％‑1.5％。既可以避免碳纤维布开胶失效，又能够阻止外部水沿梁、板等钢筋混凝土受弯构件的裂缝侵入，保护内部钢筋免受锈蚀的防水性ECC与碳纤维布复合加固材料及其使用方法。步骤简单、操作方便、实用性强。

Description

一种防水性ECC与碳纤维布复合加固材料及其使用方法
技术领域
本发明属于土木工程领域，特别涉及一种防水性ECC与碳纤维布复合加固材料及其使用方法。
背景技术
在土木工程领域，建筑物(尤指房屋、桥梁等)的梁、板等钢筋混凝土受弯构件，由于结构老化或者上部荷载增大等因素，表现出承载力不足，甚至受弯面混凝土开裂。从经济角度以及施工难易程度考虑，工程上一般不会直接更换受弯构件，而是采取一定的加固措施。目前工程上常采用增大截面法、粘贴钢板法或者粘贴碳纤维布法。其中粘贴碳纤维布法，由于施工速度快，不改变结构外观，以及基本不增加结构自重等优点，具有很高的工程实用价值。但是粘贴碳纤维布的牢固性问题一直没有得到很好地解决，受弯构件的挠度增大时，常出现开胶现象，导致碳纤维布失效。同时，碳纤维布也有怕明火、怕撞击的缺点。另外，碳纤维布不能有效覆盖住受弯构件开裂后产生的裂缝，无法阻止外部水地侵入，阻止不了受弯构件内部钢筋的锈蚀。
ECC(Engineered Cementitious Composites，高延性纤维增强水泥基复合材料，简称ECC)作为一种具有一定应***化性能的混凝土材料，自身具有比较高的应变能力，可以用于加固承载力不足的钢筋混凝土受弯构件。但是ECC成本很高，直接把ECC用作受弯构件的加固材料是不经济的。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供了一种既可以避免碳纤维布开胶失效，又能够阻止外部水沿梁、板等钢筋混凝土受弯构件的裂缝侵入，保护内部钢筋免受锈蚀的防水性ECC与碳纤维布复合加固材料及其使用方法。
现有的ECC浇筑材料的防水性不足，随着外部水地侵入，导致原梁、板等钢筋混凝土受弯构件内部的钢筋锈蚀加重，使用寿命大幅缩短。为了解决这一问题，研究中，首先加入疏水剂对ECC进行疏水改性，使得ECC表面以及产生裂缝后的开裂面具有一定疏水性。当受弯构件产生一定的弯曲后，ECC材料会产生多条细裂缝，由于开裂面具有一定疏水性，能够有效阻止外部水地侵入。同时在ECC中添加疏水性纳米级矿物材料，一方面可以增强ECC表面以及产生裂缝后的开裂面的疏水性，另一方面也可以有效堵塞部分外界水侵入的通道，解决了微小形变下，弯曲构件的防水、防锈的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种防水性ECC与碳纤维布复合加固材料，包括：添加外加剂的ECC、碳纤维布；
所述ECC原料中包括水泥，一级粉煤灰，硅砂，增稠剂，减水剂，水，PVA纤维；
所述外加剂包括：疏水性材料，掺量为水泥质量的0.01％-0.1％；疏水性纳米级矿物材料，掺量为水泥质量的0.5％-1.5％。
ECC与原梁、板等钢筋混凝土受弯构件具有良好的粘结性能，且本身具有较强的应变能力(一般在3％以上)，受弯构件产生一定变形之后，仍能够与其紧密贴合，解决了工程上常用的树脂浸渍胶粘贴碳纤维布在受弯构件产生一定变形后容易开胶的问题，保证碳纤维布的抗拉性能得到了充分的发挥ECC充当碳纤维布保护层，也解决了碳纤维布怕明火、怕撞击的缺点，可以有效保护内部的碳纤维布。
优选的，所述ECC由以下重量份的原料组成：水泥80-120份，一级粉煤灰100-150份，硅砂80-100份，增稠剂0.1-0.15份，减水剂1-50份，PVA纤维体积1.5-2.5份，水灰比0.3-0.45。
优选的，所述ECC由以下重量份的原料组成：水泥80-100份，一级粉煤灰100-125份，硅砂80-90份，增稠剂0.1-0.125份，减水剂1-25份，PVA纤维体积1.5-2份，水灰比0.3-0.375。
优选的，所述ECC由以下重量份的原料组成：水泥100-120份，一级粉煤灰125-150份，硅砂90-100份，增稠剂0.125-0.15份，减水剂25-50份，PVA纤维体积2.0-2.5份，水灰比0.375-0.45。
优选的，所述疏水性材料为改性聚甲基氢硅氧烷。
优选的，所述疏水性纳米级矿物材料为疏水性纳米碳酸钙。
优选的，所述ECC的极限拉伸应变达到3％以上，极限裂缝宽度小于100μm。
本发明还提供了一种防水性ECC与碳纤维布复合加固材料的制备方法，包括：依次加入水泥、一级粉煤灰、硅砂、增稠剂、疏水性纳米碳酸钙等固体组分，慢速搅拌，搅拌时间为t2；加入混合均匀的水、减水剂、改性聚甲基氢硅氧烷等液体组分，慢速搅拌，搅拌时间为t1，再快速搅拌，搅拌时间为t2；加入PVA纤维，快速搅拌，搅拌时间为t3；手工翻倒ECC混合料，再快速搅拌，搅拌时间为t1；
所述t1＝1分钟，t2＝2分钟，t3＝6分钟。
本发明还提供了一种ECC与碳纤维布复合加固的钢筋混凝土受弯构件，包括：钢筋混凝土受弯构件本体，铺覆在所述受弯构件受弯一侧的碳纤维布层，浇筑在所述碳纤维布外侧的ECC层。
ECC与原梁、板等钢筋混凝土受弯构件具有良好的粘结性能，且本身具有较强的应变能力(一般在3％以上)，受弯构件产生一定变形之后，仍能够与其紧密贴合，解决了工程上常用的树脂浸渍胶粘贴碳纤维布在受弯构件产生一定变形后容易开胶的问题，保证碳纤维布的抗拉性能得到了充分的发挥。ECC充当碳纤维布保护层，也解决了碳纤维布怕明火、怕撞击的缺点，可以有效保护内部的碳纤维布。
另一方面，与普通的树脂浸渍碳纤维布胶相比，ECC的耐久性能好。
优选的，所述碳纤维布层的两端通过张拉锚固定位于所述受弯构件上。
工程上为了解决粘贴碳纤维布易开胶的问题，经常采用分段张拉锚固的方法粘贴碳纤维布，改用ECC作为粘贴碳纤维布的材料，只需要将碳纤维布两端提前张拉锚固，再浇筑或者喷射ECC即可，简化了施工程序。
本发明的有益效果
1、在ECC中添加了改性聚甲基氢硅氧烷等一类疏水性材料，以及疏水性纳米碳酸钙等一类疏水性纳米矿物材料。聚甲基氢硅氧烷可以使ECC具有一定的疏水性；疏水性纳米碳酸钙由于其粒径较小，可以有效堵塞部分外界水侵入的通道。这两种外加剂，可以使得ECC产生多条细裂缝后，能够有效阻止外部水侵入，防止原梁、板等钢筋混凝土受弯构件内部的钢筋锈蚀。
2、ECC与原梁、板等钢筋混凝土受弯构件具有良好的粘结性能，且本身具有较强的应变能力(一般在3％以上)，受弯构件产生一定变形之后，仍能够与其紧密贴合，解决了工程上常用的树脂浸渍胶粘贴碳纤维布在受弯构件产生一定变形后容易开胶的问题，保证碳纤维布的抗拉性能得到了充分的发挥。
3、工程上为了解决粘贴碳纤维布易开胶的问题，经常采用分段张拉锚固的方法粘贴碳纤维布，改用ECC作为粘贴碳纤维布的材料，只需要将碳纤维布两端提前张拉锚固，再浇筑或者喷射ECC即可，简化了施工程序。
4、ECC比树脂浸渍胶的耐久性能好。
5、ECC充当碳纤维布保护层，也解决了碳纤维布怕明火、怕撞击的缺点，可以有效保护内部的碳纤维布。
6、ECC也可以作为梁、板等混钢筋凝土受弯构件的加固材料，但是ECC的生产成本比较高。ECC与碳纤维布配合使用，让碳纤维布作为承担抗拉作用的主要受力构件，ECC主要起到将碳纤维布牢固粘贴在原受弯构件上的作用，同时也承担了部分拉力。有效发挥了两种材料各自的优势，同时也降低了工程造价。在工程上具有实际意义。
附图说明
图1是防水性ECC与碳纤维布复合加固材料用于加固梁体的正视图
图2是防水性ECC与碳纤维布复合加固材料用于加固梁体的仰视图
具体实施方式
以下通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
实施例1
1、ECC的原料，包括水泥，一级粉煤灰，硅砂，增稠剂，PVA纤维，减水剂，水，改性聚甲基氢硅氧烷等一类疏水性材料，以及疏水性纳米碳酸钙等一类疏水性纳米矿物材料。将水泥质量定为1，一级粉煤灰用量为水泥质量的1.0-1.5倍，硅砂用量为水泥质量的0.8-1.0倍，增稠剂用量为水泥质量的0.1％-0.15％，水灰比0.3-0.45，减水剂用量为水泥用量的0-0.5％，PVA纤维体积掺量为1.5％-2.5％，改性聚甲基氢硅氧烷等一类疏水性材料掺量为水泥质量的0.01％-0.1％，疏水性纳米碳酸钙等一类疏水性纳米矿物材料掺量为水泥质量的0.5％-1.5％。
2、ECC用行星式砂浆搅拌机或者ECC专用搅拌机搅拌而成，投料顺序和搅拌时间如下：加入水泥、一级粉煤灰、硅砂、增稠剂、疏水性纳米碳酸钙等固体组分，慢速搅拌2分钟；加入混合均匀的水、减水剂、改性聚甲基氢硅氧烷等液体组分，慢速搅拌1分钟，再快速搅拌2分钟；加入PVA纤维，快速搅拌6分钟；手工翻倒ECC混合料，再快速搅拌1分钟。
3、拌合而成的ECC在标准养护条件下养护28天后，进行拉伸试验，具有显著的应***化性能，在拉伸力作用下能够产生许多细密裂缝，极限拉伸应变达到3％以上，极限裂缝宽度小于100μm。
4、将需要加固的梁、板等钢筋混凝土受弯构件加固面打磨粗糙(铺设碳纤维布部分不打磨)，清理干净，铺上碳纤维布，并在两端张拉锚固。碳纤维布的种类和尺寸，根据实际受力情况确定。在整个加固面浇筑一层新拌ECC混合料。养护28d之后，加固工作完成。
实施例2
1、ECC的原料，包括水泥，一级粉煤灰，硅砂，增稠剂，PVA纤维，减水剂，水，改性聚甲基氢硅氧烷等一类疏水性材料，以及疏水性纳米碳酸钙等一类疏水性纳米矿物材料。将水泥质量定为1，一级粉煤灰用量为水泥质量的1.0倍，硅砂用量为水泥质量的0.8倍，增稠剂用量为水泥质量的0.1％，水灰比0.3，减水剂用量为水泥用量的0.1％，PVA纤维体积掺量为1.5％，改性聚甲基氢硅氧烷等一类疏水性材料掺量为水泥质量的0.01％，疏水性纳米碳酸钙等一类疏水性纳米矿物材料掺量为水泥质量的0.5％。
2、ECC用行星式砂浆搅拌机或者ECC专用搅拌机搅拌而成，投料顺序和搅拌时间如下：加入水泥、一级粉煤灰、硅砂、增稠剂、疏水性纳米碳酸钙等固体组分，慢速搅拌2分钟；加入混合均匀的水、减水剂、改性聚甲基氢硅氧烷等液体组分，慢速搅拌1分钟，再快速搅拌2分钟；加入PVA纤维，快速搅拌6分钟；手工翻倒ECC混合料，再快速搅拌1分钟。
3、拌合而成的ECC在标准养护条件下养护28天后，进行拉伸试验，具有显著的应***化性能，在拉伸力作用下能够产生许多细密裂缝，极限拉伸应变达到3％以上，极限裂缝宽度小于100μm。
4、将需要加固的梁、板等钢筋混凝土受弯构件加固面打磨粗糙(铺设碳纤维布部分不打磨)，清理干净，铺上碳纤维布，并在两端张拉锚固。碳纤维布的种类和尺寸，根据实际受力情况确定。在整个加固面浇筑一层新拌ECC混合料。养护28d之后，加固工作完成。
实施例3
1、ECC的原料，包括水泥，一级粉煤灰，硅砂，增稠剂，PVA纤维，减水剂，水，改性聚甲基氢硅氧烷等一类疏水性材料，以及疏水性纳米碳酸钙等一类疏水性纳米矿物材料。将水泥质量定为1，一级粉煤灰用量为水泥质量的1.5倍，硅砂用量为水泥质量的1.0倍，增稠剂用量为水泥质量的0.15％，水灰比0.45，减水剂用量为水泥用量的0.5％，PVA纤维体积掺量为2.5％，改性聚甲基氢硅氧烷等一类疏水性材料掺量为水泥质量的0.1％，疏水性纳米碳酸钙等一类疏水性纳米矿物材料掺量为水泥质量的1.5％。
2、ECC用行星式砂浆搅拌机或者ECC专用搅拌机搅拌而成，投料顺序和搅拌时间如下：加入水泥、一级粉煤灰、硅砂、增稠剂、疏水性纳米碳酸钙等固体组分，慢速搅拌2分钟；加入混合均匀的水、减水剂、改性聚甲基氢硅氧烷等液体组分，慢速搅拌1分钟，再快速搅拌2分钟；加入PVA纤维，快速搅拌6分钟；手工翻倒ECC混合料，再快速搅拌1分钟。
3、拌合而成的ECC在标准养护条件下养护28天后，进行拉伸试验，具有显著的应***化性能，在拉伸力作用下能够产生许多细密裂缝，极限拉伸应变达到3％以上，极限裂缝宽度小于100μm。
4、将需要加固的梁、板等钢筋混凝土受弯构件加固面打磨粗糙(铺设碳纤维布部分不打磨)，清理干净，铺上碳纤维布，并在两端张拉锚固。碳纤维布的种类和尺寸，根据实际受力情况确定。在整个加固面浇筑一层新拌ECC混合料。养护28d之后，加固工作完成。
结果表明：
在受弯构件产生一定变形的条件下，本发明的吸水率比普通ECC降低10～30％。
表1
表1中比值均为质量比(PVA纤维用量指的是体积率)。
实施例4
一种ECC与碳纤维布复合加固的钢筋混凝土受弯构件，包括：钢筋混凝土受弯构件本体，铺覆在所述受弯构件受弯一侧的碳纤维布层，浇筑在所述碳纤维布外侧的ECC层。
ECC与原梁、板等钢筋混凝土受弯构件具有良好的粘结性能，且本身具有较强的应变能力(一般在3％以上)，受弯构件产生一定变形之后，仍能够与其紧密贴合，解决了工程上常用的树脂浸渍胶粘贴碳纤维布在受弯构件产生一定变形后容易开胶的问题，保证碳纤维布的抗拉性能得到了充分的发挥ECC充当碳纤维布保护层，也解决了碳纤维布怕明火、怕撞击的缺点，可以有效保护内部的碳纤维布。
实施例5
一种ECC与碳纤维布复合加固的钢筋混凝土受弯构件，包括：钢筋混凝土受弯构件本体，铺覆在所述受弯构件受弯一侧的碳纤维布层，浇筑在所述碳纤维布外侧的ECC层。
所述碳纤维布层的两端通过张拉锚固定位于所述受弯构件上。
工程上为了解决粘贴碳纤维布易开胶的问题，经常采用分段张拉锚固的方法粘贴碳纤维布，改用ECC作为粘贴碳纤维布的材料，只需要将碳纤维布两端提前张拉锚固，再浇筑或者喷射ECC即可，简化了施工程序。
实施例6
一种ECC与碳纤维布复合加固的钢筋混凝土受弯构件，包括：钢筋混凝土受弯构件本体，铺覆在所述受弯构件受弯一侧的碳纤维布层，浇筑在所述碳纤维布外侧的ECC层。
所述碳纤维布的长度为受弯构件长度的2/3，所述碳纤维宽度为受弯构件宽度的1/7。研究发现：此时碳纤维布的抗拉性能得到了充分的发挥，且碳纤维布用量最少。
实施例7
一种ECC与碳纤维布复合加固的钢筋混凝土受弯构件，包括：钢筋混凝土受弯构件本体，铺覆在所述受弯构件受弯一侧的碳纤维布层，浇筑在所述碳纤维布外侧的ECC层。
所述碳纤维布的中心线与受弯构件的中心线的距离为受弯构件的长度的0-1/18倍。在该范围内，碳纤维布的抗拉性能都能得到充分发挥，通过对安装位置的优化，扩大了碳纤维布的适用范围，为某些极端条件下的构件安装提供了可能。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种防水性ECC与碳纤维布复合加固材料，其特征在于，包括：添加外加剂的ECC、碳纤维布；
所述ECC原料中包括水泥；
所述外加剂包括：疏水性材料，掺量为水泥质量的0.01％-0.1％；疏水性纳米级矿物材料，掺量为水泥质量的0.5％-1.5％。
2.如权利要求1所述的复合加固材料，其特征在于，所述ECC由以下重量份的原料组成：水泥80-120份，一级粉煤灰100-150份，硅砂80-100份，增稠剂0.1-0.15份，减水剂1-50份，PVA纤维体积1.5-2.5份，水灰比0.3-0.45。
3.如权利要求1所述的复合加固材料，其特征在于，所述ECC由以下重量份的原料组成：水泥80-100份，一级粉煤灰100-125份，硅砂80-90份，增稠剂0.1-0.125份，减水剂1-25份，PVA纤维体积1.5-2份，水灰比0.3-0.375。
4.如权利要求1所述的复合加固材料，其特征在于，所述ECC由以下重量份的原料组成：水泥100-120份，一级粉煤灰125-150份，硅砂90-100份，增稠剂0.125-0.15份，减水剂25-50份，PVA纤维体积2.0-2.5份，水灰比0.375-0.45。
5.如权利要求1所述复合加固材料，其特征在于，所述疏水性材料为改性聚甲基氢硅氧烷。
6.如权利要求1所述复合加固材料，其特征在于，所述疏水性纳米级矿物材料为疏水性纳米碳酸钙。
7.如权利要求1所述复合加固材料，其特征在于，所述ECC的极限拉伸应变达到3％以上，极限裂缝宽度小于100μm。
8.权利要求1-6任一项所述防水性ECC与碳纤维布复合加固材料的制备方法，其特征在于，包括：依次加入水泥、一级粉煤灰、硅砂、增稠剂、疏水性纳米碳酸钙等固体组分，慢速搅拌，搅拌时间为t2；加入混合均匀的水、减水剂、改性聚甲基氢硅氧烷等液体组分，慢速搅拌，搅拌时间为t1，再快速搅拌，搅拌时间为t2；加入PVA纤维，快速搅拌，搅拌时间为t3；手工翻倒ECC混合料，再快速搅拌，搅拌时间为t1；
所述t1＝1分钟，t2＝2分钟，t3＝6分钟。
9.一种ECC与碳纤维布复合加固的钢筋混凝土受弯构件，其特征在于，包括：钢筋混凝土受弯构件本体，铺覆在所述受弯构件受弯一侧的碳纤维布层，浇筑在所述碳纤维布外侧的ECC层。
10.权利要求9所述ECC与碳纤维布复合加固的钢筋混凝土受弯构件，其特征在于，所述碳纤维布层的两端通过张拉锚固定位于所述受弯构件上。
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