CN112627572A - 单向frp网格/ecc渗透式加固受损钢筋混凝土梁及其制备方法 - Google Patents

单向frp网格/ecc渗透式加固受损钢筋混凝土梁及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种单向FRP网格/ECC渗透式加固受损钢筋混凝土梁及其制备方法。本方法通过在单向FRP网格/ECC与RC梁之间喷涂高活性氟钛物的混凝土增强剂，来提高二者之间的粘结强度。对于表面受损严重有裂缝、或无法卸载导致大裂缝的RC梁，FRP网格/ECC加固后裂缝处存在较大的沿界面法线方向的剥离应力。一旦剥离应力大于加固层与RC梁之间的粘结强度，加固层会出现剥离脱落现象而导致加固失效。而喷涂高活性氟钛物的增强剂能够有效渗透到混凝土的裂缝中，与旧混凝土中游离的钙离子反应生成不溶性的凝胶，像锚栓一样将加固层钉在被加固结构上，从而有效的增加界面粘结强度，防止加固层出现剥离脱落。

Description

单向FRP网格/ECC渗透式加固受损钢筋混凝土梁及其制备 方法
技术领域
本发明涉及混凝土结构加固领域，具体涉及一种FRP/ECC渗透式加固受损钢筋混凝土梁及其方法。
背景技术
钢筋混凝土梁板结构是土木工程中最常见的结构形式之一，但在长期使用过程中，会遇到恶劣环境，地震、火灾等自然灾害作用，结构承受荷载不断增加或使用功能改变等情况。大量钢筋混凝土梁板结构出现钢筋锈蚀严重、裂缝过多、捞度过大、承载力不足等耐久性、适用性和安全性问题。从欧美国家的建筑发展历程来看，采用加固修复的方法正占据越来越大的比例。因此，可预计我国“大兴土木”时代终将褪色，研究各种行之有效的加固改造措施，恢复并提高受损钢筋混凝土梁板结构的承载能力，使其适用更高承载需求，满足新使用功能要求是十分重要的。
目前，常用的加固改造方法有修补裂缝法、粘钢加固法、外粘FRP加固法等。其中，采用外粘FRP加固混凝土结构，具有轻质高强、可设计强、自重轻、施工方便、对结构外观影响小，同时耐腐蚀性好等突出优点。这种传统的外粘FRP加固技术，FRP片材或板材与被加固结构混凝土表面的粘结作用主要依靠胶粘剂，而胶粘剂是以环氧树脂为基体制成的高分子聚合物，该胶粘剂对环境要求高，但加固环境通常比较恶劣，因此存在耐久性问题。针对耐久性问题，现在提出了FRP网格/ECC复合加固的方法。利用ECC材料耐高温、裂缝小的特性增加抵抗有害离子侵蚀能力，同时其优良的抗拉特性能保证与FRP材料的协同工作，实现受力性能、耐久性能和抗火性能提升的多重效果。但当构件表面受损严重有裂缝，无法卸载时有大裂缝等，都会严重影响界面粘结强度。研究发现，对于大损伤的钢筋混凝土构件，会由于界面粘结强度低而出现加固层整体脱落的情况。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种单向FRP网格/ECC渗透式加固受损钢筋混凝土梁及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种单向FRP网格/ECC渗透式加固受损钢筋混凝土梁，其特征在于：包括被加固梁、混凝土增强剂、复合材料和单向FRP网格；其通过以下步骤制备得到：
在所述被加固梁的受拉侧存在裂缝，加固前先在被加固梁的受拉侧喷涂一层混凝土增强剂，再将单向FRP网格固定到受拉侧，最后在受拉侧处喷涂复合材料形成加固整体，从而得到FRP/ECC渗透式加固受损钢筋混凝土梁；
所述单向FRP网格被复合材料包裹约束住；所述混凝土增强剂喷涂在FRP网格/ECC与被加固梁之间，以来提高FRP网格/ECC与被加固梁之间的粘结强度；所述混凝土增强剂渗透到FRP网格/ECC与被加固梁之间的裂缝中生成不溶性的凝胶，起到锚栓同样作用将加固层钉在被加固梁上。
第二方面，本发明提供一种如上述单向FRP网格/ECC渗透式加固受损钢筋混凝土梁的方法，其特征在于：
该方法通过在FRP网格/ECC与既有混凝土梁之间喷涂混凝土增强剂，来提高FRP网格/ECC与既有混凝土梁之间的粘结强度；混凝土增强剂渗透到裂缝中生成不溶性的凝胶，起到锚栓同样作用将加固层钉在被加固梁上；包括如下步骤：
1)加固前先在被加固梁受拉侧喷涂一层混凝土增强剂；
2)再将FRP网格固定到受拉侧；
3)最后在受拉侧喷涂复合材料形成加固整体。
作为优选方案，所述复合材料为超高韧性水泥基复合材料，其各组分与水泥重量比值为粉煤灰:1.5-2.0；80-120目石英砂:1.0-1.1；水:0.6-1.0；减水剂：0.01-0.02；PVA：0.04-0.07。
进一步地，所述单向FRP网格其纵向为CFRP，横向为GFRP。
更进一步地，所述混凝土增强剂为含高活性氟钛物的混凝土增强剂、含氟硅酸镁的混凝土增强剂、由硅酸乙酯与乙醇按体积比1:1稀释得到的混凝土增强剂中的任一种。
本发明工作原理如下：
在充分水化的水泥石中Ca(OH)2约占20％，考虑利用Ca(OH)2与掺入物反应生成不溶性的凝胶从而提高FRP网格/ECC与既有混凝土梁界面处的粘结强度。混凝土增强剂具有一定的渗透能力，有效渗透可达3-8mm，并能与Ca(OH)2反应生成不溶性的凝胶，像锚栓一样将加固层钉在被加固结构上。因此可在FRP网格/ECC与既有梁之间喷涂一层既有混凝土增强剂来进一步提高界面处的粘结强度。超高韧性水泥基复合材料其极限拉应变可超过3％，将其作为界面粘结剂和增强材料，包裹约束FRP网格，解决外贴FRP片材界面粘贴胶老化带来的FRP易剥离的问题。同时，ECC材料耐高温、裂缝小的特性能够增加结构的抗火能力和抵抗氯离子等有害离子侵蚀能力，优良的抗拉特性能够保证与FRP材料的协同工作，充分发挥两种材料的力学特性，实现受力性能、耐久性能和抗火性能提升的多重效果。
本发明的优点及有益效果如下：
FRP网格/ECC加固受损钢筋混凝土梁是将传统外贴FRP加固混凝土结构技术中的FRP片材替换FRP网格；不使用有机胶粘剂，而采用超高韧性水泥基复合材料(ECC)包裹约束FRP的方法。但表面受损严重有裂缝、无法卸载时有大裂缝等，都会严重影响界面处的粘结强度。本发明通过在FRP网格/ECC与既有混凝土梁之间喷涂混凝土增强剂，来提高FRP网格/ECC与既有混凝土梁之间的粘结强度。混凝土增强剂可以渗透到裂缝中生成不溶性的凝胶，像锚栓一样将加固层钉在被加固梁上，从而增加界面粘结强度，保证该加固方法在大损伤大裂缝情况下依然可以使用。
附图说明
图1为FRP/ECC渗透式加固受拉侧存在裂缝的受损梁示意图；
图2为FRP/ECC渗透式加固受拉侧存在裂缝的受损梁的横截面示意图；
图3为混凝土增强剂在界面处的作用机理示意图。
图中：1、被加固梁；2、混凝土增强剂；3、单向FRP网格；4、ECC；5、裂缝；6、反应生成的不溶性胶。
具体施工方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细阐述。
如图2所示，本发明单向FRP网格/ECC渗透式加固钢筋混凝土梁的方法。浇筑该梁所用混凝土为C40混凝土(水泥：砂子：碎石：水＝1:1.42:2.65:0.45)；梁截面尺寸为250mm×300mm，跨高比为8。加固时，先在受拉侧喷涂一层混凝土增强剂2，再将FRP网格3固定到该侧，最后喷涂复合材料4形成加固整体。
复合材料4为超高韧性水泥基复合材料；FRP网格3为单向FRP网格，其纵向为CFRP，横向为GFRP；混凝土增强剂2为一种既有混凝土增强剂。
超高韧性水泥基复合材料，其特征在于：其各组分与水泥重量比值为粉煤灰:1.5-2.0；80-120目石英砂:1.0-1.1；水:0.6-1.0；减水剂：0.01-0.02；PVA：0.04-0.07；一种既有混凝土增强剂为含高活性氟钛物的混凝土增强剂、含氟硅酸镁的混凝土增强剂、由硅酸乙酯与乙醇按体积比1∶1稀释得到的混凝土增强剂。
梁1(L1)为未加固梁，梁2(L2)为加固梁。
梁 屈服载荷/KN 极限载荷/KN
梁1 85 103
梁2 108 131
采用FRP网格/ECC对该梁加固，其承载力提高幅度为10％-15％。而采用单向FRP网格/ECC渗透式加固钢筋混凝土梁的方法，其承载力提高幅度可达20％-30％。
在施工过程中要注意对关键环节的控制，其中分为材料和施工两个方面。其一，在材料方面，要根据实际需要FRP网格的粗细及网格尺寸的大小；要注意配制超高韧性水泥基复合材料时严格按照配比和投料顺序进行，确保其与混凝土有可靠粘结，能与原混凝土梁协调变形。其二，在施工的环节当中，在FRP网格安装的过程中要注意锚钉的使用和网格材的搭接。用锚钉固定网格材在混凝土面上，避免产生空隙，在拧紧锚钉时采用橡胶垫保护纤维网格不被破坏；在搭接时要满足规定的搭接长度，用锚钉将搭接段的两端固定牢固，避免搭接部分成为薄弱部位。在喷抹混凝土增强剂与超高韧性水泥基复合材料时，要注意喷抹顺序，先喷抹混凝土增强剂，再喷抹超高韧性水泥基复合材料。使用喷射施工对于有些交叉部位难以充实会有空隙产生，此时用镘刀进行填充、压实网格部位的空隙。

Claims (6)

1.一种单向FRP网格/ECC渗透式加固受损钢筋混凝土梁，其特征在于：包括被加固梁(1)、混凝土增强剂(2)、复合材料(4)和单向FRP网格(3)；其通过以下步骤制备得到：
在所述被加固梁(1)的受拉侧存在裂缝(5)，加固前先在被加固梁(1)的受拉侧喷涂一层混凝土增强剂(2)，再将单向FRP网格(3)固定到受拉侧，最后在受拉侧处喷涂复合材料(4)形成加固整体，从而得到FRP/ECC渗透式加固受损钢筋混凝土梁；
所述单向FRP网格(3)被复合材料(4)包裹约束住；所述混凝土增强剂(2)喷涂在FRP网格/ECC与被加固梁(1)之间，以来提高FRP网格/ECC与被加固梁(1)之间的粘结强度；所述混凝土增强剂(2)渗透到FRP网格/ECC与被加固梁(1)之间的裂缝(5)中生成不溶性的凝胶，起到锚栓同样作用将加固层钉在被加固梁(1)上。
2.一种制备如权利要求1所述单向FRP网格/ECC渗透式加固受损钢筋混凝土梁的方法，其特征在于：该方法通过在FRP网格/ECC与既有混凝土梁之间喷涂混凝土增强剂，来提高FRP网格/ECC与既有混凝土梁之间的粘结强度；混凝土增强剂渗透到裂缝中生成不溶性的凝胶，起到锚栓同样作用将加固层钉在被加固梁上；包括如下步骤：
1)加固前先在被加固梁(1)受拉侧喷涂一层混凝土增强剂(2)；
2)再将FRP网格(3)固定到受拉侧；
3)最后在受拉侧喷涂复合材料(4)形成加固整体。
3.根据权利要求2所述单向FRP网格/ECC渗透式加固受损钢筋混凝土梁的制备方法，其特征在于：所述复合材料(4)为超高韧性水泥基复合材料，其各组分与水泥重量比值为粉煤灰:1.5-2.0；80-120目石英砂:1.0-1.1；水:0.6-1.0；减水剂：0.01-0.02；PVA：0.04-0.07。
4.根据权利要求2或3所述渗透式加固受损钢筋混凝土梁的方法，其特征在于：所述单向FRP网格(3)其纵向为CFRP，横向为GFRP。
5.根据权利要求2或3所述单向FRP网格/ECC渗透式加固受损钢筋混凝土梁的制备方法，其特征在于：所述混凝土增强剂(2)为含高活性氟钛物的混凝土增强剂、含氟硅酸镁的混凝土增强剂、由硅酸乙酯与乙醇按体积比1:1稀释得到的混凝土增强剂中的任一种。
6.根据权利要求4所述单向FRP网格/ECC渗透式加固受损钢筋混凝土梁的制备方法，其特征在于：所述混凝土增强剂(2)为含高活性氟钛物的混凝土增强剂、含氟硅酸镁的混凝土增强剂、由硅酸乙酯与乙醇按体积比1:1稀释得到的混凝土增强剂中的一种。
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