CN115749342A

CN115749342A - 浪涌与冲击荷载下的护岸裂纹缺陷修复工艺

Info

Publication number: CN115749342A
Application number: CN202211241532.5A
Authority: CN
Inventors: 刘杰; 毛琨; 李政; 张可欣; 唐加林; 汪明远
Original assignee: China Three Gorges University CTGU
Current assignee: China Three Gorges University CTGU
Priority date: 2022-10-11
Filing date: 2022-10-11
Publication date: 2023-03-07

Abstract

本发明提供一种浪涌与冲击荷载下的护岸裂纹缺陷修复工艺，包括如下步骤：步骤一、制备磁性混凝土；步骤二、探测出裂缝宽度，深度长度和定位，并进行表面清创；步骤三、在裂缝的孔洞处放置纤维网，纤维网具有磁性，磁性锚杆端部吸附磁性混凝土，通过磁性锚杆将纤维网顶入裂缝的孔洞内，使纤维网与裂缝的孔洞内壁贴合；步骤四、混凝土浇注导管放置在磁性锚杆一侧，注入磁性混凝土，同时，磁性锚杆调整其磁性强度，引起磁场震荡。该工艺使磁性混凝土在裂纹缺陷位置聚集，提高磁性混凝土的抗剪能力，充分填充缝隙。

Description

浪涌与冲击荷载下的护岸裂纹缺陷修复工艺

技术领域

本发明涉及裂纹修复领域，特别涉及一种浪涌与冲击荷载下的护岸裂纹缺陷修复工艺。

背景技术

传统的混凝土有自身的缺点，一些建筑物在荷载作用下，在极端的的天气作用下混凝土本身也会热胀冷缩，由于地基的不均匀的沉降，施工工艺质量一些因素都会造成裂缝。传统的修补裂缝方案有表面修补与局部修复法工艺复杂且时间较长，经过一定时间可能出现新的裂缝。混凝土粘度无法实时调控且耐久性差，混凝土易被冲刷流失，混凝土水体不能充分排除，混凝土抗剪能力差、易离析。

浪涌是一种常见的海洋动力作用现象，浪涌的作用下会产生冲击荷载，当浪涌由深水区传播进入浅水区后，受区域地形变化的影响，将会发生浅化以及对护岸造成破碎等现象，这些现象是海洋动力学的研究重点。海洋地形不同于常见的缓变地形，水深变化剧烈、浪涌与其相互作用时具有很强非线性变化特点。在浪涌与冲击荷载下对护岸造成巨大的破坏。传统的混凝土材料修补，在浪涌与冲击荷载作用下混凝土流失严重，延长工期、推高成本，混凝土施工工艺复杂，效果不佳，微小裂隙混凝土不易注入，封堵难度大。混凝土抗剪能力不足与易离析等缺点。经过一定时间可能出现新的裂缝。混凝土粘度无法实时调控且耐久性差，混凝土易被冲刷流失，混凝土水体不能充分排除等缺点。

CN113250483A公开一种基于磁力的预埋及预制磁吸引端导向式修复建筑物裂缝的装置及方法，通过磁性混凝土提高建筑物的裂缝填充效果，但目前现有技术还未公开冲击荷载作用下的磁性混凝土修复工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种浪涌与冲击荷载下的护岸裂纹缺陷修复工艺，使磁性混凝土在裂纹缺陷位置聚集，提高磁性混凝土的抗剪能力，充分填充所有缝隙。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种浪涌与冲击荷载下的护岸裂纹缺陷修复工艺，包括如下步骤：

步骤一、制备磁性混凝土；

步骤二、探测出裂缝宽度，深度长度和定位，并进行表面清创；

步骤三、在裂缝的孔洞处放置纤维网，纤维网具有磁性，磁性锚杆端部吸附磁性混凝土，通过磁性锚杆将纤维网顶入裂缝的孔洞内，使纤维网与裂缝的孔洞内壁贴合；

步骤四、混凝土浇注导管放置在磁性锚杆一侧，注入磁性混凝土，同时，磁性锚杆调整其磁性强度，引起磁场震荡。

优选的方案中，所述步骤一中，磁性混凝土制备操作如下：

S1、在容器里面装入水泥和减水剂进行搅拌，使二者混合均匀，然后加入水，使水泥与水产生水化反应；

S2、在装有磁粉的容器中加入环氧树脂进行搅拌混合，然后加入絮凝剂和铁砂，搅拌充分；

S3、将S1制备的浆液与S2中制备的浆液进行混合，然后加入骨料进行搅拌。

优选的方案中，所述S1中，减水剂质量占比为0.5%。

优选的方案中，所述S2中，磁粉、环氧树脂、絮凝剂以及铁砂的质量比为2：1：1：6。

优选的方案中，所述S3中，S1制备的浆液与S2中制备的浆液的配比为1:2。

优选的方案中，所述S3中，骨料的材质选用陶粒或泡沫或废弃混凝土或铁矿石或矿渣碎石。

优选的方案中，所述步骤三中，磁性锚杆包括中空锚杆，中空锚杆的中空腔体内设有电磁铁。

本发明提供的一种浪涌与冲击荷载下的护岸裂纹缺陷修复工艺，具有以下有益效果：

1、传统的施工方法需要支模，绑扎钢筋，再浇灌混凝土需要大量的材料和人工成本，且在水下施工时混凝土容易冲涮，而且混凝土的密实度与流动性无法保证，混凝土的抗剪能力不足。一种磁性混凝制备方法不需要大量的模板与钢筋，施工工艺变得简单，通过磁性混凝土配比与磁场大小的调整，磁性混凝土粘度可实时调控，在水环境中抗分散、抗冲蚀、快速凝结，具有较大的抗剪能力。

2、磁性锚杆吸附磁性混凝土端，磁性锚杆调整其磁性强度，引起磁场震荡，完成对其浇注过程的排水排气，到达密实的效果。浇注磁性混凝土的同时可以控制磁场的强弱，使磁性混凝土在注磁性混凝土口处聚集，提高磁性混凝土的抗剪能力，减少磁场强度，磁性混凝土流动性增加，充分填充所有孔隙，通过设置带磁性的纤维网，对磁性混凝土进行吸附，可以使磁性混凝土在孔洞中充分填满。

3、磁性混凝土可以反重力填充，通过调整磁性混凝土的配比，增加磁性物质含量，增强磁力吸附作用，克服磁性混凝土自身的重力，实现反重力磁性混凝土，可实现水下是施工环境抵抗高水头。

4、将电磁铁放在中空锚杆的内，电磁铁位于中空锚杆中心处，通过调节电磁铁磁场的大小，逐步增大电流磁场强度，在浇注导管中注入磁性混凝土，在磁场的作用下，汇聚在中空锚杆周边。

附图说明

下面结合附图和实施实例对本发明作进一步说明：

图1为磁性锚杆的结构示意图；

图2为护岸裂纹缺陷修复工艺工序图；

图3为磁性锚杆磁场影响感应线示意图；

图4为不同磁场强度下吸附直径的变化趋势图；

图5为吸附磁性混凝土直径结构示意图；

图6为磁自聚浆液自聚能力示意图；

图7为磁自聚浆液和普通浆液的充填面积对比图；

图8为不同的磁场强度对应的空隙面积和空隙数量的变化图；

图中：电磁铁1，中空锚杆2，纤维网3，孔洞4，浇注导管5，磁性混凝土6，磁感应线7，磁性锚杆8，有效磁化区域9，未磁化区10。

具体实施方式

实施例1：一种浪涌与冲击荷载下的护岸裂纹缺陷修复工艺，包括如下步骤：

步骤一、制备磁性混凝土，制备操作如下：

S1、在容器里面装入水泥和减水剂进行搅拌，减水剂质量占比为0.5%，减水剂选用萘系高效减水剂，快速搅拌，使二者混合均匀，然后加入水，使水泥与水产生水化反应。减水剂有利于改善磁性混凝土流动性，使结构更加稳定，提高强度，同时还能在不改变磁性混凝土的强度的情况下，节约水泥用量。

S2、在装有磁粉的容器中加入环氧树脂进行搅拌混合，在水下裂缝修补时可以用油性环氧树脂，在路面裂缝修补可以用水性环氧树脂，环氧树脂磁性混凝土在磁力的诱导下可以使裂缝填充面积高。

环氧树脂和磁粉混合使磁粉被环氧树脂充分包裹，减小磁粉与外界的接触，增强磁性混凝土的耐久性能。磁性颗粒须均匀悬浮在磁性混凝土中，实现在磁力作用下带动磁性混凝土可控式流动，才能防止磁力诱导下磁性颗粒不被析出。

然后加入絮凝剂和铁砂，搅拌充分，磁粉、环氧树脂、絮凝剂以及铁砂的质量比为2：1：1：6。

S3、将S1制备的浆液与S2中制备的浆液进行混合，充分使二种浆液混合在一起，快速的搅拌振捣迫使混合浆液流动性增加，排出混合磁性混凝土中的空气与多余水分，有利于降低磁性混凝土的孔隙率，并防止出现蜂窝孔洞。然后加入骨料进行搅拌，S1制备的浆液与S2中制备的浆液的配比为1：2。

骨料的材质选用陶粒或泡沫或废弃混凝土或铁矿石或矿渣碎石。

当骨料选用泡沫时，重量很轻，在磁场的作用下能产生很大的磁力，不用克服自重，带动周围磁性混凝土一起移动。铁矿石，碎铁块，铁渣作为骨料，磁性混凝土可被磁化，使骨料紧密吸附中空锚杆周边，海浪荷载作用下不易流失。陶粒作为粗骨料，磨圆度较大可增大磁性混凝土流动性，使磁性混凝土密实度更好。矿渣碎石作为骨料，磁性混凝土抗腐蚀性能好且骨料取材容易，价格便宜。

骨料设计的形状可以设计为圆形，多边形，凹面多边形等。骨料的比表面积越大，表面可以吸附更多的磁性混凝土浆液，在磁场的作用下，磁性混凝土做定向移动。

步骤二、探测出裂缝宽度，深度长度和定位，并进行表面清创。

步骤三、如图2所示，在裂缝的孔洞处放置纤维网，纤维网具有磁性，磁性锚杆端部吸附磁性混凝土，在磁场的作用下，汇聚在磁性锚杆周边，磁性锚杆的直径为d_B，吸附磁性混凝土的直径为d，高度为h，如图5所示。

通过磁性锚杆将纤维网顶入裂缝的孔洞内，将其他锚杆按照一定的间隔距离放入孔洞内，间距距离根据磁性锚杆磁性影响范围确定，纤维网均顶入孔洞，使与孔壁较好贴合。

优选的，如图1所示，磁性锚杆包括中空锚杆，中空锚杆的中空腔体内设有电磁铁，电磁铁通过导线与可控开关连接。通过设置电磁铁，磁性混凝土与中空锚杆之间磁力是可以调整的,注磁性混凝土固定端浇筑的同时可以磁吸引端的磁场震荡频率或振幅完成对其浇筑过程的排水排气，到达密实的效果。磁性混凝土粘度可实时调控，增加磁性混凝土的抗剪强度。

步骤四、混凝土浇注导管放置在磁性锚杆一侧，注入磁性混凝土，调整磁性锚杆磁性强度，引起磁场震荡，纤维网吸附磁性混凝土使孔壁孔隙填满，确保磁性混凝土填满孔洞。

如图3和图6所示，磁性锚杆吸附磁性混凝土端，磁性锚杆调整其磁性强度，引起磁场震荡，完成对其浇注过程的排水排气，到达密实的效果。浇注磁性混凝土的同时可以控制磁场的强弱，使磁性混凝土在注磁性混凝土口处聚集，提高磁性混凝土的抗剪能力，减少磁场强度，磁性混凝土流动性增加，充分填充所有孔隙。

磁性混凝土可以反重力填充，通过调整磁性混凝土的配比，增加磁性物质含量，增强磁力吸附作用，克服磁性混凝土自身的重力，实现反重力磁性混凝土，可实现水下是施工环境抵抗高水头。

选择油性环氧树脂试验中磁粉摻量为30%的配比下进行试验，不同磁场强度下吸附磁性混凝土的直径d进行测量，直径的变化趋势如图4所示。在磁粉含量相同的情况下，吸附自聚直径随磁场强度变大而逐渐增大。

混凝土结构长30cm，宽20cm。采用图像渗流面积数字化自识别技术计算出磁自聚浆液和普通浆液的充填面积，如图7所示，磁自聚浆液充填面积为549.12cm²，普通浆液充填面积为232.98cm²，根据浆液充填面积可以折算出充填率。通过计算得出磁自聚浆液的局部充填率为91.5%，普通浆液的局部充填率为38.8%，磁自聚浆液相比普通浆液横向充填率提高了1倍以上。

磁场强度由 400GS 增大到 6000GS 时，孔隙面积减小率达 77.6%，孔隙数量减小率达76.8%，如图8所示。

实施例2：与实施例1不同之处在于，在步骤二中，对于大规模缺陷，先采用自流式磁性混凝土进行填补，然后针对自流式磁性混凝土无法完成的缺陷进行二次检测进行修复，根据修复方案中的嵌固数量，在空腔内的特定位置进行相应数量嵌固孔的钻取，然后对于嵌固孔进行后续步骤三~四的操作。

实施例3：与实施例1不同之处在于，对于护岸结构上不同淘蚀深度的空腔，采用不同的修复方式，坡度较小区域，先采用自流式磁性混凝土进行填补；坡度较大区域，对伸出坡面的自由段进行套膜袋，放入砌块处理，将处理好的注磁性混凝土固定端布置到嵌固孔，同时在模袋内注入磁性混凝土进行嵌固。待产生强度后，在注磁性混凝土固定端取出一定数量的试块进行空腔初步填充，以减小磁性混凝土使用成本，待初步填充完成后，对空腔进行后续步骤三~四的操作，使得磁性混凝土充分填充试块裂缝及其他尚未填充的微小空腔。

实施例4：对于较大方量的淘蚀破坏，根据破损的位置和形状，可采用块石，填充一定水泥浆的袋装砂，预制模袋混凝土等一种或几种材料进行初填，并在初填使用罩网覆盖，结合注磁性混凝土固定端嵌固技术进行定位和浇注固定罩网，最后在周围适当的位置进行后续步骤三~四的操作，充填初填物间的空隙，提高嵌固体与修复对象的整体性。

Claims

1.一种浪涌与冲击荷载下的护岸裂纹缺陷修复工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、制备磁性混凝土；

2.根据权利要求1所述的一种浪涌与冲击荷载下的护岸裂纹缺陷修复工艺，其特征在于，所述步骤一中，磁性混凝土制备操作如下：

3.根据权利要求2所述的一种浪涌与冲击荷载下的护岸裂纹缺陷修复工艺，其特征在于，所述S1中，减水剂质量占比为0.5%。

4.根据权利要求2所述的一种浪涌与冲击荷载下的护岸裂纹缺陷修复工艺，其特征在于，所述S2中，磁粉、环氧树脂、絮凝剂以及铁砂的质量比为2：1：1：6。

5.根据权利要求2所述的一种浪涌与冲击荷载下的护岸裂纹缺陷修复工艺，其特征在于，所述S3中，S1制备的浆液与S2中制备的浆液的配比为1：2。

6.根据权利要求2所述的一种浪涌与冲击荷载下的护岸裂纹缺陷修复工艺，其特征在于，所述S3中，骨料的材质选用陶粒或泡沫或废弃混凝土或铁矿石或矿渣碎石。

7.根据权利要求1所述的一种浪涌与冲击荷载下的护岸裂纹缺陷修复工艺，其特征在于，所述步骤三中，磁性锚杆包括中空锚杆，中空锚杆的中空腔体内设有电磁铁。