專利名稱：補(bǔ)強(qiáng)加固混凝土建筑物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物的方法，具體地說補(bǔ)強(qiáng)加固橋梁、房屋、隧道、堤壩鋼筋混凝土建筑物的方法。
鋼筋混凝土是使用最多的一種結(jié)構(gòu)材料。盡管通過合理地配置鋼筋可充分發(fā)揮混凝土的抗壓強(qiáng)度和鋼筋的抗拉強(qiáng)度，使二者共同承擔(dān)負(fù)荷，滿足工程結(jié)構(gòu)的需要，但由于各種原因，如混凝土破損、負(fù)荷增加、材料老化以及原設(shè)計(jì)缺陷等，使得負(fù)載能力下降，整體或某些部分應(yīng)力增加甚至超出容許標(biāo)準(zhǔn)。在這種狀態(tài)下繼續(xù)使用是十分危險(xiǎn)的，最后不得不報(bào)廢，重新修造。至今由于缺少行之有效的方法，在現(xiàn)代交通飛速發(fā)展和外界環(huán)境的影響下，許多鋼筋混凝土建筑物的使用壽命大為縮短，經(jīng)濟(jì)上造成很大的損失。
目前，混凝土建筑物由于混凝土開裂引起裂縫的修復(fù)方法多采用補(bǔ)縫法。如環(huán)氧樹脂補(bǔ)縫，外包細(xì)石混凝土保護(hù)層。這種方法由于材料之間的粘合力有限，易發(fā)生脫落，所以結(jié)果不理想。CN1080683A公開了一種“鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫的修復(fù)方法”。該發(fā)明將裂縫處拓展為修復(fù)面，用水沖刷、涼干，刷高效速凝劑，補(bǔ)15％補(bǔ)償收縮砂漿，再刷高效速凝劑。盡管該法對(duì)原來的補(bǔ)縫有所改進(jìn)，但因其中的高效速凝劑沒有得到必要的說明，所以實(shí)施該發(fā)明是有困難的。
因此，鋼筋混凝土建筑物的補(bǔ)強(qiáng)加固成為人們一直渴望解決、但始終未能獲得成功的技術(shù)難題。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)鋼板或碳纖維布可借助于粘合膠與混凝土建筑物的補(bǔ)強(qiáng)加固面牢固地結(jié)合形成一個(gè)整體，從而大大地增強(qiáng)了鋼筋混凝土建筑物的強(qiáng)度。
由此，本發(fā)明的目的在于提供一種灌注法鋼板補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物的方法。
本發(fā)明另外一個(gè)目的在于提供一種壓貼法鋼板補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物的方法。
本發(fā)明再有一個(gè)目的在于提供一種粘合法碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物的方法。
補(bǔ)強(qiáng)加固后的混凝土建筑物負(fù)荷能力明顯提高，從而延長(zhǎng)了安全使用的壽命，避免建筑物重建所帶來的巨大投資壓力。
為完成本發(fā)明的任務(wù)，采用如下的技術(shù)方案。
根據(jù)鋼筋混凝土建筑的原有設(shè)計(jì)資料，以及現(xiàn)在所要求的最大負(fù)荷及負(fù)載分布情況和破損情況，可以計(jì)算出或?qū)嶋H測(cè)試出該結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布、大小和方向。凡經(jīng)計(jì)算或測(cè)試所得應(yīng)力超出結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋的允許安全拉力標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，或混凝土斷裂，損壞和鋼筋銹蝕時(shí)，都可采用本發(fā)明的方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。
一種用灌注法補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物的方法，該法的特征在于包括步驟1)．清理混凝土建筑物補(bǔ)強(qiáng)加固面；2)．將鋼板用膨脹螺栓固定在步驟1已清理的補(bǔ)強(qiáng)加固面上并在其中留有空隙，經(jīng)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(yǎng)生；3)．經(jīng)注入管向空隙注入粘合膠，直到完全注滿，再自然養(yǎng)生。
一種用壓貼法補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物的方法，該法的特征在于包括步驟1)．清理混凝土建筑物補(bǔ)強(qiáng)加固面；2)．將表面涂有粘合膠的鋼板粘貼到步驟1已清理的補(bǔ)強(qiáng)加固面上，加壓，自然養(yǎng)生。
在該種壓貼法中，加壓的目的在于使粘合膠均勻分布，鋼板能與混凝土建筑物緊貼。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(xiàng)。
用于本發(fā)明中的鋼板，可選用任何一種適于混凝土建筑物補(bǔ)強(qiáng)加固用的鋼板。本發(fā)明優(yōu)選普通碳素鋼板。
若要求原結(jié)構(gòu)在主筋方向和配力筋方向同時(shí)用鋼板補(bǔ)強(qiáng)加固時(shí)，可以采用寬的鋼板，全方向地加強(qiáng)。若只需加固一個(gè)受力方向，主筋方向或配力筋方向，則可以采用窄條的鋼板，并間隔一定距離粘貼到混凝土結(jié)構(gòu)上。
適于使用本發(fā)明方法補(bǔ)強(qiáng)加固的混凝土建筑物很多，如橋梁的橋板底面、梁和橋墩、隧道襯砌、建筑物的梁、柱等。為便于施工，并能取得最好的效果，可選用不同的補(bǔ)強(qiáng)加固法?？梢暰唧w情況選用灌注法或壓貼法，兩種方法就改善混凝土建筑物的壓力分布、大小及方向的效果相差無幾。
當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)加固的建筑物只要求提高承載力而不允許增加過多靜載時(shí)，推薦使用碳纖維布代替鋼板的補(bǔ)強(qiáng)加固法，該法的特征在于包括步驟1)．清理混凝土建筑物補(bǔ)強(qiáng)加固面；2)．將粘合膠涂刷在步驟1已清理的補(bǔ)強(qiáng)加固面上；3)．置碳纖維布于粘合膠涂層上，使碳纖維布的空隙充滿該種膠；4)．于碳纖維布上再涂刷粘合膠，使其自然養(yǎng)生。
補(bǔ)強(qiáng)加固的混凝土建筑物表面，經(jīng)常附著疏松的混凝土、灰塵、油污等，嚴(yán)重影響混凝土與鋼板、碳纖維布的粘貼，因此粘貼前必須認(rèn)真加以清理，使表面達(dá)到干凈、平坦和干燥。當(dāng)用碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固時(shí)，為表面的平坦，先用膩?zhàn)诱?，之后，再按順序連續(xù)進(jìn)行涂刷粘合膠、平整地放置碳纖維布和二次涂刷粘合膠。
在用碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)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后，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后涂刷，也可不經(jīng)固化直接涂刷。
碳纖維布是一種用途廣泛的增強(qiáng)材料。具有可撓性、高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、抗疲勞、耐腐蝕以及比重小等特點(diǎn)，特別適合用于提高承載力而不顯著增加靜載場(chǎng)合下使用。在本發(fā)明的方法中，采用碳纖維布，通過調(diào)整粘貼碳纖維布的層數(shù)任意設(shè)定縱、橫方向的纖維量，同時(shí)進(jìn)行兩方向的補(bǔ)強(qiáng)加固。
本發(fā)明所用的粘合膠為目前使用非常廣泛的環(huán)氧樹脂類膠，所用膠要求本身強(qiáng)度高于混凝土的強(qiáng)度，它和鋼板或碳纖維布的粘合力遠(yuǎn)大于所受的剪切應(yīng)力。
通常，補(bǔ)強(qiáng)加固過程的環(huán)境溫度為5-40℃。
按本發(fā)明的方法完成補(bǔ)強(qiáng)加固混凝土建筑物，待膠完全固化后，鋼板或碳纖維布與混凝土結(jié)構(gòu)便形成一個(gè)整體，其效果將等效于在原鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，并且大大降低了每部分的應(yīng)力強(qiáng)度。
本發(fā)明的補(bǔ)強(qiáng)加固方法，可有效地對(duì)各類新、舊鋼筋混凝土建筑物進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，增加其允許承受的負(fù)荷，降低內(nèi)部結(jié)構(gòu)所受的應(yīng)力，延長(zhǎng)安全使用壽命，減少經(jīng)濟(jì)損失，降低工程建設(shè)成本。特別是隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)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(fù)，使其負(fù)荷超出了原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，按現(xiàn)有技術(shù)只能采取中斷、限制交通、拆橋重建的辦法，這勢(shì)必給交通和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來嚴(yán)重的影響。若采用本發(fā)明的方法對(duì)橋梁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)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(fā)明的方法在具體的工程建設(shè)推廣實(shí)施中，解決了本領(lǐng)域中長(zhǎng)期存在并造成直接經(jīng)濟(jì)損失的難題。
現(xiàn)參考附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步地說明。


圖1是寬鋼板補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物的示意圖。
圖2是窄鋼板補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物的示意圖。
圖3是碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物的透視圖。
圖4是鋼板補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物的透視圖。
圖5是碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物的示意圖。
圖6是鋼筋混凝土橋板經(jīng)鋼板補(bǔ)強(qiáng)加固前后的動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果曲線圖。
圖7是鋼筋混凝土橋板經(jīng)碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固前后的動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果曲線圖。
各圖中的相同技術(shù)特征，使用同一數(shù)字標(biāo)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?zhàn)印?br> 實(shí)施例1-灌注法鋼板補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物如圖4所示，以試驗(yàn)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。
采用大型動(dòng)載試驗(yàn)設(shè)備，先以16噸動(dòng)載對(duì)試件往復(fù)加載300次，測(cè)量并記錄試件跨距中點(diǎn)處的撓度變化。試驗(yàn)過程中可以看到試件橋板6底面出現(xiàn)許多裂縫，并不斷擴(kuò)展。相應(yīng)的撓度迅速增加，300次加載后，由3-4mm增至6-7mm左右。
按本發(fā)明的灌注法用鋼板對(duì)上述破損的橋板6進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。先清理掉橋板6底面上疏松的混凝土，清理后的混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固表面應(yīng)是干凈、干燥和平整的。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，并在鋼板2和混凝土構(gòu)件表面之間留出空隙。經(jīng)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(shè)株式會(huì)社生產(chǎn)的#101粘合膠(即圖4所示的4)密封鋼板2的四周，之后自然養(yǎng)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(shí)產(chǎn)生的壓力。密封用粘合膠4固化后，經(jīng)注入管9灌注粘合膠1，日本SHO-BOND建設(shè)株式會(huì)社產(chǎn)的GROUT膠，直到完全注滿，自然養(yǎng)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(gòu)件表面之間為灌注的粘合膠1，混凝土構(gòu)件由梁3支撐。
對(duì)上述補(bǔ)強(qiáng)加固后的橋板2再次加載，撓度立即下降至1mm左右。繼續(xù)重復(fù)加載，撓度雖有上升，但極其緩慢，直到3-6×106次后才達(dá)到4mm。
用上述試驗(yàn)過程中所得到的加載次數(shù)和對(duì)應(yīng)的橋板試件跨距中點(diǎn)的動(dòng)載撓度(mm)數(shù)據(jù)作圖，見圖6，得到以“o”表示的橋板A對(duì)應(yīng)曲線。試件補(bǔ)強(qiáng)加固前的動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果曲線列于該圖左側(cè)，試件補(bǔ)強(qiáng)加固后的動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果曲線列于該圖右側(cè)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果清楚地表示灌注法鋼板補(bǔ)強(qiáng)加固的混凝土構(gòu)件剛性明顯增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)的使用壽命得到延長(zhǎng)。實(shí)施例2-壓貼法鋼板補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物如圖2所示，采用與實(shí)施例1相同的試件。
以大型動(dòng)載試驗(yàn)設(shè)備，16噸動(dòng)載對(duì)試件往復(fù)加載300次，測(cè)量并記錄試件跨距中點(diǎn)處的撓度變化。試驗(yàn)過程中可以看到試件橋板6底面出現(xiàn)許多裂縫，并不斷擴(kuò)展，相應(yīng)的撓度迅速增加，300次加載后，由3-4mm增至6-7mm左右。
按本發(fā)明的壓貼法用鋼板2對(duì)上述破損的橋板6進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。先清理混凝土建筑物的補(bǔ)強(qiáng)加固面，然后將涂有日本SHO-BOND建設(shè)株式會(huì)社產(chǎn)的CS粘合膠1的4.5mm厚A3鋼板2粘貼到所述的補(bǔ)強(qiáng)加固面上，用千斤項(xiàng)施加壓力，直到四周有膠溢出為止，再自然養(yǎng)生。
如圖2所示，本例所用鋼板2為窄鋼板，適于一個(gè)方向上的加固。
對(duì)上述補(bǔ)強(qiáng)加固的橋板6再次加載，撓度立即下降到1mm左右。繼續(xù)重復(fù)加載，撓度變化與實(shí)施例1的灌注法極為相似。所示微小差別僅在于壓貼法補(bǔ)強(qiáng)加固前，加載300次時(shí)的橋板6中點(diǎn)動(dòng)載撓度超過7mm。見圖6以“●”所示的橋板B對(duì)應(yīng)曲線。實(shí)施例3-粘合法碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物如圖3所示，采用試驗(yàn)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(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物的示意圖。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表示用于整平混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固面的膩?zhàn)印?br> 先對(duì)A、B試件人為地造成相同程度的開裂損壞，再于兩試件中的B試件底面粘合一層如圖3所示的碳纖維布10。所述補(bǔ)強(qiáng)加固法如下所述。
先對(duì)橋板6表面進(jìn)行清理，以除去影響粘貼效果的異物，如疏松的混凝土、灰塵和油污。再于其上用膩?zhàn)诱?，涂刷碳纖維布用粘合膠11，日本SHO-BOND建設(shè)株式會(huì)社產(chǎn)CE膠，之后，平鋪一層日本SHO-BOND建設(shè)株式會(huì)社產(chǎn)NAC-700HM高彈性型碳纖維布，并使該布的空隙充滿所用粘合膠11，再于碳纖維布上涂刷一層粘合膠11。第二次涂刷粘合膠11之前，優(yōu)選用滾刷在碳纖維布上滾動(dòng)，以使其緊貼混凝土表面，之后進(jìn)行自然養(yǎng)生。
利用大型動(dòng)載試驗(yàn)設(shè)備，先以15噸的動(dòng)載對(duì)A、B兩個(gè)試件分別往復(fù)加載10萬次，測(cè)量并記錄試件跨距中點(diǎn)處的撓度變化。再對(duì)二試件分別以18噸載荷持續(xù)進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn)，測(cè)量并記錄試件跨距中點(diǎn)處的撓度變化，18噸動(dòng)載試驗(yàn)進(jìn)行100萬次后，將B試件的碳纖維布層從中部完全切斷，再繼續(xù)進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn)，直到試件破壞。
試驗(yàn)結(jié)果如圖7中的A、B所示。
結(jié)果分析1．未做補(bǔ)強(qiáng)加固的A試件在施加18噸動(dòng)載后撓度上升，在加載總次數(shù)34.4萬次時(shí)發(fā)生破壞。
2．經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)加固的B試件在開始加載時(shí)測(cè)得的撓度即比A試件低4.7mm左右，表明剛性有所提高。
3．對(duì)B試件繼續(xù)重復(fù)加載，撓度上升緩慢，110萬次后的撓度僅相當(dāng)于未補(bǔ)強(qiáng)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(dāng)?shù)募庸套饔?，繼續(xù)加載時(shí)撓度上升仍較緩慢，又承受了66萬次動(dòng)載后方才破壞。
可見用碳纖維布粘合該補(bǔ)強(qiáng)加固的鋼筋混凝土建筑物剛性明顯增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)的極限壽命延長(zhǎng)數(shù)倍。
權(quán)利要求
1．一種用灌注法補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物的方法，該法的特征在于包括步驟1)．清理混凝土建筑物補(bǔ)強(qiáng)加固面；2)．將鋼板用膨脹螺栓固定在步驟1已清理的補(bǔ)強(qiáng)加固面上并在其中留有空隙，經(jīng)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(yǎng)生；3)．經(jīng)注入管向空隙注入粘合膠，直到完全注滿，再自然養(yǎng)生。
2．一種用壓貼法補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物的方法，該法的特征在于包括步驟1)．清理混凝土建筑物補(bǔ)強(qiáng)加固面；2)．將表面涂有粘合膠的鋼板粘貼到步驟1已清理的補(bǔ)強(qiáng)加固面上，加壓，自然養(yǎng)生。
3．按權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述鋼板為寬鋼板。
4．按權(quán)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(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土建筑物的方法，該方法的特征在于包括步驟1)．清理混凝土建筑物補(bǔ)強(qiáng)加固面；2)．將粘合膠涂刷在步驟1已清理的補(bǔ)強(qiáng)加固面上；3)．置碳纖維布于粘合膠涂層上，使碳纖維布的空隙充滿該種膠；4)．于碳纖維布上再涂刷粘合膠，使其自然養(yǎng)生。
6．按權(quán)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(quán)利要求5所述的方法，其中清理過的所述補(bǔ)強(qiáng)加固面，再用膩?zhàn)诱健?br> 8．按權(quán)利要求1,2或5所述的方法，其中所述粘合膠為環(huán)氧樹脂類膠。
全文摘要
本發(fā)明涉及補(bǔ)強(qiáng)加固橋梁、房屋、隧道、堤壩的鋼筋混凝土建筑物的方法。所述補(bǔ)強(qiáng)加固的方法包括灌注法和壓貼法鋼板補(bǔ)強(qiáng)加固混凝土建筑物的方法和粘合法碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固混凝土建筑物的方法。其中用于鋼板或碳纖維布粘貼混凝土表面的粘合膠為環(huán)氧樹脂類膠。補(bǔ)強(qiáng)加固后的建筑物不僅改善了原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布,而且大大地降低了每部分的應(yīng)力強(qiáng)度,從而提高了建筑物的負(fù)荷能力,延長(zhǎng)了安全使用的壽命,避免建筑物重建所帶來的巨大投資壓力。
文檔編號(hào)E04G23/02GK1231371SQ99105829
公開日1999年10月13日 申請(qǐng)日期1999年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月20日
發(fā)明者手塚道夫 申請(qǐng)人:日本Sho-Bond建設(shè)株式會(huì)社