一种纤维增强复合塑料和混凝土之间的加固方法.pdf

1、10申请公布号CN102561412A43申请公布日20120711CN102561412ACN102561412A21申请号201210025820722申请日20120207E02D37/00200601E02D29/16200601E04G23/0220060171申请人山东大学地址250061山东省济南市历下区经十路17923号72发明人管延华宋修广庄培芝张宏博吴明磊刘玮龙74专利代理机构济南圣达知识产权代理有限公司37221代理人王立晓54发明名称一种纤维增强复合塑料和混凝土之间的加固方法57摘要本发明涉及一种纤维增强复合塑料和混凝土之间的加固方法，先将待加固混凝土表面进行裂缝注胶处

2、理，然后根据加固需要在设定位置进行钻孔并埋设螺栓加固件，在布设FRP材料的位置涂抹底胶，黏贴FRP材料，再涂刷表面防护胶、安装钢板及紧固螺栓，最后进行表面涂装。本发明根据FRP螺栓联合加固技术HBFRP和高稳压化学灌浆技术各自的特点，对其进行技术整合、优化、改进，不仅可实现其各自的技术优势，而且在对病害构件进行补强修护时能够实现技术互补和综合提高，使其材料功能利用率得到大幅提升，加固效果得到了明显改善，可极大的扩大其应用范围。51INTCL权利要求书1页说明书8页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书8页附图2页1/1页21一种纤维增强复合塑料和混凝土之间

3、的加固方法，其特征是，步骤如下1混凝土基面处理将混凝土表面清洁、填补、打磨使表面平整干净；2裂缝处理根据裂缝宽度和分布布设多个注胶嘴，将注胶嘴安设在裂缝处伸入裂缝一段，保证其出胶口与裂缝连通，在注胶嘴基座处涂抹黏贴胶；用打胶枪将裂缝密封胶沿裂缝涂抹，使裂缝外侧密封；待裂缝密封胶硬化后，将压胶管与注胶嘴连接，使用压力机将配置好的裂缝灌注胶通过注胶嘴注入裂缝内，保证注胶饱满；3钻孔及埋设螺栓加固件用钻孔机在混凝土上孔，钻孔结束后将孔内碎屑清理干净，然后灌注环氧树脂胶并将螺栓安设孔内；4在混凝土表面即将布设FRP材料的位置，均匀涂抹底胶，厚度25MM，待底胶指触干燥，进行打磨、修整；5黏贴FRP材料

4、裁剪FRP片材材料，在涂抹底胶的地方涂抹粘结胶，厚度25MM，在已涂好粘结胶的混凝土表面铺覆FRP片材，滚动碾压使粘结胶胶液充分浸渍FRP片材，形成复合材料；经自然养护至粘结胶完全固化，调整密实气泡或鼓泡；6涂刷表面防护胶；7安装钢板并紧固螺栓，在埋设的螺栓端头安设固定钢板，安装时在固定钢板与FRP材料的接触面涂抹环氧树脂胶，同时安装螺帽，对螺栓施加预紧力，预紧力大小525KN；8表面涂装用水泥砂浆和107胶混合成107胶水泥浆涂刷于碳纤维表面，使其颜色达到装饰效果或与混凝土颜色一致。2根据权利要求1所述的纤维增强复合塑料和混凝土之间的加固方法，其特征是，步骤2所述的裂缝灌注胶为SKD801灌

5、缝胶。3根据权利要求1所述的纤维增强复合塑料和混凝土之间的加固方法，其特征是，步骤4所述的底胶为SKD807A碳纤维底层胶。4根据权利要求1所述的纤维增强复合塑料和混凝土之间的加固方法，其特征是，步骤5所述的粘结胶为SKD807C碳纤维浸渍胶。5根据权利要求1所述的纤维增强复合塑料和混凝土之间的加固方法，其特征是，FRP片材的纤维方向与拱波轴线垂直，一层中各张布之间的搭接应在纤维方向进行，并且搭接宽度应不小于15CM；密实气泡或鼓泡密实黏贴面积不低于95。6根据权利要求1所述的纤维增强复合塑料和混凝土之间的加固方法，其特征是，所述的防护胶为耐高温结构胶ST350。7根据权利要求1所述的纤维增强

6、复合塑料和混凝土之间的加固方法，其特征是，步骤8所述的107胶水泥浆由水泥、砂、107胶、水组成，各组分的质量比为水泥砂107胶水12502045。权利要求书CN102561412A1/8页3一种纤维增强复合塑料和混凝土之间的加固方法技术领域0001本发明涉及一种结构的加固方法，特别涉及一种适用混凝土及钢筋混凝土结构物的加固方法，属于复合材料和建筑材料技术领域。背景技术0002随着我国基础设施建设的迅猛发展，铁路工程、公路工程、港口工程和水利水电等工程的混凝土结构、砌体结构及木结构日益增多。受设计水平、施工质量、环境侵蚀、服役时间等多方面因素的影响，很多结构物出现了承载能力不足、构件开裂等严重

7、病害，不仅严重影响了其结构功能和耐久性能，还对结构物的安全留下了巨大隐患。特别是对于早期建设的房屋、桥梁，由于其设计荷载偏低、服役时间较长，同时缺乏必要的养护措施，在环境因素及载荷作用下病害情况更加严重，相当数量的结构物亟待修护加固。0003FRP材料纤维增强复合塑料是继钢材和混凝土后的第三大现代结构材料，FRP加固是近年来美日等国家所研发的应用在土木工程中的新型加固补强技术，在结构工程中得到了越来越广泛的应用。然而，实践表明，传统FRP加固技术也存在明显的缺陷，主要表现在纤维材料与混凝土之间的粘结力难以得到有效保证，特别在复杂的外界环境因素影响下会因粘结力不足而产生滑移破坏，造成病害混凝土构

8、件加固后的抗弯、抗剪、抗压性能不能满足工程要求，这在很大程度上限制了其应用范围。为解决粘结力不足的问题，目前工程界提出采用FRP嵌入式NSM加固技术、机械锚固FRP技术MFFRP、FRP端部锚固技术、U型箍锚固UJACKETFRP加固技术、纤维锚固FRP技术、联锁锚固FRP技术等，这些方法在一定程度对提高加固结构的承载力是有效的，但在长期的使用过程中会因机械磨损或疲劳破坏等现象而失去锚固作用。0004因此，为了更好地解决FRP加固技术中存在的问题，国外有学者提出采用FRP固件联合加固技术对混凝土结构进行加固的技术思路，该技术通过在混凝土构件中FRP两侧打入钢钉，并通过固件与纤维材料粘结在一起，

9、起到限制其滑移变形的目的。然而，该技术还存在较多的问题，如钢钉的锚固强度较小、无法对FRP施加预紧力。另外，结构裂缝的存在，不仅影响结构的耐久性，而且影响FRP的粘结强度，使得结构在较小的荷载作用下，造成裂缝处产生应力集中，从而加速了FRP的剥离。目前，国内对结构裂缝一般采用人工或机械进行化学灌浆对其进行封闭，由于灌浆压力低、不能采用恒压灌浆，致使施工质量难以控制，深层裂缝难以完全填充饱满，结构强度不能恢复到结构裂缝前的状态。发明内容0005本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种纤维增强复合塑料和混凝土之间的加固方法，该方法在FRP螺栓联合加固法HBFRP的基础上引入并整合应用高压化学灌浆

10、技术，不仅能够有效减少由中间裂缝引起的FRP剥离破坏，进一步提高FRP的利用率，而且能够对带缝工作的混凝土构件进行封缝处理，极大优化了加固构件的整体承力形式和耐久性能。说明书CN102561412A2/8页40006本发明采取的技术方案为0007一种纤维增强复合塑料和混凝土之间的加固方法，步骤如下00081混凝土基面处理将混凝土表面清洁、填补、打磨使表面平整干净；00092裂缝处理根据裂缝宽度和分布布设多个注胶嘴，将注胶嘴安设在裂缝处伸入裂缝一段，保证其出胶口与裂缝连通，在注胶嘴基座处涂抹黏贴胶；用打胶枪将裂缝密封胶沿裂缝涂抹，使裂缝外侧密封；待裂缝密封胶硬化后，将压胶管与注胶嘴连接，使用压力

11、机将配制好的裂缝灌注胶通过注胶嘴注入裂缝内，保证注胶饱满；00103钻孔及埋设螺栓加固件用钻孔机在混凝土上钻孔，钻孔结束后将孔内碎屑清理干净，然后灌注环氧树脂胶并将螺栓安设孔内；00114在混凝土表面即将布设FRP材料的位置，均匀涂抹底胶，厚度25MM，待底胶指触干燥，进行打磨、修整；00125黏贴FRP材料裁剪FRP片材碳纤维布材料，在涂抹底胶的地方涂抹粘结胶，厚度25MM，在已涂好粘结胶的混凝土表面铺覆FRP片材，滚动碾压使粘结胶胶液充分浸渍FRP片材，形成复合材料；经自然养护至粘结胶完全固化，调整密实气泡或鼓泡；00136涂刷表面防护胶；00147安装钢板并紧固螺栓，在埋设的螺栓端头安设

12、固定钢板，安装时在固定钢板与FRP材料的接触面涂抹环氧树脂胶，同时安装螺帽，对螺栓施加预紧力，预紧力大小525KN；00158表面涂装用水泥砂浆和107胶混合成107胶水泥浆涂刷于碳纤维表面，使其颜色达到装饰效果或与混凝土颜色一致。0016上述步骤2所述的裂缝灌注胶为改性环氧树脂类结构胶黏剂，如SKD801灌缝胶；所述的黏贴胶、裂缝密封胶均可选CPFH聚氨酯裂缝止水密封胶。0017步骤4所述的底胶优选为SKD807A碳纤维底层胶。0018步骤5所述的粘结胶为双组份比酚A型改性环氧高分子聚合物，如SKD807C碳纤维浸渍胶；FRP片材的纤维方向与拱波轴线垂直，一层中各张布之间的搭接应在纤维方向进

13、行，并且搭宽度应不小于15CM；密实气泡或鼓泡密实黏贴面积不低于95。0019所述的FRP片材宽度4060MM；主要性能指标要求为0020性能CFRP抗拉强度标准值FCFK3000MPA弹性模量ECF21105MPA伸长率140021主要力学性能只要参照GB/T33541999定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法测定。0022步骤6所述的防护胶为耐高温结构胶ST350，涂完防护胶后在其表面粘一层13MM的粗砂安装钢板处不用粘砂，提高耐火性能。0023步骤8所述的107胶水泥浆由水泥、砂、107胶、水组成，各组分的质量比为水说明书CN102561412A3/8页5泥砂107胶水12502045。10

14、7胶为聚乙烯醇缩甲醛胶黏剂，是以水为介质的溶液或乳液形成的胶黏剂。主要成分有聚乙烯醇，开源丙烯酰胺晶体，过硫酸铵，亚硫酸氢钠，羧甲基纤维素。0024固定钢板的主要作用是分布螺栓预紧力提供的荷载，在预紧力的作应下钢板应有一定的刚度，以保证钢板均匀传力，避免混凝土在预紧力的作应下局部承压破坏。因此钢板的平面尺寸长度宽度厚度应综合考虑加固用FRP的宽度、螺栓预紧力的影响范围、混凝土的强度及方便施工等因素进行确定，材料宜采用高耐候性结构钢钢板GB417184。钢板厚度约515MM；长度长于FRP片材宽度615CM；宽度为510CM。0025应使用高强螺栓，并根据预紧力要求适当调整，如45号钢高强螺栓，

15、35CRMO合金钢高强螺栓等。螺栓直径根据预紧力要求选取，约820MM。0026实际加固设计中可采用公式计算螺栓的锚固深度，但不小于保护层厚度与主筋直径之和，其中螺栓外形系数0045。L受拉钢筋的锚固长度；钢筋外形系数；FY钢筋抗拉强度设计值；FT混凝土的轴心抗拉强度设计值；D钢筋的直径。0027本发明利用HBFRP及高压化学灌浆技术HPEI联合加固技术，大大提高了承载力，不仅可实现各自的技术优势，而且在对病害构件进行补强修护时能够实现技术互补和综合提高，可极大的扩大其应用范围，为既有病害混凝土结构的维修加固提供一种更加安全、高效、便捷、经济的新技术，对提高结构物的承载能力、优化其受力形式、延

16、长其使用寿命具有重要意义。0028本发明方法加固后的产品的承载能力见表13，其中EBFRP为表面直接黏贴FRP加固法，HBFRP为FRP螺栓联合加固方法。使用FRP加固后的完整梁抗弯、抗剪承载能力明显提高；同时HBFRP加固方法EBFRP加固方法效果更好。对于预裂梁HBFRP加固法FRP的利用率高，不易发生剥离破坏；加固后预裂梁的承载能力有很多提高。HBFRP加固法与裂缝注胶联合使用即本发明方法，加固后梁的承载能力较单独使用HBFRP加固法具有明显提高，能进一步减少FRP的剥离，使其利用率得到进一步提高。0029表1试验梁基本参数一览说明书CN102561412A4/8页600300031表2

17、试验结果003200330034表3试验梁分组、研究内容及对比结果说明书CN102561412A5/8页70035附图说明0036图1为本发明方法流程图；0037图2为本发明方法加固后的产品结构主视图；0038图3为本发明方法加固后的产品立体结构图；0039图4为本发明方法加固后的产品横截面结构图；0040图5为本发明方法加固后的产品纵截面结构图；0041其中1混凝土，2FRP片材，3固定钢板，4螺栓，5抗弯加固部分，6抗剪加固部分。具体实施方式0042下面结合附图和实施例进一步说明本发明。0043实施例10044一种FRP材料和混凝土之间的加固方法，步骤如下00451混凝土基面处理0046沿

18、FRP设计黏贴位置和裂缝走向宽5CM范围用钢丝轮或角磨机清除混凝土1表面的劣化层剥离、蜂窝、浮浆、由于腐蚀或风化产生的水泥翻沫、脱模胶层、松散的混凝土碎屑、沥青等，并用空压机吹净，露出干净、结构坚实的表面。清理掉基面上的粉尘、松散浮渣后，用清水清洗基面或用吹风机吹净，确保黏贴基面干净、无油污并充分干燥。说明书CN102561412A6/8页80047对于混凝土1胀裂、松散、钢筋锈蚀的现象，先凿除松散部分，对锈蚀钢筋进行手工除锈，然后采用环氧树脂作防腐处理，并用环氧树脂胶泥作为整平材料填补平整。0048对基面尖锐凸起的部分混凝土构件交接部位、模板段差等或凸起的转角部位用角磨机进行倒角处理，打磨至

19、圆滑R20MM。0049对基面经过剔凿、处理锈蚀露筋以及可能出现的急剧凹陷或构件缺损部位，用环氧树脂砂浆或碳纤维胶整平材料填补修复平整或圆滑顺畅过渡，以确保结构件表面平整美观。00502裂缝处理0051根据裂缝宽度和分布情况，合理布设注胶嘴，以保证注胶质量。在注胶嘴基座处涂抹少量黏贴胶，将其安设在裂缝处，保证其出胶口与裂缝连通。0052配制裂缝密封胶。使用打胶枪将密封胶沿裂缝涂抹，尽量一次完成，避免反复涂抹。密封范围沿裂缝5CM宽，厚度应为15MM以上。0053待密封胶硬化后，将压胶管与注胶嘴连接，使用压力机将配置好的裂缝灌注胶注入裂缝内。压力注胶时应保证注胶饱满。00543钻孔及埋设螺栓00

20、55根据设计螺栓安设孔位和埋设深度，使用钻孔机在结构物上钻孔。钻孔结束后使用空压机或鼓风机进行清孔，将孔内碎屑清理干净，然后灌注环氧树脂胶并将螺栓安设就位。主要考虑，FRP的锚固长度。0056EFFRP弹性摸量MPA；F充分利用截面处FRP的拉应变；HFFRP厚度MM；LDFRP从强度充分利用截面向外延伸所需的黏结长度MM；FHFRP与混凝土间的黏结强度设计取值，取05MPA；FGFRP与钢板的黏结强度设计取值，取15MPA；N锚固钢板的个数；BG锚固钢板的宽度MM；应力不均匀折减系数，取07；HFRP与混凝土间的摩擦系数，取04；GFRP与钢板间的摩擦系数，取04；P螺栓设计预紧力N；LG锚

21、固钢板的长度MM；00574涂抹底胶、修整找平层、涂找平胶0058根据标准用量，算出所涂布面积的底胶用量，视现场气温等实际情况，确保在适用期内一次用完。将SKD807A碳纤维底层胶用电动搅拌器搅拌均匀；已配好的底胶如超过适用期后绝不能使用。0059按照FRP设计布设位置，用滚筒刷或毛刷均匀、无遗漏地将底胶涂在需加固补强的混凝土表面，底胶涂布面边界应不小于所黏贴的碳纤维布大小。0060等底胶凝胶至指触干燥视施工现场气温情况，一般需1H左右后，如发现表面有突起毛刺或胶瘤，应用砂布打磨光顺，注意不能将底胶层打磨穿。如有打磨穿的局部应重复操作以上步骤。0061底胶指触干燥后，若发现黏贴表面上有缺损、坑

22、洼、凹陷拐角、模板接头处出现的高度差等情况，应用找平胶用粘结胶加适量触变剂矿物填料调制成的腻子进行多次刮填修补，保证模板接头处无明显高度差、缺损、保证平缓顺畅，凹陷拐角处填补成R20MM的圆角过渡。整平材料的调制和使用注意事项与底胶相同。0062等找平材料固化至指触干燥视施工现场气温情况，一般需1小时左右后，如说明书CN102561412A7/8页9发现整平部位表面有突起毛刺，应用砂布打磨光顺。00635黏贴FRP片材0064按设计要求的尺寸裁剪FRP片材碳纤维布2。应注意FRP的裁剪数量应保证能在当天用完；FRP一定要作好防潮处理，避免影响质量；FRP在运输、储存、裁剪和黏贴过程中应避免受到

23、弯折，每天施工所用的裁剪好的FRP应妥善保存；FRP为导电材料，使用FRP时应尽量远离电气设备及电源。抗弯加固部分5主要针对梁构件，抗弯加固主要在梁的底部沿梁轴向布设；0065梁的剪切破坏主要在梁端部沿斜截面方向发生，所以如图所示抗剪加固部分6主要是梁的横截面方向布设；0066根据粘结胶浸渍胶的标准用量，计算出所涂布面积的需用量，视现场气温等实际情况，确保在适用期内一次用完。将粘结胶置于配胶容器中，用电动搅拌器搅拌均匀。应注意已配好的粘结胶如超过适用期后不能使用。0067用滚刷或毛刷均匀、无遗漏地将粘结胶涂在选定的混凝土表面，粘结胶涂布面应不小于所黏贴的碳纤维布大小。0068在已涂好粘结胶的混

24、凝土表面铺覆碳纤维布，碳纤维布的纤维方向与拱波轴线垂直，一层中各张布之间的搭接应在纤维方向进行，并且搭接宽度应不小于15CM。0069用胶辊和刮板在碳纤维布上沿纤维方向施加压力并向一个方向或从中间向两个方向滚动碾压，但不允许来回反复滚动，使粘结胶液充分浸渍碳纤维布，形成复合材料，消除气泡和除去多余树脂，使碳纤维和底层充分粘接。严禁交叉垂直于碳纤维方向滚动碾压施工，以免出现折丝弯丝现象。0070对黏贴施工完成后的复合材料层，经自然养护至粘结胶完全固化后，对碳纤维布黏贴面仔细检查，如果碳纤维布贴层有空鼓或气泡，当碳纤维布的空鼓面积小于10000MM2时，可采用注射器针管将调制好的粘结胶注入空鼓或气

25、泡内填充至密实，当空鼓面积大于10000MM2时，宜将空鼓处的碳纤维布切除，重新搭接贴上碳纤维布，搭接长度应不小于15CM，应保证密实黏贴面积达到95。00716涂刷表面防护胶0072在黏贴碳纤维布形成复合材料凝胶固化后，在复合层表面采用毛刷和刮板均匀涂刷表面防护胶，形成防护层。00737安装固定钢板3并紧固螺栓4007424小时后，在已埋设螺栓4处安设固定钢板3。安装固定钢板3时在钢板与FRP接触面涂抹环氧树脂胶，同时安装螺帽。安装螺帽时应根据设计要求对其施加预紧力。00758表面涂装0076用水泥砂浆和107胶混合，涂刷于碳纤维表面，使其颜色达到装饰效果或与混凝土颜色一致，所述的107胶水

26、泥浆由水泥、砂、107胶、水组成，各组分的质量比为水泥砂107胶水12502045。0077制得的加固后产品结构如图2和图3所示。0078配套树脂类粘结材料00791、采用探险为片材对混凝土结构进行加固修复时，应采用配套底层树脂、找平材料、浸渍树脂和粘结树脂。说明书CN102561412A8/8页1000802、配套树脂类粘结材料的主要性能指标应满足下列表中的要求0081表1底层树脂性能指标0082性能性能指标要求试验方法正拉粘结强度25MPA且不小于被加固混凝土抗拉强度的标准值FTKCECS14620030083表2找平材料性能指标0084性能性能指标要求试验方法正拉粘结强度25MPA且不小

27、于被加固混凝土抗拉强度的标准值FTKCECS14620030085表3浸渍树脂和粘结树脂性能指标0086性能性能指标要求试验方法拉伸剪切强度10MPAGB712486拉伸强度30MPAGB/T25681995压缩强度70MPAGB/T25691995弯曲强度40MPAGB/T25701995正拉粘结强度25MPA且不小于被加固混凝土抗拉强度的标准值FTKCECS1462003弹性模量1500MPAGB/T25681995伸长率15GB/T2568199500873、配套树脂类粘结材料应按CECS1462003附录A进行粘结性能实验，要求正拉粘结强度不小于25MPA，且不小于被加固混凝土抗拉强度标准值FTK。配套树脂类粘结材料应参照GB/T1452293机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候加速实验方法规定的环境条件进行耐久性检验，经2000小时的加速老化后，按CECS1462003附录A进行正拉粘结强度试验，要求粘结强度不明显降低。说明书CN102561412A101/2页11图1图2说明书附图CN102561412A112/2页12图3图4图5说明书附图CN102561412A12