本发明属于建筑结构加固技术领域，具体涉及一种采用uhpc加固混凝土柱的方法。
背景技术：
在建筑行业，一般通过增大截面法对混凝土柱进行加固。该方法加固过程中需要大量使用木模板支撑，加固完成后还需拆除，由于支模与拆模的工艺复杂，耗费的人力和时间较多，使用木模板的成本较高；并且在对混凝土柱加固纵向钢筋时，必须采用人工绑扎，工期长，进一步增加了人工成本。此外，增大截面加固法需要使混凝土柱每边增厚10cm左右才能达到加固的效果，增厚较多，加固后混凝土柱占用的空间较大，严重影响了建筑的使用面积。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种采用uhpc加固混凝土柱的方法。该方法将含有硅灰、砂和钢纤维的uhpc直接涂抹到植入了抗剪钢筋的混凝土柱的表面形成uhpc层，uhpc层加固后与原混凝土柱粘结成一体，提高了混凝土柱整体的结构性能，保证了混凝土柱的塑性变形能力，加固过程无需木模板，降低了加固成本，提高了加固速度且不影响建筑的使用面积。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种采用uhpc加固混凝土柱的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将混凝土柱的表面进行凿毛处理；
步骤二、将多个抗剪钢筋植入步骤一中经凿毛处理后的混凝土柱的表面且部分伸出混凝土柱的表面；
步骤三、将uhpc涂抹到步骤二中植入了抗剪钢筋的混凝土柱的表面，直至uhpc完全包覆混凝土柱和抗剪钢筋伸出混凝土柱表面的部分，形成uhpc层；所述uhpc由水泥、硅灰、砂、钢纤维、聚丙烯纤维、聚羧酸高效减水剂、消泡剂和水混合搅拌而成，所述水泥、硅灰、砂和水的质量比为1:(0.21～0.24):(1.25～1.28):(0.20～0.28)，所述聚羧酸高效减水剂的掺量为水泥和硅灰总质量的1.86％～2.38％，消泡剂的掺量为水泥和硅灰总质量的0.12％～0.14％，钢纤维的掺量为水泥、硅灰、砂、聚羧酸高效减水剂、消泡剂和水的总质量的3.3％～5.0％，聚丙烯纤维的掺量为水泥、硅灰、砂和水的总质量的0.20％～0.24％；所述聚羧酸高效减水剂为早强型聚羧酸高效减水剂。
上述的一种采用uhpc加固混凝土柱的方法，其特征在于，步骤一中所述凿毛处理满足《混凝土结构加固设计规范》中的规定。
上述的一种采用uhpc加固混凝土柱的方法，其特征在于，步骤二中所述抗剪钢筋的直径为10mm～12mm，抗剪钢筋植入混凝土柱的长度为100mm～150mm，抗剪钢筋伸出混凝土柱表面的长度为10mm～25mm，相邻的抗剪钢筋的水平间距和纵向间距均不超过500mm。
上述的一种采用uhpc加固混凝土柱的方法，其特征在于，步骤二中所述抗剪钢筋在混凝土柱的表面上呈梅花形布置。
上述的一种采用uhpc加固混凝土柱的方法，其特征在于，步骤三中所述水泥为p.o.52.5r硅酸盐水泥。
上述的一种采用uhpc加固混凝土柱的方法，其特征在于，步骤三中所述硅灰的烧失量小于8％，硅灰的比表面积大于15000m2/kg，硅灰中二氧化硅的质量含量大于90％。
上述的一种采用uhpc加固混凝土柱的方法，其特征在于，步骤三中所述砂的粒径为0.85mm～2mm。
上述的一种采用uhpc加固混凝土柱的方法，其特征在于，步骤三中所述钢纤维无端钩，其长度为12mm，直径大于26μm，抗拉强度大于1500mpa，弹性模量大于210gpa，密度为7800kg/m3。
上述的一种采用uhpc加固混凝土柱的方法，其特征在于，步骤三中所述聚羧酸高效减水剂的减水率大于30％。
上述的一种采用uhpc加固混凝土柱的方法，其特征在于，步骤三中所述uhpc层的厚度为15mm～30mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的uhpc(超高性能纤维混凝土)组分中的硅灰大幅提高了uhpc的轻度，并改善了uhpc的密实性和均质性，砂可有效传递应力并支撑载重，同时抑制了混凝土的收缩和开裂，钢纤维抑制并约束了uhpc微裂缝的形成和发展，从而增加了uhpc的韧性和延性，因此本发明的uhpc具有超高的抗压强度和较大的极限拉应变，uhpc层加固后与原混凝土柱粘结成一体共同承受柱上的荷载，保证了混凝土柱的塑性变形能力。
2、本发明在处理后的混凝土柱表面植入呈梅花状布置的抗剪钢筋，不仅方便了施工，还增强了混凝土柱和uhpc层之间的粘结性能，保证了混凝土柱与uhpc层的共同工作，大大提高了混凝土柱整体的结构性能。
3、本发明采用的uhpc的抗压强度可达到98mpa以上，极限拉应变可达普通混凝土的20倍以上，且与混凝土柱之间有良好的粘结性能，提高了混凝土柱的塑性变形能力以及耐久性和耐损伤能力。
4、本发明采用uhpc加固混凝土柱的过程中仅需涂抹工艺，无需使用木模板作为支撑，工艺简单，施工速度快，减少了人力成本和时间成本，降低了加固的造价；另外，uhpc层的厚度仅为15mm～30mm，混凝土柱的增厚较小，加固后混凝土柱占用的空间较小，对建筑的使用面积影响较小。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明加固后的混凝土柱的结构示意图。
图2是图1的a-a剖面图。
附图标记说明
1—上层框架梁；2—混凝土柱；3—抗剪钢筋；
4—uhpc层；5—下层框架梁。
具体实施方式
如图1、图2所示的加固后混凝土柱的结构示意图和a-a剖面图，混凝土柱2的上下两端分别与上层框架梁1和下层框架梁5连接，所述上层框架梁1和下层框架梁5之间的混凝土柱2的表面上植入有抗剪钢筋3，所述混凝土柱2的表面和抗剪钢筋3上均包覆有uhpc层4。
实施例1
以c35混凝土柱(长700mm×宽700mm×高4800mm)为示例，c35混凝土的轴心抗压强度设计值fc0＝16.7n/mm2，c35混凝土柱的配筋为：纵筋16d20，箍筋c8@100/200，纵筋抗拉强度设计值fy0＝435n/mm2，纵筋抗压强度设计值fy0'＝410n/mm2，箍筋抗拉强度设计值fyg＝360n/mm2；c35混凝土柱的轴向抗压承载力设计值n0＝9768.8kn。
如图1和图2所示，本实施例包括以下步骤：
步骤一、将混凝土柱2的表面进行凿毛处理；所述凿毛处理采用1.5kg～2.5kg的尖头錾石花锤，在混凝土粘合面上錾出麻点，形成点深3mm、点数为600点/m2～800点/m2的均匀分布；
步骤二、将抗剪钢筋3植入步骤一中经凿毛处理后的混凝土柱2的表面且部分伸出混凝土柱2的表面；所述抗剪钢筋3在混凝土柱2的表面上呈梅花形布置，所述抗剪钢筋3的直径为10mm，抗剪钢筋3植入混凝土柱2的长度为150mm，抗剪钢筋3伸出混凝土柱2表面的长度为15mm，相邻的抗剪钢筋3的水平间距和纵向间距均为500mm；
步骤三、将uhpc涂抹到步骤二中植入了抗剪钢筋3的混凝土柱2的表面，直至uhpc完全包覆混凝土柱2和抗剪钢筋3伸出混凝土柱2表面的部分，形成厚度为20mm的uhpc层4；所述uhpc由p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂、钢纤维、聚丙烯纤维、早强型聚羧酸高效减水剂、消泡剂和水混合搅拌而成，所述硅灰的烧失量为6％，硅灰的比表面积为16000m2/kg，硅灰中二氧化硅的质量含量为92％，所述砂的粒径为0.85mm～2mm，所述钢纤维无端钩，其长度为12mm，直径为30μm，抗拉强度为1800mpa，弹性模量为215gpa，密度为7800kg/m3，所述早强型聚羧酸高效减水剂的减水率为35％，所述p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的质量比为1:0.24:1.25:0.2，早强型聚羧酸高效减水剂的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥和硅灰总质量的2.38％，消泡剂的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥和硅灰总质量的0.137％，钢纤维的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂、早强型聚羧酸高效减水剂、消泡剂和水的总质量的3.3％，聚丙烯纤维的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的总质量的0.20％。
根据jg/t472-2015《钢纤维混凝土规范》和dl5126-2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》中试块性能试验方法，对uhpc的力学性能检测，结果显示uhpc试块抗压强度平均值为145mpa，取uhpc的轴心抗压强度设计值fc＝52.7n/mm2。
实施例2
以c40混凝土柱(长650mm×宽650mm×高4000mm)为示例，混凝土的轴心抗压强度设计值fc0＝19.1n/mm2；c40混凝土柱的配筋为：纵筋16d20，箍筋c8@100/200，纵筋抗拉强度设计值fy0＝435n/mm2，纵筋抗压强度设计值fy0'＝410n/mm2，箍筋抗拉强度设计值fyg＝360n/mm2；c40混凝土柱的轴向抗压承载力设计值n0＝10175kn。
如图1和图2所示，本实施例包括以下步骤：
步骤一、将混凝土柱2的表面进行凿毛处理；所述凿毛处理采用1.5kg～2.5kg的尖头錾石花锤，在混凝土粘合面上錾出麻点，形成点深4mm～5mm、间距30mm的梅花形分布；
步骤二、将抗剪钢筋3植入步骤一中经凿毛处理后的混凝土柱2的表面且部分伸出混凝土柱2的表面；所述抗剪钢筋3在混凝土柱2的表面上呈梅花形布置，所述抗剪钢筋3的直径为10mm，抗剪钢筋3植入混凝土柱2的长度为100mm，抗剪钢筋3伸出混凝土柱2表面的长度为20mm，相邻的抗剪钢筋3的水平间距和纵向间距均为400mm；
步骤三、将uhpc涂抹到步骤二中植入了抗剪钢筋3的混凝土柱2的表面，直至uhpc完全包覆混凝土柱2和抗剪钢筋3伸出混凝土柱2表面的部分，形成厚度为25mm的uhpc层4；所述uhpc由p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂、钢纤维、聚丙烯纤维、早强型聚羧酸高效减水剂、消泡剂和水混合搅拌而成；所述硅灰的烧失量为5％，硅灰的比表面积为19000m2/kg，硅灰中二氧化硅的质量含量为95％，所述砂的粒径为0.85mm～2mm，所述钢纤维无端钩，其长度为12mm，直径为30μm，抗拉强度为2000mpa，弹性模量为211gpa，密度为7800kg/m3，所述早强型聚羧酸高效减水剂的减水率为40％，所述p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的质量比为1:0.21:1.26:0.22，早强型聚羧酸高效减水剂的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥和硅灰总质量的2.35％，消泡剂的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥和硅灰总质量的0.12％，钢纤维的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂、早强型聚羧酸高效减水剂、消泡剂和水的总质量的3.5％，聚丙烯纤维的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的总质量的0.22％。
根据jg/t472-2015《钢纤维混凝土规范》和dl5126-2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》中试块性能试验方法，对uhpc的力学性能检测，结果显示uhpc试块抗压强度平均值为133mpa，取uhpc的轴心抗压强度设计值fc＝48.4n/mm2。
实施例3
以c40混凝土柱(长700mm×宽700mm×高4200mm)为示例，混凝土的轴心抗压强度设计值fc0＝19.1n/mm2；c40混凝土柱的配筋为：纵筋16d20，箍筋c8@100/200，纵筋抗拉强度设计值fy0＝435n/mm2，纵筋抗压强度设计值fy0'＝410n/mm2，箍筋抗拉强度设计值fyg＝360n/mm2；c40混凝土柱的轴向抗压承载力设计值n0＝12000kn。
如图1和图2所示，本实施例包括以下步骤：
步骤一、将混凝土柱2的表面进行凿毛处理；所述凿毛处理采用1.5kg～2.5kg的尖头錾石花锤，在混凝土粘合面上錾出麻点，形成点深4mm～5mm、间距30mm的梅花形分布；
步骤二、将抗剪钢筋3植入步骤一中经凿毛处理后的混凝土柱2的表面且部分伸出混凝土柱2的表面；所述抗剪钢筋3在混凝土柱2的表面上呈梅花形布置，所述抗剪钢筋3的直径为10mm，抗剪钢筋3植入混凝土柱2的长度为140mm，抗剪钢筋3伸出混凝土柱2表面的长度为25mm，相邻的抗剪钢筋3的水平间距和纵向间距均为300mm；
步骤三、将uhpc涂抹到步骤二中植入了抗剪钢筋3的混凝土柱2的表面，直至uhpc完全包覆混凝土柱2和抗剪钢筋3伸出混凝土柱2表面的部分，形成厚度为30mm的uhpc层4；所述uhpc由p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂、钢纤维、聚丙烯纤维、早强型聚羧酸高效减水剂、消泡剂和水混合搅拌而成；所述硅灰的烧失量为7％，硅灰的比表面积为19000m2/kg，硅灰中二氧化硅的质量含量为94％，所述砂的粒径为0.85mm～2mm，所述钢纤维无端钩，其长度为12mm，直径为28μm，抗拉强度为2100mpa，弹性模量为215gpa，密度为7800kg/m3，所述聚羧酸高效减水剂的减水率为33％，所述p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的质量比为1:0.22:1.27:0.24，早强型聚羧酸高效减水剂的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥和硅灰总质量的2.35％，有机硅消泡剂的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥和硅灰总质量的0.12％，钢纤维的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂、聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水的总质量的4.0％，聚丙烯纤维的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的总质量的0.24％。
根据jg/t472-2015《钢纤维混凝土规范》和dl5126-2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》中试块性能试验方法，对uhpc的力学性能检测，结果显示uhpc试块抗压强度平均值为122mpa，取uhpc的轴心抗压强度设计值fc＝44.5n/mm2。
实施例4
以c40混凝土柱(长700mm×宽700mm×高4800mm)为示例，混凝土的轴心抗压强度设计值fc0＝19.1n/mm2；c40混凝土柱的配筋为：纵筋16d20，箍筋c8@100/200，纵筋抗拉强度设计值fy0＝435n/mm2，纵筋抗压强度设计值fy0'＝410n/mm2，箍筋抗拉强度设计值fyg＝360n/mm2；c40混凝土柱的轴向抗压承载力设计值n0＝10500kn。
如图1和图2所示，本实施例包括以下步骤：
步骤一、将混凝土柱2的表面进行凿毛处理；所述凿毛处理采用1.5kg～2.5kg的尖头錾石花锤，在混凝土粘合面上錾出麻点，形成点深4mm～5mm、间距30mm的梅花形分布；
步骤二、将抗剪钢筋3植入步骤一中经凿毛处理后的混凝土柱2的表面且部分伸出混凝土柱2的表面；所述抗剪钢筋3在混凝土柱2的表面上呈梅花形布置，所述抗剪钢筋3的直径为10mm，抗剪钢筋3植入混凝土柱的长度为100mm，抗剪钢筋3伸出混凝土柱2表面的长度为15mm，相邻的抗剪钢筋3的水平间距和纵向间距均为500mm；
步骤三、将uhpc涂抹到步骤二中植入了抗剪钢筋3的混凝土柱2的表面，直至uhpc完全包覆混凝土柱2和抗剪钢筋3伸出混凝土柱2表面的部分，形成厚度为20mm的uhpc层4；所述uhpc由p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂、钢纤维、聚丙烯纤维、聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水组成，所述硅灰的烧失量为4％，硅灰的比表面积为20000m2/kg，硅灰中二氧化硅的质量含量为94％，所述砂的粒径为0.85mm～2mm，所述钢纤维无端钩，其长度为12mm，直径为30μm，抗拉强度为1800mpa，弹性模量为215gpa，密度为7800kg/m3，所述聚羧酸高效减水剂的减水率为35％，所述p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的质量比为1:0.23:1.28:0.26，早强型聚羧酸高效减水剂的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥和硅灰总质量的1.91％，有机硅消泡剂的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥和硅灰总质量的0.14％，钢纤维的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂、聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水的总质量的5.0％，聚丙烯纤维的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的总质量的0.20％。
根据jg/t472-2015《钢纤维混凝土规范》和dl5126-2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》中试块性能试验方法，对uhpc的力学性能检测，结果显示uhpc试块抗压强度平均值为105mpa，取uhpc的轴心抗压强度设计值fc＝38.3n/mm2。
实施例5
以c35混凝土柱(长700mm×宽700mm×高5000mm)为示例，c35混凝土的轴心抗压强度设计值fc0＝16.7n/mm2；c35混凝土柱的配筋为：纵筋16d20，箍筋c8@100/200，纵筋抗拉强度设计值fy0＝435n/mm2，纵筋抗压强度设计值fy0'＝410n/mm2，箍筋抗拉强度设计值fyg＝360n/mm2；此c35混凝土柱的轴向抗压承载力设计值n0＝10000kn。
如图1和图2所示，本实施例包括以下步骤：
步骤一、将混凝土柱2的表面进行凿毛处理；所述凿毛处理采用1.5kg～2.5kg的尖头錾石花锤，在混凝土粘合面上錾出麻点，形成点深3mm、点数为600点/m2～800点/m2的均匀分布；
步骤二、将抗剪钢筋3植入步骤一中经凿毛处理后的混凝土柱2的表面且部分伸出混凝土柱2的表面；所述抗剪钢筋3在混凝土柱2的表面上呈梅花形布置，所述抗剪钢筋3的直径为10mm，抗剪钢筋3植入混凝土柱2的长度为150mm，抗剪钢筋3伸出混凝土柱2表面的长度为25mm，相邻的抗剪钢筋3的水平间距和纵向间距均为400mm；
步骤三、将uhpc涂抹到步骤二中植入了抗剪钢筋3的混凝土柱2的表面，直至uhpc完全包覆混凝土柱2和抗剪钢筋3伸出混凝土柱2表面的部分，形成厚度为30mm的uhpc层4；所述uhpc由p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂、钢纤维、聚丙烯纤维、聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水组成，所述硅灰的烧失量为6％，硅灰的比表面积为20000m2/kg，硅灰中二氧化硅的质量含量为95％，所述砂的粒径为0.85mm～2mm，所述钢纤维无端钩，其长度为12mm，直径为28μm，抗拉强度为2100mpa，弹性模量为215gpa，密度为7800kg/m3，所述聚羧酸高效减水剂的减水率为35％，所述p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的质量比为1:0.24:1.26:0.28，早强型聚羧酸高效减水剂的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥和硅灰总质量的1.86％，有机硅消泡剂的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥和硅灰总质量的0.12％，钢纤维的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂、聚羧酸高效减水剂、有机硅消泡剂和水的总质量的4.5％，聚丙烯纤维的掺量为p.o.52.5r硅酸盐水泥、硅灰、砂和水的总质量的0.20％。
根据jg/t472-2015《钢纤维混凝土规范》和dl5126-2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》中试块性能试验方法，对uhpc的力学性能检测，结果显示uhpc试块抗压强度平均值为98mpa，取uhpc的轴心抗压强度设计值fc＝36.3n/mm2。
根据gb50367-2013《混凝土结构加固设计规范》和gb50010-2010《混凝土结构设计规范》，对本发明实施例1～实施例5中采用uhpc加固前后的混凝土柱的轴向抗压承载力进行检测，结果见下表1。
加固前混凝土柱的轴向抗压承载力n＝0.9φ(fc0ac0+f′y0as0′)
其中，φ为钢筋混凝土构件的稳定性系数，ac0为混凝土柱截面面积，单位为mm2，as0′为钢筋混凝土构件全部纵向普通钢筋的截面面积，单位为mm2。
加固后混凝土柱的轴向抗压承载力
n'＝0.9φ[fc0ac0+f′y0a′s0+αcs(fcac)]
其中，φ为钢筋混凝土构件的稳定性系数，ac0为混凝土柱截面面积，单位为mm2，as0′为钢筋混凝土构件全部纵向普通钢筋的截面面积，单位为mm2，αcs为综合考虑新增混凝土和钢筋强度利用程度的降低系数，ac为加固后新增部分混凝土截面面积，单位为mm2。
表1实施例1～实施例5的混凝土柱的轴向抗压承载性能
由表1可知，本发明实施例1～实施例5的混凝土柱加固前的轴向抗压承载力均小于设计值，不满足规范要求，而采用uhpc加固后的混凝土柱的轴向抗压承载力均大于设计值，满足规范要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。