一种带锚固的体外粘贴加强混凝土结构的方法及应用与流程

本发明涉及一种带锚固的体外粘贴加强混凝土结构的方法及应用，属于建筑施工技术领域。

背景技术：

碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家，我国的这项技术起步较晚。1997年,国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心最早开展用cfrp加固混凝土构件研究,取得一定的研究成果。此后,国内专家学者进行了大量的理论分析和试验研究。

碳纤维增强复合材料由于具有高强的力学性能和优良的耐久性能，已得到土木行业的广泛认可。externalbonded(简称eb)技术，亦称体外粘贴加固法，将碳纤维布或板粘贴至结构需要加固的受力面从而对结构进行加固。eb技术因其工艺简单、施工方便，受到了工程界的青睐。但随着研究与应用深入，eb技术的缺陷逐渐暴露。一方面，外贴工艺难以发挥这种材料的高强性能；另一方面，外贴cfrp加固结构往往出现cfrp-混凝土剥离的破坏形态，这种呈现脆性特征的破坏致使结构在充分发挥cfrp材料性能前即丧失承载能力。

externalbonded(简称eb)：体外粘贴加固法。缺点是该方法采用的外贴工艺难以发挥cfrp的抗拉强度。本发明相较于eb技术，目的是尽量保证施工步骤不增加太多且大大减少了混凝土表面的打磨面积的情况下完全发挥出cfrp的抗拉强度。

nearsurfaemounted(简称nsm)：表层嵌贴加固法。该方法的缺点是无法使nsm系统中的cfrp材料达到其抗拉强度，且施工需要用大量的环氧树脂胶。本发明相较于nsm技术首先能将cfrp的抗拉强度充分发挥，同时减小环氧树脂胶的使用量，而且施工复杂程度有所降低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种带锚固的体外粘贴加强混凝土结构的方法及应用，为了充分利用cfrp的材料强度，本发明将对现有加固技术进行改进来达到此目的。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

本发明的一种带锚固的体外粘贴加强混凝土结构的方法，其为以下步骤：

(1)在梁受拉侧进行开孔，使用压缩空气将梁表面及孔内灰尘清理干净；

(2)制备碳纤维筋，用环氧树脂胶将裁剪好的碳纤维布浸润3分钟，使得充分浸润，之后刮去多余的胶，再将碳纤维布进行三次沿宽度方向的对折，每次对折后需反复压实赶出气泡以保证碳纤维布之间紧密贴合；制备碳纤维补丁，将裁剪好的碳纤维补丁用环氧树脂胶浸润3分钟，之后刮去多余的胶即可；

(3)调配环氧树脂胶：采用s环氧树脂胶，将a胶和b胶体积配比为100：42混合，使用搅拌器并采用400-600rpm的转速搅拌五分钟，将ab胶混合均匀，用调配好的环氧树脂胶将孔注满并将槽内表面抹上环氧树脂；

(4)首先将碳纤维补丁粘贴在孔洞左侧或右侧并使碳纤维补丁边缘与孔洞边缘相切处即底层补丁；裁剪一段铁丝，将铁丝弯折为u形，将制作好的碳纤维筋的中点与槽的中点对齐，再使用铁丝将碳纤维筋缓慢压进孔洞中，同时，另一侧孔洞也进行相同操作，使碳纤维筋拉紧以保证成一条直线，将纤维筋压至孔底部后缓慢拔出铁丝，最后再将浸润好的碳纤维补丁覆盖粘贴在锚固处即顶层补丁；

(5)将安装好的梁放置在干净的环境下等待胶的固化，胶固化时间为1-2周)。

所述步骤(1)中开孔的孔深100-150mm。

所述步骤(2)采用的碳纤维布长为1000-1300mm，宽为100-150mm，碳纤维补丁的长为130-170mm，宽为80-120mm。

其应用于工业或者民用建筑的梁、板、柱,及桥梁、隧道和涵洞的加固。

eb法采用外贴工艺，因此破坏形式一般为cfrp剥离破坏，故很难充分发挥cfrp的抗拉强度，eb技术只能发挥其抗拉强度的40％-50％左右。本发明相较于eb技术，能完全的发挥出材料的抗拉强度，使cfrp加固材料断裂破坏。

nsm法是在原有eb技术基础上的发展和创新，其原理是在钢筋混凝土构件表面开槽，将cfrp筋嵌入槽中，利用粘结剂(环氧树脂胶)使其与构件结合紧密，以此达到加固和补强目的。该方法的缺点是难以充分发挥cfrp的抗拉强度，无法使nsm系统中的cfrp材料达到其抗拉强度，且施工需要用大量的环氧树脂胶。本发明相较于nsm技术首先能将cfrp的抗拉强度充分发挥，同时减小环氧树脂胶的使用量，而且施工复杂程度有所降低。

与eb技术对比，本发明由于采用了锚固的方法，能充分发挥cfrp的抗拉强度，eb技术加固的结构仅能发挥cfrp抗拉强度的40％-50％，本发明加固的结构则可以将cfrp抗拉强度完全发挥。

相较于nsm技术，本发明采用了锚固的方法从而充分发挥了cfrp的抗拉强度。而且相较于nsm的施工步骤，本发明无需开槽，仅需开少量孔，简化了施工步骤，由于无需开槽，本发明也无需向槽内灌胶，因而减少了环氧树脂胶的使用量。

eb技术普遍应用于中国，如2015年浙江台州泰隆金融大厦因改变结构使用体系，增加荷载，需对项目进行加固，就采用了该技术进行加固；nsm技术则在国外应用较多，如：1999年，德国南部tobel桥上的一个先张预应力t形钢筋混凝土梁在一次交通事故中被卡车撞坏，也是采用nsm技术进行补强加固。

本发明则可以在很多实际应用中替代eb和nsm技术，且由于本发明相比这两种技术更能充分发挥碳纤维布的抗拉强度，故本发明所加固的建筑会有更高的可靠性；而且相较于nsm技术，本发明减小了施工复杂程度。可见，本发明的应用前景广泛。

本发明的有益效果：本发明用简便的方法加入了易于安装的锚固系统，使得cfrp的抗拉强度能够充分发挥。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的实施例1样品梁的俯视图。

图2为本发明的实施例1样品梁的侧视图。

图3为本发明的实施例1制作碳纤维加固件示意图。

图4为本发明的实施例1安装示意图。

图5为本发明的实施例1中安装好的梁的破坏实验结果。

图6为本发明的实施例1中采用eb技术加固混凝土梁的破坏实验结果。

图7为本发明的实施例1中采用nsm技术加固混凝土梁进行破坏实验结果。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明，如图1所示：本实施例的本发明的一种带锚固的体外粘贴加强混凝土结构的方法，其为以下步骤：

(1)在梁受拉侧进行开孔，使用压缩空气将梁表面及孔内灰尘清理干净；

(2)制备碳纤维筋，用环氧树脂胶将裁剪好的碳纤维布浸润3分钟，使得充分浸润，之后刮去多余的胶，再将碳纤维布进行三次沿宽度方向的对折，每次对折后需反复压实赶出气泡以保证碳纤维布之间紧密贴合；制备碳纤维补丁，将裁剪好的碳纤维补丁用环氧树脂胶浸润3分钟，之后刮去多余的胶即可；

(3)调配环氧树脂胶：采用s环氧树脂胶，将a胶和b胶体积配比为100：42混合，使用搅拌器并采用400-600rpm的转速搅拌五分钟，将ab胶混合均匀，用调配好的环氧树脂胶将孔注满并将槽内表面抹上环氧树脂；

(4)首先将碳纤维补丁粘贴在孔洞左侧或右侧并使碳纤维补丁边缘与孔洞边缘相切处即底层补丁；裁剪一段铁丝，将铁丝弯折为u形，将制作好的碳纤维筋的中点与槽的中点对齐，再使用铁丝将碳纤维筋缓慢压进孔洞中，同时，另一侧孔洞也进行相同操作，使碳纤维筋拉紧以保证成一条直线，将纤维筋压至孔底部后缓慢拔出铁丝，最后再将浸润好的碳纤维补丁覆盖粘贴在锚固处即顶层补丁；

(5)将安装好的梁放置在干净的环境下等待胶的固化，胶固化时间为1-2周)。

所述步骤(1)中开孔的孔深100-150mm。

所述步骤(2)采用的碳纤维布长为1000-1300mm，宽为100-150mm，碳纤维补丁的长为130-170mm，宽为80-120mm。

其应用于工业或者民用建筑的梁、板、柱,及桥梁、隧道和涵洞的加固。

实施例1

如图1-2所示，在梁受拉侧进行开孔，孔深127mm。使用空气压缩机将梁表面及孔内灰尘清理干净.

如图3所示，试验中采用的碳纤维布尺寸为1116mm×127mm，碳纤维补丁的尺寸为152mm×100mm。用环氧树脂胶将裁剪好的碳纤维布浸润3分钟以保证充分浸润，之后刮去多余的胶，再将碳纤维布进行三次沿宽度方向的对折，每次对折后需反复压实赶出气泡以保证碳纤维布之间紧密贴合。

用调配好的环氧胶将孔注满并将槽内表面抹上环氧树脂。

如图4所示，首先将浸润好的碳纤维补丁粘贴在设计位置处即底层补丁。裁剪一段铁丝，将铁丝弯折为u形，将制作好的碳纤维筋在实验设计锚固处进行对折，将对折处放在梁已经打好的孔洞处，使用铁丝将碳纤维筋缓慢压进孔洞中，同时，另一侧孔洞也进行相同操作，通过该操作可以使碳纤维筋拉紧以保证成一条直线。将纤维筋压至孔底部后缓慢拔出铁丝。最后再将浸润好的碳纤维补丁覆盖粘贴在锚固处即顶层补丁。

安装完成后的样品梁，之后将安装好的梁放置在干净的环境下等待胶的固化。

将本实施例1中安装好的梁与采用eb技术加固混凝土梁、nsm技术加固混凝土梁进行破坏实验，结果如图5、6和7。图5为采用本发明的实验室结果，其平均承载力能达到79kn，最高承载力为87kn，通过计算，纤维布所发挥的应力水平平均为117％，最高为128％；图6为采用eb技术的实验室结果，其平均承载力能达到41kn，最高承载力为44kn，通过计算，纤维布所发挥的应力水平平均为58％，最高为62％；图7为采用nsm技术的实验室结果，其平均承载力能达到51kn，最高承载力为58kn，通过计算，纤维布所发挥的应力水平平均为81％，最高为94％。可见，本发明相较于eb和nsm技术，能有效利用纤维布的高强抗拉强度，使其抗拉强度能够充分发挥。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。