一种预制拱件及制作方法与流程

本发明涉及土木工程中的防护工程领域，尤其涉及一种预制拱件及制作方法。

背景技术：

拱形结构由于其具有受力性能好、便于工程施工控制等特点，成为土木工程和地下防护工程中常用的结构形式之一。但该结构在土木工程中，随时间推移，材料逐渐老化，使其整体结构性差，将造成结构承载力下降；而在防护工程中，随钻地武器的打击精度日益提升，大大提高了侵彻爆炸对土中工程结构的破坏概率。

传统的拱结构为提高承载力和刚度的要求，有采用外包钢加固方式或粘钢加固的方式。外包钢加固法工艺复杂且加固后会增加原结构自重，并使使用面积减小，而粘钢加固法，会因粘钢胶的老化以及钢材易锈蚀的问题，使结构在使用环境和使用期限受到很大的局限。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种预制拱件及制作方法，其具体技术方案如下：

所述预制拱件，包括钢筋混凝土拱、bfrp网格材料、胶粘剂层和若干加固件（3），所述bfrp网格材料通过胶粘剂层粘接在钢筋混凝土拱的表面，每一加固件至少跨骑在形成bfrp网格材料的一根纤维束上，并压制bfrp网格材料于所粘接的混凝土拱的表面，形成对应的加固位。

进一步的，每一加固件跨骑在网格材料的交叉处。

进一步的，所述钢筋混凝土拱的弦宽（跨度）为1～2m时，对应的bfrp网格材料的厚度为1～3mm；所述钢筋混凝土拱的弦宽为2～3m时，对应的bfrp网格材料的厚度为3～5mm；所述钢筋混凝土拱的弦宽为3～5m时，对应的bfrp网格材料的厚度为5～10mm。

进一步的，每平方米的加固位不少于20个。

进一步的，所述加固位均布于粘接在钢筋混凝土拱的表面的bfrp网格材料（4）上。

进一步的，所述预制拱件长度方向的两端分别设有用于该预制拱件沿长度方向依次连接的连接凹槽和连接凸起，所述连接凹槽和连接凸起相适配。

进一步的，所述加固件包括锚栓和压条，所述压条的两端至少分别设有一个孔，锚栓穿过压条上的孔固定在钢筋混凝土拱上，并将压条跨骑压制在形成bfrp网格材料的至少一根纤维束上。

进一步的，所述钢筋混凝土拱上设有与压条上连接孔间距相适配的固定孔；所述锚栓包括自攻螺钉和膨胀管，膨胀管固定于所述固定孔中，自攻螺钉穿过压条上的连接孔螺旋连接在对应膨胀管中；或包括螺栓、螺母和由化学方式形成的栓件，螺栓由栓件固定在所述固定孔中，上端伸出固定孔外并穿接压条上对应的连接孔后旋接螺母。

进一步的，所述胶粘剂层包括自钢筋混凝土拱的表面向外侧方向依次设置的底胶层和固胶层；所述底胶层由涂覆在钢筋混凝土拱的内拱表面上的基底胶形成，所述固胶层由涂覆在底胶层上的浸渍胶形成；底胶层的厚度为0.5～1mm，固胶层的厚度为1～2mm。

所述的预制拱件中形成固胶层的浸渍胶，由1质量份a组合物和2质量份b组合物混合组成；每质量份a组合物包括下列质量份配比的组分物质：二酚基丙烷型环氧树脂95～105份、环氧丙烷苄基醚14～16份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷1.9～2.1份、纳米级二氧化硅6～8份、纳米级活性碳酸钙2.8～3.1份、准球形硅微粉28～32份；每质量份b组合物包括下列质量份配比的组分物质：低分子聚酰胺95～105份、2,4,6-三苯酚9.5～10.5份、纳米级二氧化硅6～8份、纳米级活性碳酸钙2.8～3.1份、准球形硅微粉28～32份；

所述浸渍胶的制作方法，包括如下步骤：

1）按质量份配比获取a组合物和b组合物所包括的组分物质；

2）制作a组合物和b组合物

a组合物的制作步骤包括：

（1）基料与粉料的制备

将获取的二酚基丙烷型环氧树脂与环氧丙烷苄基醚混合并搅拌均匀，形成第一混合基料；

将获取的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、纳米级二氧化硅、纳米级活性碳酸钙、准球形硅微粉搅拌均匀，形成第一混合粉料；

（2）搅拌混合

边搅拌第一混合基料边加入第一混合粉料，直至搅拌均匀，形成a组合物底料；

（3）阶梯加温、自然冷却处理

a组合物底料在搅拌状态下被加热至55℃～65℃，并保持0.8～1.2小时；再加热至75℃～85℃，并保持1.8～2.3小时，而后再加热至150℃，并保持0.8～1.2小时；然后自然冷至室温，得到a组合物；

b组合物的制作步骤包括：

（1）基料与粉料的制备

将获取的低分子聚酰胺与2,4,6-三苯酚混合并搅拌均匀，形成第二混合基料；

将获取的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、纳米级二氧化硅、纳米级活性碳酸钙、准球形硅微粉搅拌均匀，形成第二混合粉料；

（2）搅拌混合

边搅拌第二混合基料边加入第二混合粉料，直至搅拌均匀，形成b组合物底料；

（3）阶梯加温、自然冷却处理

b组合物底料在搅拌状态下被加热至55℃～65℃，并保持0.8～1.2小时；再加热至75℃～85℃，并保持1.8～2.3小时，而后再加热至150℃，并保持0.8～1.2小时；然后自然冷至室温，得到b组合物；

3）混合a组合物和b组合物

将得到的a组合物和b组合物按2:1的质量份配比称取后进行混合搅拌，直至搅拌均匀，得到浸渍胶。

预制拱件的制作方法，包括如下步骤：

1）加工钢筋混凝土拱；

2）对钢筋混凝土拱的拱表面进行平整度修磨，使平整度不小于5mm/m，并对修磨的拱表面除尘；

3）将基底胶均匀涂抹在拱表面，待拱表面的基底胶指触干燥后，再均匀涂抹浸渍胶；

4）将与拱表面相适配的bfrp网格材料沿拱表面两侧的底端向拱顶用滚筒向上滚压，使bfrp网格材料充分粘贴在拱表面面上，并使浸渍胶充分浸透到bfrp网格材料中；

5）待浸渍胶指触干燥后，进行钻孔位置的标注，并按标注的钻孔位置一一钻孔，形成若干固定孔；

6）通过固定孔将加固件跨骑压制在bfrp网格材料上；

7）在bfrp网格材料上表面均匀涂抹浸渍胶，形成保护层；

所述保护层厚度与bfrp网格的厚度相同，且不得小于5mm。

本发明通过在将拱形结构制作成预制的钢筋混凝土拱，并在拱表面粘接bfrp网格材料且由加固件使这种粘接更固实，从而使拱件环向具有更高的抗拉强度，承受更高的拉应力，并可有效抑制结构裂缝的出现和扩展，由此提高拱件整体结构强度，以使拱形结构具有更长的使用寿命，更高的结构延性，更强的结构耗能能力，更高的抗冲击能力，有效增强拱件整体结构强度、抑制结构开裂、防止碎石飞溅，对保护、防护处于拱形防护工程中的人员和物资的安全有重要作用；同时用于加固的bfrp网格材料其自重和所占空间与钢筋混凝土拱相比可忽略不计；施工时不需要专门的设备，工艺简单，易于实现，成本低。后期维护中不易产生腐蚀问题

附图说明：

图1是本发明预制拱件的结构示意图。

图2是本发明一实施例所用bfrp网格材料的结构示意图。

图3是加固件跨骑并在压制在bfrp网格材料上且粘接的混凝土拱的表面上的结构示意图。

图4是图1所示预制拱件的a向视图。

图5是图1所示的两预制拱件相互连接时的剖视图。

图6是图1所示的两预制拱件相互连接时的结构示意图图。

图7是一种加固件的结构示意图。

图8是另一种加固件的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1——预制拱件结构

如图1，一个具体的预制拱件，主要由钢筋混凝土拱1、bfrp网格材料4、胶粘剂层2和若干加固件3组成。bfrp网格材料4通过胶粘剂层2粘接在钢筋混凝土拱1的内侧拱表面上，若干加固件3分布在bfrp网格材料4上，每一加固件3至少跨骑在形成bfrp网格材料的一根纤维束上，并压制bfrp网格材料于所粘接的混凝土拱1内拱面上，形成对应的加固位。

如图2，bfrp网格材料4由长度方向的经线纤维4a和宽度方向的纬线纤维4b编织成，本实施例的经线纤维4a和纬线纤维4b为尺寸相同的扁平状的线，即截面呈矩形，且厚度为宽度的1/8～1/6。当拱结构的跨度加大时，其承载的能力会相对减弱，本发明针对不同的跨度范围，给出了对应的bfrp网格材料的厚度，实质为经线纤维4a或纬线纤维4b的厚度，当钢筋混凝土拱（1）的跨度（跨度）为1～2m时，对应的bfrp网格材料（2）的纤维厚度为1～3mm。当钢筋混凝土拱（1）的跨度（跨度）为2～3m时，对应的bfrp网格材料（2）的纤维厚度为3～5mm。当钢筋混凝土拱（1）的跨度（跨度）为3～5m时，对应的bfrp网格材料（2）的纤维厚度为5～10mm。

如图3，用于加固bfrp网格材料4与钢筋混凝土拱1粘接的加固件3均布在bfrp网格材料4上，一个优选的实施方式是将每一加固件3跨骑在网格材料的交叉处，并且每行的交叉处是相互交错的，为了达到较好的加固效果，每平方分米的加固位不少于20个。

如图4-6，用本发明的拱件构建隧道时，将其沿长度l的尺寸方向依次连接，为了提高两相邻拱件的定位、连接的质量和效率，本实施例在拱件的沿长度l的两端分别设置连接凹槽11和连接凸起12，如图4，连接凹槽11和连接凸起12的结构相适配。连接时，连接凸起12插入连接凹槽11中，且连接凸起12的端面抵靠在连接凹槽11中的槽底面上。为便于插接，本实施例的连接凹槽11为半开放式凹槽，且连接凹槽11的深度小于连接凸起12的对应深度，使得连接凸起12完全插入连接凹槽11后还留下缝隙13，该缝隙13正好可填充混凝土6，该混凝土6既用于相邻两拱件的连接，又可密闭缝隙，防止水的渗透。

参见图3并结合图5，上述的加固件3包括锚栓3b和压条3a，本实施例的压条3a为腰形条，该腰形条的两端至少分别设有一个孔，锚栓3b穿过该孔固定在钢筋混凝土拱1上，并将压条3a跨骑压制在形成bfrp网格材料的纤维上，本实施例是跨骑压制在经线纤维4a和纬线纤维4b交叉处。

如图6，锚栓3b可包括自攻螺钉3b1和膨胀管3b2，在使用加固件3时需在粘接有钢筋混凝土拱1上设有与压条3a上的连接孔间距相适配的固定孔，将膨胀管3a2预埋在该固定孔中，使之与钢筋混凝土拱1成为一体，自攻螺钉3b1穿过压条3a上的连接孔螺旋连接在对应膨胀管中，通过压条3a对bfrp网格材料施于压力，使之更好地与钢筋混凝土拱1粘接。

如图7，锚栓3b也可包括螺栓3b3、螺母3b4和由化学药管形成的栓件3b5，将固定孔清理干净，将化学药管先于螺栓3b3置于固定孔中，并通过由乙烯基树脂、石英颗粒和固化剂组成的化学药管在固定孔中形成的栓件3b5，通过栓件3b5将螺栓3b3固定在固定孔中，螺栓3b3上端伸出固定孔外并穿接压条上对应的连接孔后旋接螺母，以同样达到通过压条3a对bfrp网格材料施于压力，使bfrp网格材料与钢筋混凝土拱1更好粘接的目的。

本发明中的钢筋混凝土拱1通过胶粘剂层2与bfrp网格材料4粘接，使预制拱件的整体结构性能大大提高，因此胶粘剂层起到非常重要的作用。本发明的胶粘剂层包括自钢筋混凝土拱的表面向外侧方向依次设置的底胶层和固胶层，胶层由涂覆在钢筋混凝土拱的内拱表面上的基底胶形成，固胶层由涂覆在底胶层上的浸渍胶形成底胶层的厚度为0.5～1mm，所述固胶层的厚度为1～2mm。

实施例2——制作浸渍胶

1）按下述质量份配比称取a组合物和b组合物所包含的组分物质。

每质量份a组合物包括下列质量份配比的组分物质：

二酚基丙烷型环氧树脂95～105份；

苄基醚14～16份；

γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷1.9～2.1份；

纳米级二氧化硅6～8份；

纳米级活性碳酸钙2.8～3.1份；

准球形硅微粉28～32份；

每质量份b组合物包括下列质量份配比的组分物质：

低分子聚酰胺95～105份；

2,4,6-三苯酚9.5～10.5份；

纳米级二氧化硅6～8份；

纳米级活性碳酸钙2.8～3.1份；

准球形硅微粉28～32份。

2）制作a组合物和b组合物

a组合物的制作步骤包括：

（1）基料与粉料的制备

将称取的二酚基丙烷型环氧树脂与环氧丙烷苄基醚置于第一胶状物料搅拌机中混合搅拌，直至均匀形成第一混合基料。可按处理量为100l、需连续搅拌30分钟，达到搅拌均匀的线性关系来确定所需处理量达到搅拌均匀的时间。

将称取的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、纳米级二氧化硅、纳米级活性碳酸钙、准球形硅微粉加入到第一粉料搅拌机进行搅拌，直至均匀形成混合粉料。可按处理量为100kg、需连续搅拌20分钟，达到搅拌均匀的线性关系来确定所需处理量达到搅拌均匀的时间。

（2）拌混合

上述第一胶状物料搅拌机一边继续搅拌混合基料，一边将已配备好的混合粉料加入到该搅拌机中，直至物料均匀，形成a组合物底料。可按处理量为100l、需连续搅拌50分钟，达到搅拌均匀的线性关系来确定所需处理量达到搅拌均匀的时间。

（3）阶梯加温、自然冷却处理

将a组合物底料由第一胶状物料搅拌机输送到处于烘箱中的第二胶状物料搅拌机中，在搅拌状态下被加热至55℃～65℃，并保持0.8～1.2小时；再加热至75℃～85℃，并保持1.8～2.3小时，而后再加热至150℃，并保持0.8～1.2小时。然后自然冷至室温，得到a组合物。

b组合物的制作步骤包括：

（1）基料与粉料的制备

将称取的低分子聚酰胺与2,4,6-三苯酚置于第三胶状物料搅拌机中混合搅拌，直至均匀，形成第二混合基料。可按处理量为100l、需连续搅拌30分钟，达到搅拌均匀的线性关系确定所需处理量达到搅拌均匀的时间。

将称取的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、纳米级二氧化硅、纳米级活性碳酸钙、准球形硅微粉加入到第二粉料搅拌机进行搅拌，直至均匀，一般需连续搅拌20分钟，形成第二混合粉料。可按处理量为100kg、需连续搅拌20分钟，达到搅拌均匀的线性关系来确定所需处理量达到搅拌均匀的时间。

（2）搅拌混合

上述第二胶状物料搅拌机一边继续搅拌混合基料，一边将已配备好的混合粉料加入到该搅拌机中，直至物料均匀，形成b组合物底料。可按处理量为100l、需连续搅拌50分钟，达到搅拌均匀的线性关系来确定所需处理量，以得到搅拌均匀的时间。

（3）阶梯加温、自然冷却处理

b组合物底料在搅拌状态下被加热至55℃～65℃，并保持0.8～1.2小时；再加热至75℃～85℃，并保持1.8～2.3小时，而后再加热至150℃，并保持0.8～1.2小时；然后自然冷至室温，得到b组合物。

3）混合a组合物和b组合物

将得到的a组合物和b组合物按2:1的质量份配比称取后进行混合搅拌，直至搅拌均匀，得到浸渍胶。

实施例3——预制拱件份制作方法

实施例1所述的预制拱件按下述步骤制作，在制作中所用基底胶为武汉长江加固技术有限公司生产的yzj-cd基底胶，浸渍胶按实施例2所述方法制得。预制拱件具体制作步骤如下：

1）加工钢筋混凝土拱，将钢筋即螺纹钢置于模具中，并将搅拌均匀的混凝土浇铸于该模具中，混凝土凝固干燥后形成钢筋混凝土拱。

2）对钢筋混凝土拱的内拱表面进行平整度修磨，使平整度不大于5mm/m，并对修磨后的拱表面除尘。

3）将基底胶均匀涂抹在拱表面，涂抹厚度为0.5～1mm，待拱表面的基底胶指触干燥后，再均匀涂抹浸渍胶。

4）将与拱表面相适配的bfrp网格材料沿拱表面两侧的底端用滚筒分别向拱顶向上滚压，使bfrp网格材料充分粘贴在内拱表面上，并使浸渍胶充分浸透到bfrp网格材料中。用滚筒沿拱表面两侧的底端分别向拱顶向上滚压，既有利于bfrp网格向拱的曲表面紧靠，避免由于bfrp网格自身刚度导致的网格与拱曲表面产生分离的现象，也能够防止单向滚压造成的bfrp网格偏移初始定位。

5）待浸渍胶指触干燥后，进行钻孔位置的标注，并对标注的钻孔位置一一钻孔，形成若干固定孔；

6）加固件通过固定孔将加固件跨骑压制在bfrp网格材料上；

7）在bfrp网格材料上表层均匀涂抹保护胶，形成保护层，该保护层厚度与bfrp网格的厚度相同，且不得小于5mm。