改变石楼板受力状态提高抗弯强度的UHPC加固方法

改变石楼板受力状态提高抗弯强度的uhpc加固方法
技术领域
1.本发明属于石楼板修复技术领域，具体涉及一种改变石楼板受力状态提高抗弯强度的uhpc加固方法。


背景技术：

2.花岗岩具有耐久性好、易于取材、价格低廉等优点被福建省沿海的闽南地区广泛运用。根据调查福建省目前尚存石结构房屋几十万栋，主要是民居。
3.闽南大部分石结构房屋由石墙、石柱和石楼板构成。这些既有石楼板，采用的人工开采的长条粗料石，石材抗压强度高；石楼板之间使用的是低强度红黏土砂浆或低强度水泥砂浆连接。虽然石材作为建筑材料具有承载力强，耐久性较好，但由于其作为脆性材质的这一缺点十分显著，其抗弯等强度较低，外部冲击荷载或弯矩、剪力作用下容易产生脆性破坏，从而影响结构安全和石楼板脆断掉落伤人(时有发生)；既有石楼板拼缝砂浆强度低，甚至出现松动，造成楼屋面渗水；石楼板短边两端搭在石墙上，石墙与楼板之间仅有低强度砂浆黏结，石楼板两端属于完全简支(即石楼板为单向受力板)，因此对既有石楼板进行整体加固，改变其单向受力模式，提高其抗弯承载力和加强楼板整体性，是当下亟待解决的问题。
4.目前《福建省石砌体结构加固技术规程》(dbjt13-264-2017)中石楼板等受弯构件加固方法采用的是钢筋网混凝土、钢筋网聚合物砂浆面层、外包型钢法、构件置换法等。传统面层加固方法施工量大，需要支模浇筑、钻孔锚筋等复杂工序，加固面层厚度大，工期长。外包型钢和构建置换法实际操作也面临施工工艺复杂操作难度大，加固成本高等问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种改变石楼板受力状态提高抗弯强度的uhpc加固方法，通过改变石楼板受力状态，并形成uhpc加固面层提高石楼板的抗弯能力和承载力，能够有效防止石楼板脆性破坏坍塌，有效解决了现有技术中石楼板易脆断、加固施工困难和加固成本高的问题。
6.为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种改变石楼板受力状态提高抗弯强度的uhpc加固方法，依次包括以下步骤：
7.(1)对待加固石楼板进行预处理，然后在底部表面涂抹一层界面粘结剂；
8.(2)配置uhpc材料，然后分两次涂抹在待加固石楼板底部表面，第一层uhpc材料将灰缝全部覆盖，再将uhpc材料抹压进灰缝中，形成uhpc加固面层，同时通过膨胀螺栓在uhpc加固面层固定高强钢丝网；
9.(3)洒水养护28d至uhpc材料基体龄期，完成石楼板加固。
10.进一步，步骤(1)中，对待加固的石楼板进行预处理的具体步骤为：采用砂轮或钢丝刷清除待加固石楼板的装饰和抹灰面层直至露出完整石材结构，清扫底部表面粉尘，清水冲刷。
11.进一步，步骤(1)中，界面粘结剂涂抹厚度为0.3-1mm。
12.进一步，步骤(1)中，界面粘结剂通过以下方法制备得到：将环氧树脂、环己烷和柠檬酸混合后加热至120-140℃温度下反应1-2h，然后加入桐油酸在100-120℃温度下回流脱水，再加入乙醇，得混合液；在90-100℃温度下向混合液中滴加丙烯酸和偶氮二异丁腈，持续2-3h，降温至室温并加入氨水至中性，得界面粘结剂。
13.进一步，环氧树脂、环己烷和柠檬酸质量比为10-12:2-3:1；桐油酸、乙醇、丙烯酸和偶氮二异丁腈质量比为1-5:1-3:2-3:18-25。
14.进一步，步骤(2)中，uhpc加固面层平均厚度为25-35mm。
15.进一步，步骤(2)中，将uhpc材料抹压进灰缝中时深度大于20mm。
16.进一步，步骤(2)中，uhpc材料包括以下重量份组分：硅酸盐水泥500-600份、硅灰180-200份、石灰石粉510-530份、石英砂710-730份、聚羧酸系减水剂15-30份、水230-250份、改性玄武岩纤维25-30份、海藻纤维20-40份、粗玻璃粉100-180份和细玻璃粉100-140份。
17.改性玄武岩纤维通过以下方法制得：将玄武岩纤维于600-700℃条件下烘烤10-15h，用20-55wt％的硫酸溶液浸润刻蚀3-4h，经清洗和干燥，然后在含6-7wt％硅烷偶联剂kh550的乙醇溶液中浸泡3-5h，继续清洗和干燥，得改性玄武岩纤维。
18.进一步，粗玻璃粉目数为80-100目，细玻璃粉目数为800-1000目。
19.综上所述，本发明具备以下优点：
20.1、本发明通过改变石楼板受力状态，并形成uhpc加固面层提高石楼板的抗弯能力和承载力，能够有效防止石楼板脆性破坏坍塌，改变其破坏模式为延性破坏，具有一定的变形能力，有效解决了现有技术中石楼板易脆断、加固施工困难和加固成本高的问题。
21.2、在uhpc原料中引入改性玄武岩纤维，其能够和硅灰、石灰石粉、石英砂以及细玻璃粉等细骨料协同作用，可在保留uhpc材料抗压强度高等优点的同时，大大增加其抗拉、耐磨和抗冲击等性能，在用于对砌体结构房屋的加固时，起到加固补强、增强增韧的作用，增加了房屋的承载能力、变形能力以及整体性能，可广泛应用于整毛石墙体抗震加固。海藻纤维能够在uhpc材料中形成网状结构，增强uhpc各原料之间的结合能力，提高混凝土的力学性能和耐久度。而不同粒径的粗玻璃粉和细玻璃粉
22.3、通过在环氧树脂和环己烷中加入柠檬酸，利用环氧基和羧基的反应对环氧树脂进行改性，然后与不饱和脂肪酸桐油酸发生酯化反应，从而得到强酸改性的环氧树脂，再利用自由基聚合接枝丙烯酸，最终制得了附着力粘结性能优异的水性丙烯酸环氧酯，且具有较好的稳定性和防腐蚀能力，能够延长其服役年限。
23.4、单块石楼板受力状态为单向板，而传统钢筋网砂浆(或聚合物)面层加固强度低，相邻石楼板之间黏结弱不能协同受力，加固后石楼板还是单向的传力状态。采用高强钢丝网uhpc加固后，所有石楼板与加固层形成整体，相邻石楼板之间协同受力，加固后石楼板整体类似双向板的传力状态；加固前后石楼板受力状态分别如图1和2所示。本发明的加固方法避免了石楼板传统钢筋混凝土面层加固方法施工中支模、浇筑、等复杂施工工序，以高强钢丝网uhpc加固，膨胀螺栓固定钢丝网、人工抹压uhpc，达到无需支模浇筑，节约人力物力的简单、快捷的加固施工过程。
24.5、本发明的uhpc加固面层增加了石楼板结构厚度，增加板的平面内刚度，使得石
楼板在一定程度上满足平面内无限刚的假定条件。同时降低石结构房屋在正常使用中及地震时发生严重破坏甚至倒塌的风险，减少甚至免去强震后结构的修复工作。
附图说明
25.图1为单块石楼板单向传力状态；
26.图2为加固后石楼板双向传力状态。
具体实施方式
27.实施例1
28.一种改变石楼板受力状态提高抗弯强度的uhpc加固方法，依次包括以下步骤：
29.(1)采用砂轮或钢丝刷清除待加固石楼板的装饰和抹灰面层直至露出完整石材结构，清扫底部表面粉尘，清水冲刷，然后在底部表面涂抹一层界面粘结剂；
30.(2)配置uhpc材料，然后分两次涂抹在待加固石楼板底部表面，第一层uhpc材料将灰缝全部覆盖，再将uhpc材料抹压进灰缝中，形成uhpc加固面层，同时通过膨胀螺栓在uhpc加固面层固定高强钢丝网；
31.(3)洒水养护28d至uhpc材料基体龄期，完成石楼板加固。
32.其中，所述界面粘结剂通过以下方法制备得到：将环氧树脂、环己烷和柠檬酸混合后加热至120℃温度下反应1h，然后加入桐油酸在100℃温度下回流脱水，再加入乙醇，得混合液；在90℃温度下向混合液中滴加丙烯酸和偶氮二异丁腈，持续2-3h，降温至室温并加入氨水至中性，得界面粘结剂。环氧树脂、环己烷和柠檬酸质量比为10:2:1；桐油酸、乙醇、丙烯酸和偶氮二异丁腈质量比为1:1:2:18。
33.uhpc材料包括以下重量份组分：硅酸盐水泥500份、硅灰180份、石灰石粉510份、石英砂710份、聚羧酸系减水剂15份、水230份、改性玄武岩纤维25份、海藻纤维20份、粗玻璃粉100份和细玻璃粉100份。改性玄武岩纤维通过以下方法制得：将玄武岩纤维于650℃条件下烘烤12h，用30wt％的硫酸溶液浸润刻蚀3h，经清洗和干燥，然后在含6wt％硅烷偶联剂kh550的乙醇溶液中浸泡4h，继续清洗和干燥，得改性玄武岩纤维。粗玻璃粉目数为90目，细玻璃粉目数为1000目。
34.实施例2
35.一种改变石楼板受力状态提高抗弯强度的uhpc加固方法，依次包括以下步骤：
36.(1)采用砂轮或钢丝刷清除待加固石楼板的装饰和抹灰面层直至露出完整石材结构，清扫底部表面粉尘，清水冲刷，然后在底部表面涂抹一层界面粘结剂；
37.(2)配置uhpc材料，然后分两次涂抹在待加固石楼板底部表面，第一层uhpc材料将灰缝全部覆盖，再将uhpc材料抹压进灰缝中，形成uhpc加固面层，同时通过膨胀螺栓在uhpc加固面层固定高强钢丝网；
38.(3)洒水养护28d至uhpc材料基体龄期，完成石楼板加固。
39.其中，所述界面粘结剂通过以下方法制备得到：将环氧树脂、环己烷和柠檬酸混合后加热至130℃温度下反应2h，然后加入桐油酸在110℃温度下回流脱水，再加入乙醇，得混合液；在95℃温度下向混合液中滴加丙烯酸和偶氮二异丁腈，持续2h，降温至室温并加入氨水至中性，得界面粘结剂。环氧树脂、环己烷和柠檬酸质量比为11:2:1；桐油酸、乙醇、丙烯
酸和偶氮二异丁腈质量比为3:2:2:21。
40.uhpc材料包括以下重量份组分：硅酸盐水泥550份、硅灰190份、石灰石粉520份、石英砂720份、聚羧酸系减水剂24份、水240份、改性玄武岩纤维28份、海藻纤维30份、粗玻璃粉140份和细玻璃粉120份。改性玄武岩纤维通过以下方法制得：将玄武岩纤维于650℃条件下烘烤12h，用30wt％的硫酸溶液浸润刻蚀3h，经清洗和干燥，然后在含6wt％硅烷偶联剂kh550的乙醇溶液中浸泡4h，继续清洗和干燥，得改性玄武岩纤维。粗玻璃粉目数为90目，细玻璃粉目数为1000目。
41.实施例3
42.一种改变石楼板受力状态提高抗弯强度的uhpc加固方法，依次包括以下步骤：
43.(1)采用砂轮或钢丝刷清除待加固石楼板的装饰和抹灰面层直至露出完整石材结构，清扫底部表面粉尘，清水冲刷，然后在底部表面涂抹一层界面粘结剂；
44.(2)配置uhpc材料，然后分两次涂抹在待加固石楼板底部表面，第一层uhpc材料将灰缝全部覆盖，再将uhpc材料抹压进灰缝中，形成uhpc加固面层，同时通过膨胀螺栓在uhpc加固面层固定高强钢丝网；
45.(3)洒水养护28d至uhpc材料基体龄期，完成石楼板加固。
46.其中，所述界面粘结剂通过以下方法制备得到：将环氧树脂、环己烷和柠檬酸混合后加热至140℃温度下反应2h，然后加入桐油酸在120℃温度下回流脱水，再加入乙醇，得混合液；在100℃温度下向混合液中滴加丙烯酸和偶氮二异丁腈，持续3h，降温至室温并加入氨水至中性，得界面粘结剂。环氧树脂、环己烷和柠檬酸质量比为12:3:1；桐油酸、乙醇、丙烯酸和偶氮二异丁腈质量比为5:3:3:25。
47.uhpc材料包括以下重量份组分：硅酸盐水泥600份、硅灰200份、石灰石粉530份、石英砂730份、聚羧酸系减水剂30份、水250份、改性玄武岩纤维30份、海藻纤维40份、粗玻璃粉180份和细玻璃粉140份。改性玄武岩纤维通过以下方法制得：将玄武岩纤维于650℃条件下烘烤12h，用30wt％的硫酸溶液浸润刻蚀3h，经清洗和干燥，然后在含6wt％硅烷偶联剂kh550的乙醇溶液中浸泡4h，继续清洗和干燥，得改性玄武岩纤维。粗玻璃粉目数为90目，细玻璃粉目数为1000目。
48.实验例
49.采用实施例2所示的方法进行加固，分别测定未加固石楼板试件1、单块石楼板加固试件2、单块石楼板加固试件3、三块石楼板加固试件4和三块石楼板加固试件5的试验试件所测截面极限弯矩、极限荷载对应跨中挠度和最大变形，其结果见表1。
50.表1试验结果统计表
[0051][0052]
表1中：mu为试验试件所测截面极限弯矩；δu为试件极限荷载对应跨中挠度；δ
max
为试件最大变形。
[0053]
由表1可知，单块石楼板加固试件2和单块石楼板加固试件3相比未加固石楼板试
件1，其极限荷载提高了11.1％-39.5％；极限荷载对应跨中挠度提高了86.5％-159.5％；跨中最大挠度提高了440.1％-983.7％。
[0054]
三块石楼板加固试件4、三块石楼板加固试件5相比未加固石楼板试件1，其极限荷载提高了188.8％-255.6％；极限荷载对应跨中挠度提高了21.6％-56.8％；跨中最大挠度提高了321.6％-862.2％。
[0055]
相比单块石楼板加固，三块石楼板加固试件的跨中挠度数据降低11％-35％，但抗弯承载能力提高了154％-160％。因为三块石楼板加固试件能都使相邻石楼板协同受力且整体破坏，相比单块石楼板加固试件截面抗弯刚度增加，抗弯承载力提高。
[0056]
试件受荷至破坏过程中，uhpc加固层提供了一定的抗弯承载力、增加了石楼板截面刚度、提升了石楼板的变形能力，而且uhpc与石楼板粘结可靠，能够协同相邻石楼板整体受力，起到了良好的加固效果。结果表明，uhpc面层嵌缝加固石楼板是一种能有效提高承载力、变形能力，改善既有石楼板传力方式的加固方法。
[0057]
当达到正常使用极限状态时，三块石楼板加固试件跨中挠度约为4.5-5.8mm，相比混凝土设计规范中受弯构件的正常使用极限状态挠度限制为l0/250＝12mm要小的多，满足受弯构件挠度限制要求。
[0058]
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。