利用胶化聚合物保护建筑物或建筑群免受地震波危害的方法
【专利说明】利用胶化聚合物保护建筑物或建筑群免受地震波危害的方法
[0001]建造在地震带的建筑物受限于越来越严格的规章。
[0002]这些规章涉及建筑物的实际结构，也涉及用于补偿运动和用于隔震系统上的建筑的机械系统。隔震系统能使建筑物的上部结构(即由隔离器支撑的建筑部分)的运动几乎与地面的部分脱尚。
[0003]大多数隔震系统只在水平面起作用，因为水平地震组分对结构而言通常是最危险的，而且要避免上部结构的摇动，这种隔震系统难以控制且成本高。如果建筑物受水平隔震系统的保护，其上部结构将会是并且保持着在隔离器的设计位移内的完全自由的横向运动，该隔离位移的变化范围从欧洲的数十厘米到地震多发区，如日本或加利福尼亚州的一米甚至更大。另外，对于某些种类的隔离器(例如橡胶支座，曲面滑块)，还必须确保上部结构在垂直方向上的几厘米的自由运动，因为上述隔离器的水平形变也会引起(有限的)上部结构本身的垂直运动。
[0004]对于建筑物，所有的这些作用的实现归功于横向结构间隙，横向结构间隙将被隔离的建筑物与周围的地面或相邻的建筑(包括地震隔离的和常规建造的两种)分离开。目前，这种间隙为空隙，需要在整个建筑物的使用寿命期间保持为空。这通常是个难以保证的条件，特别是在建筑物建造多年之后，由于缺少足够的维护，和更常见的，在一些国家人们对地震危险的察觉力较低。
[0005]此外，抗震规章规定，适当宽度的结构间隙存在于相邻建筑物之间，甚至要防备二者都没有隔震系统，以在地震中避免这种建筑之间的碰撞，该碰撞是这种建筑的不同振动行为的结果。然而，很多现存的建筑都不遵守这个规定。
[0006]最后，但同样重要的是，需要考虑到最近的研究结果，该结果通过在敏感建筑物周围提供隔离洞的方式对抗偏转地震波。这些大尺寸(直径3米，深度5米)的洞具有使源自震中的波偏转的特性，地震波因而无法到达受保护的建筑物。这项技术在专利申请FR2964580中有描述。
[0007]这种位于建筑物的四周以保护建筑物的装置需要占用建筑物周围很大的区域，且偏转的地震波会增大附近的建筑物所受的振幅。此外，为了保持有效，该隔离洞内应保持没有泥土或硬质材料，这往往是难以长时间保证的。
[0008]因此，需要解决的问题是提出一种用于保护建筑物或建筑群免受地震波的水平组分危害的方法，如上所述，地震波的水平组分通常是对结构而言最危险的(通常，只有在震中区域，地震波的垂直组分的影响才会很重要)。
[0009]为了这个目的，本申请提出了一种包括使用胶化聚合物以吸收会冲击地基的垂直墙的地震波的水平组分的方法。
[0010]换句话说，本发明涉及一种用于保护建筑物或建筑群免受地震波的水平组分危害的方法，包括:
[0011]-在建筑物或建筑群的整个或部分外围形成沟槽，或在建筑物下方挖出洞穴；
[0012]-往沟槽或洞穴中填充能够在该沟槽内胶化的至少一种预胶化的聚合物，或往沟槽或洞穴中填充能够在个沟槽内胶化的至少一种聚合物和/或可聚合单体的混合物。
[0013]研究表明，利用胶化聚合物有利于吸收会冲击地基的垂直墙的地震波的水平组分。这种凝胶可称作基于凝胶的耗能复位聚合物。
[0014]该凝胶能在地震时和地震停止瞬间通过使建筑物复位减弱地震波带来的能量。
[0015]根据本发明，该沟槽紧靠地基形成于建筑物的整个或部分外围。
[0016]根据另一个实施例，该沟槽形成于建筑物或建筑群的整个或部分外围，并与该建筑物或建筑群相距一段距离。
[0017]根据另一个实施例，该沟槽形成在两个相邻的建筑物之间。本实施例特别适用于建筑物不具备抗震保护措施的有历史的地区和位于建筑物之间的窄小街道。
[0018]本发明的方法确保了沟槽的持续性效果，考虑到意在保护建筑物或结构或建筑群(例如完整的古宅)的地面的衰减特性，这些目标既无意也不可能将抗震隔离器放置于其下，或用其他翻新技术充分加固，或防止相邻的建筑物相撞，因为结构间隙没有足够的宽度。
[0019]根据另一个实施例，在建筑物下挖出洞穴，优选地，为了增大隔震系统的必要的衰减和复位要素，沿着抗震隔离器挖掘该洞穴。
[0020]本发明的方法与其他抗震保护措施一起使用或配合使用。这些抗震保护措施在本发明的方法提出之前可能已存在。抗震保护措施例如为地震隔离器、设于建筑物地基的柔性支撑物、弹性隔离器、滑块、旋转球或球体轴承、管子、沙子等。
[0021]此外，本发明的方法可方便地应用于升级现有的隔震系统，以防该地区有新的地震分级。事实上，这种地震分类导致隔离器的最大水平变形需要增大，且从而导致建筑物旁的沟槽宽度也需增大，而这常常不是能够实现的。其次，在隔离器和沟槽不能根据修改的地震危险值的要求横向变形的情况下，将凝胶填充到现有的围绕被配备的建筑物的空沟槽将不需要修改沟槽，或取代现有的隔离器。
[0022]在升级现有隔震系统的特殊情况下，建筑物已经被空沟槽环绕，在地震发生时能够位移，灌入沟槽的凝胶能够无需增大间隙宽度和/或更换隔离器地满足更严格的地震分级。附随的优点是，凝胶保护间隙免受插入其中的泥土或其它硬质材料的阻碍，在未来，保护抗震上部结构的自由运动。
[0023]无论如何，胶化或可胶化的聚合物是自然的或人工合成的吸水性聚合物，能吸收大量的水，被称为有超强吸收能力的或SAP (superabsorbent polymer)聚合物。
[0024]在聚合物被预胶化的情况下，通过将至少一种SAP聚合物与水混合，在填充沟槽前预备好凝胶。该沟槽继而被大量或充分膨胀的聚合物填满。
[0025]在另一个实施例中，凝胶在沟槽内原处形成。在这种情况下，该沟槽在原处被至少一种聚合物和/或可胶化的交联单体填满。
[0026]为此:
[0027]-沟槽被预先溶解于水的不交联的吸水性聚合物填满，其中加入交联剂。这种情况下，聚合物凝胶在沟槽内。
[0028]-或者，沟槽被预先溶解于水的吸水性单体的混合物填满，其中加入交联剂和催化剂。这种情况下，单体聚合，并继而交联以形成遇水膨胀的聚合物。
[0029]根据本发明，SAP聚合物从例如非离子的、阴离子的和/或阳离子的单体中获取。
[0030]通常优选地，本发明中使用的SAP聚合物是交联的且从下列水溶性单体的聚合中没有技术限制地获取:
[0031]-阴离子单体。有利地，该阴离子单体从包括具有羧基功能的单体的组中选出，例如丙烯酸、甲基丙烯酸及其和盐类、具有磺酸功能的如2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体(2-acryIamido-2-methylpropanesulphonic, ATBS)及其盐类。
[0032]-非离子单体。有利地，该非离子单体从包括丙烯酰胺，丙烯酰胺衍生物，例如N-烷基丙烯酰胺和N，N-二烷基丙烯酰胺，的组中选出。也可以使用甲酰胺、N-乙烯基吡啶、N-乙烯基吡咯烷酮，羟烷基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，以及承载烷氧基链和丙烯酰吗啉(acryloyl morpholine, ACM0)型的(甲基)丙稀酸。
[0033]-阳离子单体。优选地，该非离子单体从包括二烯丙基二烷基铵盐的组中选出，例如二甲基二稀丙基氯化钱(diallyl dimethyl ammonium chloride, DADMAC)和二烧基氨基烧基丙稀酸酯和甲基丙稀酸酯，尤其是二烧氨基乙酯丙稀酸酯(dialkylaminoethylacrylate, ADAME)和甲基丙稀酸二烧氨基乙酯(dialkylaminoethyl methacrylate,MADAME)，以及他们的酸化或季铵化形式。
[0034]在优选的实施例中，该聚合物为丙烯酰胺和部分或完全的丙烯酸盐的交联共聚物，并和优选地包含40-90mol %的丙烯酰胺与10-60mol %的部分或完全的丙烯酸盐。
[0035]用中和的丙烯酸替代一定比例的丙烯酰胺能够提高SAP聚合物的溶胀性，例如减少所需的聚合物的量。
[0036]SAP聚合物也可以是结合的，即可以另外包含吸水性单体单元、部分或完全不吸水的单体单元。该SAP聚合物因而是交联且结合的。在SAP聚合物交联且包含部分或完全不吸水单体单元的情况下，凝胶会变得较硬。
[0037]不吸水单体具有不吸水特性，例如乙氧基烷基(甲基)丙烯酸盐或乙氧基烷基(甲基)丙烯酰胺。
[0038]催化剂例如为氧化还原对，如过氧化氢异丙苯和亚硫酸氢盐，及含氮化合物，如2，2’ -偶氣双(异丁臆)。
[0039]该聚合物为交联的，或通过交联剂以多官能团单体的形式聚合(亚甲基双丙烯酰胺、盐化或季铵化三烷基胺等)，或通过对聚合物进行后处理，例如通过添加交联剂，如柠檬酸铝、乳酸锆或钛酸盐。
[0040]这些凝胶也可以从交联的自然聚合物中获得，如与硼酸盐或锆盐交联的果阿胶。这些产品更易被生物降解，必须用大量的杀菌剂保护。
[0041]通常来说，所有用于本发明的聚合物都可以用杀菌剂保护。在实践中，杀菌剂被添加到凝胶或聚合物和/或可交联单体中。
[0042]在沟槽中，优选地，SAP聚合物充分膨胀。
[0043]该沟槽可以直接在地基上挖掘，或在距建筑物或建筑群一定的距离处挖掘。该距离在I米到50米之间，最好是在2米到10米之间。
[0044]通常，连续的沟槽围绕建筑物或建筑群挖掘，也就是说，在建筑物或建筑群的整个外围。该沟槽被称为外周沟。相邻的两个建筑物之间可挖掘一条沟。
[0045]在建筑物正在修建时实施本发明的方法的情况下，沟槽通过在距地基0.2米到I米的位置建造两条平行于地基的墙而形成。
[0046]在为了保护现有建筑物或建筑群而实施本发明的方法的情况下，利用挖沟机挖掘沟槽。
[0047]这些挖沟机有几种型号:
[0048]-轮式挖沟机，允许的最大深度为1.20米/1.50米，宽度很窄