一种纤维板、制备方法及包含其的建筑结构加固系统与流程

本发明涉及建筑结构加固，具体涉及一种纤维板、制备方法及包含其的建筑结构加固系统。

背景技术：

1、随着我国经济的飞速发展，我国建筑设施的数量也在迅猛增长。桥梁作为我国主要交通建筑设施之一，其使用安全至关重要。但是桥梁的桩柱由于长时间与水接触很容易受到腐蚀，而被腐蚀后的桩柱的关键承重构件很容易受到损坏，甚至可能导致桥梁部分或全部结构发生倒塌。因此，对桥梁的桩柱表面进行加固是解决这一问题的主要现行手段。

2、传统的加固技术包括在被腐蚀或受损结构的外部安装钢套筒、浇筑钢筋混凝土保护层或粘贴纤维复合材料等方法，但这些方法均存在对基面平整度要求高、水下施工不方便、自重大及防腐蚀年限短等问题。基于此，拥有强度高、自重轻、防腐蚀效果好等优点的纤维套筒加固系统逐渐被应用于建筑结构如桩柱的加固中。

3、目前，用于制作纤维套筒的纤维板受其现用生产工艺限制，厚度范围为3～13mm，常用厚度为5mm，较厚的纤维板在弯曲成套筒以包裹桩柱表面时具有较大张力，增加了现场施工的难度。同时，由于各桩柱的尺寸不同，其加固所需的纤维套筒的尺寸也就不同，因此，出于加固效果和经济成本的考虑，目前纤维套筒大多采用根据实际需要加固的尺寸大小进行订制的方法，但延长了加固作业的时间；当所要加固的桩柱的尺寸较大时，需要制作的纤维板或纤维套筒的尺寸也会随之增加，进而增加了运输难度；当所要加固的桩柱的尺寸较小时，较厚的纤维板又不易安装。而且，由于较厚的纤维板弯曲后具有较大张力，故在纤维板搭接处需要使用不锈钢钉才可完成连接，但是不锈钢钉的使用又容易产生缝隙，导致水或水汽渗入纤维套筒内部的灌浆料或桩柱中造成腐蚀，缩短纤维套筒的加固寿命。另外，由于桩柱需要加固的时间不固定，当在温度较低的条件下进行加固作业时，所用的加固灌浆料容易出现粘度过高、固化过慢甚至冻融现象，严重降低加固效果。因此，现用的纤维板仍然具有很大的改进空间。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供一种纤维板、制备方法及包含其的建筑结构加固系统，该纤维板带有可加热功能，使灌浆加固效果不再受外界温度的约束和影，且厚度较薄，可实现预先批量化生产；制备方法步骤简单，易实现规模化生产；包含其的建筑结构加固系统的施工便捷度明显提高。

2、为解决以上技术问题，本发明的第一方面提供一种纤维板，包括复合固化的导热层和保温层；所述保温层由第一纤维织物层和树脂体系b压合固化而成；

3、所述导热层由电热网和第二纤维织物层以及树脂体系d压合固化而成，其中，所述树脂体系d的原料包括导热填料、树脂和固化剂。

4、本发明提供的纤维板，通过将电热网、导电填料和树脂体系d压合固化得到导热层，对电热网通电加热时，热量可通过导电填料传递给与导热层相接触的灌浆料，进而避免灌浆料在温度较低时出现粘度过高、固化过慢甚至冻融的现象，以保证理想的加固效果；具有低导热系数的保温层将导热层的热量与外界环境隔绝，以减少热量向环境中的扩散。

5、结合第一方面，所述树脂体系b和/或树脂体系d中还包括内脱模剂；

6、当添加内脱模剂时，在所述树脂体系d中，所述树脂和导热填料的质量比为100：20～50，组成导热树脂，所述导热树脂与固化剂和内脱模剂的质量比为100：80～100：5～10；

7、在所述树脂体系b中，所述树脂、固化剂和内脱模剂的质量比为100：80～100：5～10。

8、上述导热树脂或树脂与固化剂和内脱模剂的比例可以保证所得纤维板具有较优的力学性能。

9、可选地，所述内脱模剂包括int-1890m、mr-3908和deawa 4193n中的至少一种。

10、也可以选择使用外脱模剂或者外脱模剂与内脱模剂搭配使用，其中外脱模剂在合模前直接涂抹到模具内表面即可。

11、所述外脱模剂包括f-375和rf-1264w中的至少一种。

12、结合第一方面，所述保温层铺设1～2层所述第一纤维织物层，所述导热层铺设1～2层所述第二纤维织物层及1层所述电热网。

13、当导热层包括2层纤维织物时，制备时应保证电热网处于纤维板的中间层或次外层。所述纤维织物与所述电热网的尺寸应保持一致，以保证所得纤维板的性能分布均匀。

14、所述纤维织物在所述保温层和导热层中的纤维体积分数可以为40％～80％，该范围可以使纤维板的综合力学性能更强。

15、结合第一方面，所述纤维板的厚度为0.5～1.5mm。

16、该厚度范围的纤维板的厚度薄，张力小，从而在进行实际加固作业时，无须使用不锈钢钉即可将纤维板固定在加固结构上，避免了由于不锈钢钉的使用而导致水由不锈钢钉固定处渗入纤维板并对内部结构造成的腐蚀；同时其易于卷曲存放和现场施工，解决了现有纤维板需要临时订制、运输困难以及需要使用不锈钢钉固定搭接处的问题。

17、进一步地，当所要加固的结构的直径较小时，采用本发明提供的纤维板可显著降低施工难度。

18、优选地，所述纤维板的厚度为1.0mm。

19、虽然本发明提供的纤维板的厚度比现有纤维板的厚度明显降低，但是，在该纤维板的主要原料树脂和纤维织物的配合使用以及纤维板结构的特定排列下，本发明得到的纤维板所能达到的加固效果并未因厚度的减小而受到影响。

20、结合第一方面，所述第一纤维织物层和第二纤维织物层中的纤维织物选自碳纤维织物、玻璃纤维织物、芳纶纤维织物和玄武岩纤维织物中的至少一种。由于各纤维织物本身的力学性能并不相同，在实际生产时，可根据待加固结构的具体情况选择适合的纤维织物。

21、结合第一方面，所述树脂体系b和树脂体系d均包括树脂和固化剂，其中，所述树脂选自双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂和双酚s型环氧树脂中的至少一种。

22、上述环氧树脂的电气绝缘性能良好，吸水率低、击穿电压高，能够确保纤维板应用于水下环境时不发生漏电现象。

23、结合第一方面，所述固化剂为酸酐类固化剂，该种类固化剂可确保所得纤维板即使在水下也可具有良好的电气绝缘性能。

24、优选地，固化剂可选择甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐和甲基纳迪克酸酐中的至少一种。

25、结合第一方面，所述导热填料包括石墨烯、石墨、碳纳米管和氮化硼中的至少一种。由于各导热填料的导热系数有所差异，在实际应用时可根据实际需要选择适合的导热填料。

26、优选地，石墨烯选用粒径为10～20μm的粉末状。

27、优选地，石墨选用粒径为80～100μm的粉末状。

28、优选地，碳纳米管选用长径比为103～106的粉末状。

29、优选地，氮化硼选用粒径为30～50μm的粉末状。

30、结合第一方面，电热网包括以铝、铜或铁铬铝合金为原料制成的电热金属丝网中的一种。

31、优选地，所用铝的纯度大于99.8％，所用铜的纯度＞99.95％，所用铁铬铝合金应至少包括60wt％的铁、30wt％的铬和5wt％的铝。

32、本发明的第二方面提供一种纤维板的制备方法，具体包括以下步骤：

33、s1、分别配制所述树脂体系b的浆液和树脂体系d的浆液；

34、s2、将所述纤维织物和电热网铺设于模具中，注入所述树脂体系d的浆液，合模加热至凝胶态，形成所述导热层，开模，将所述纤维织物铺设于所述导热层上，注入所述树脂体系b的浆液，合模加热至固化成型，脱模，得所述纤维板；或将所述纤维织物铺设于模具中，注入所述树脂体系b的浆液，合模加热至凝胶态，形成所述保温层，开模，将所述纤维织物和电热网铺设于所述保温层上，注入所述树脂体系d的浆液，合模加热至固化成型，脱模，得所述纤维板。

35、本发明通过采用模压成型的制备方法，得到了具有保温层和导热层结构的纤维板，其中，保温层与导热层均为具有柔韧性的树脂弹性体，两层紧密贴合、融为一体；该制备方法将所得纤维板的厚度大幅压缩，且压缩后的纤维板可收卷储存，实现了纤维板的预先批量生产，同时解决了现有纤维板因厚度较大不易卷曲而存在的运输困难的问题。该制备方法步骤简单，所需设备单一，易于实现规模化生产。

36、优选地，所得纤维板的宽度为30～50cm。

37、结合第二方面，所述合模加热至凝胶态具体为：模具温度为130～150℃，合模加热时间为40～60s，合模压力为1～2mpa；所述合模加热至固化成型具体为：模具温度为130～150℃，合模加热时间为10～15min，合模压力为5～12mpa。

38、上述模具温度、加热时间和合模压力范围可以保证成功获得保温层和导热层，同时兼顾所得纤维板的厚度与力学性能，进而获得结构功能、厚度和力学性能均满足使用要求的纤维板。

39、对浸有树脂的纤维织物和电热网施加一定压力可以保证树脂对纤维织物和电热网实现全面浸润，避免了出现贫树脂区而使纤维板不同部位的力学性能相差较大；另外，加压还可使各层纤维织物和电热网之间得以更好的粘接，保证了纤维板的力学性能不因其内部层数较多而受到影响。

40、本发明的第三方面提供一种建筑结构加固系统，该加固系统采用上述纤维板或按照上述制备方法制得的纤维板，采用该纤维板的建筑结构加固系统适用于多种不同结构的需要加固的建筑构件。

41、结合第三方面，所述加固系统包括：

42、纤维板套筒，在建筑结构待加固部位和非待加固部位螺旋缠绕所述纤维板而成，或者在建筑结构待加固部位和非待加固部位垂直缠绕所述纤维板1.5～3圈而成，其中，所述纤维板套筒与建筑结构之间预留灌注空间，所述非待加固部位为所述待加固部位之外30～80cm的区域；

43、灌浆料加固层，固化形成在所述纤维板套筒与建筑结构之间；

44、其中，在灌注所述灌浆料过程中，对所述纤维板内设置的电热网供电以调节所述纤维板套筒的温度，使所述灌浆料保持流动性。

45、将纤维板缠绕建筑结构的待加固区形成纤维板套筒，在纤维板套筒与建筑结构之间即可形成一定的灌注空间，在灌注过程中还可通过电热网来调整纤维板套筒的温度以保证灌浆料的流动性。该加固系统构成简单，便于实际应用。

46、结合第三方面，所述纤维板螺旋缠绕过程中，搭接宽度不低于10cm；

47、所述螺旋缠绕的螺旋角为60°～80°。

48、结合第三方面，在所述纤维板的搭接处涂覆封口材料；

49、在所述纤维套筒的顶部设有斜坡封顶；

50、所述灌浆料包括水下环氧灌浆料或水下水泥基灌浆料中的至少一种。

51、其中，灌浆料的种类可根据实际情况进行选择，并不局限于上述2种。

52、本发明的第四方面提供一种上述建筑结构加固系统的施工方法，具体步骤包括：

53、s1、确定建筑结构的待加固部位与非待加固部位，在所述非待加固部位设置限位器，使得所述纤维板在缠绕所述待加固部位时，在待加固部位和非待加固部位与所述纤维板之间形成灌注空间；

54、s2、根据所述待加固部位和非待加固部位的尺寸裁剪所需长度的纤维板，保证所裁剪的纤维板至少能够围绕所述待加固部位及非待加固部位两层；

55、s3、清洁裁剪好的所述纤维板，将所述纤维板预设的重叠部分涂抹封口材料，将所述纤维板的一端固定在所述待加固部位上方的非待加固部位，并使所述导热层靠近所述待加固结构进行缠绕形成纤维板套筒，同时将所述重叠部分按压密实，实现纤维板层间的无缝粘接；

56、s4、用紧固带缠绕在s3形成的所述纤维板套筒外，再用密封材料封住所述纤维板套筒的底部，将灌浆料灌注至所述纤维板套筒与所述待加固结构之间，灌注过程中通过对所述电热网供电以调节所述纤维套筒的温度，使所述灌浆料保持灌注所需流动性；

57、s5、待灌浆料完全固化后拆除所述紧固带，并用封顶材料进行斜坡封顶。

58、本发明提供的纤维板应用于建筑结构加固系统时，因其厚度较薄，在弯曲时产生的张力较小，故可通过多层缠绕的方式对待加固结构进行加固，降低了施工难度；且仅使用封口材料而无须使用不锈钢钉即可将纤维板的搭接处实现无缝粘接，因此，纤维板缠绕时的重叠部分以及搭接部分分别可通过封口材料加以密封和粘接，避免了水/或水汽向纤维板套筒内部的渗透，延长了纤维板套筒对建筑结构的加固寿命。

59、可选地，s3中所述封口材料可以为水下环氧胶粘剂或水下聚氨酯胶粘剂等具有防水作用的胶粘剂，以避免纤维板套筒的重叠部分遇水发生开裂。

60、可选地，s4中所述密封材料可以为可压缩密封条、土工布、针刺无纺布或水刺无纺布等。所述密封材料的厚度应大于所述限位器的高度，以保证密封材料不因灌浆料的注入而被挤出，从而发挥封底的作用。

61、可选地，s5中所述封顶材料可以为水下环氧胶粘剂或水下聚氨酯胶粘剂等。

62、结合第四方面，s4中灌注灌浆料时，将灌浆料至少分两次灌注至所述纤维板套筒与所述待加固结构之间，具体包括：

63、第一次灌注的高度为10～15cm，待灌浆料固化后用作封底；

64、对于第二次灌注，当所述待加固部位的高度不大于2m时，第二次灌注直接将所述灌浆料灌注至所述纤维板套筒的顶部，当所述待加固部位的高度大于2m时，第二次灌注的高度为1～1.5m，待所述灌浆料固化后按照灌注高度为1～1.5m的标准继续灌注，直至灌注至所述纤维板套筒的顶部。

65、将灌浆料分为多次灌注可以避免一次灌注大量灌浆料后其固化过程中产生的膨胀力导致纤维板套筒出现的胀模风险，而且，第一次灌注的灌浆料固化后还能够起到一定的防漏作用。

66、本发明的有益效果在于：本发明提供的纤维板具有加热功能，可通过对电热网通电加热使热量通过导电填料传递给与导热层相接触的灌浆料，进而避免灌浆料在温度较低时出现粘度过高、固化过慢甚至冻融的现象，使加固效果得到保证。而且，与现有技术相比，本发明提供的纤维板厚度薄而更易弯曲，解决了现有纤维板由于厚度较大而难以现场施工以及运输困难的问题；同时，较薄的纤维板弯曲时的张力较小，仅使用封口材料而无须使用不锈钢钉即可将纤维板的搭接处密封粘接，进而使现有纤维板因厚度较大而不得不使用不锈钢钉才可搭接固定的问题得到解决，同时也解决了传统套筒因须使用不锈钢钉锚固造成的套筒缝隙等缺陷而使水或水汽通过缺陷处进入套筒内部的问题，从而延长了纤维板套筒的加固寿命。

67、本发明还提供了纤维板的制备方法，该制备方法采用模压的方式得到了具有保温层和导热层双层结构且厚度可控的纤维板，并且该纤维板可收卷储存，实现了纤维板的预先批量化生产，解决了现有纤维板因厚度较大、不易储存和运输导致的只能临时订制的问题，加快了加固作业的周期。

68、本发明还提供一种建筑结构加固系统，该加固系统采用上述纤维板或按照上述制备方法制得的纤维板，构成简单，为多种建筑构件的加固提供了新的加固方法。

69、本发明提供的上述建筑结构加固系统的施工方法步骤简单，由于所用纤维板的厚度较小，从而可以采用缠绕的方式进行加固，且在纤维板的重叠部分和搭接部分涂抹封口材料即可实现密封粘接，明显提高了施工便捷度。