一种高延性纤维混凝土及其用于加固梁的施工方法技术

本发明专利技术公开了一种高延性纤维混凝土及其用于加固梁的施工方法，该混凝土包括水泥、粉煤灰、石灰石粉、水、普通河砂、减水剂和PVA纤维；施工时首先将原混凝土梁底钢筋保护层凿除，使受力钢筋外露，新增受力主筋与原受力主筋用短筋焊接，然后在表面浇筑高延性纤维混凝土。以解决现有加固施工工艺方法操作性差的问题。本发明专利技术利用高延性纤维混凝土的力学性能，加固后新增结构与原结构良好的共同工作性能及整体性可大幅度提高原混凝土梁的承载性能，加固工艺简单、施工便捷且增加截面较小，结构安全及适用性较好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于混凝土梁的加固施工方法，具体涉及一种高延性纤维混凝土及其用于加固梁的施工方法。
技术介绍
钢筋混凝土梁是工业与民用建筑物中的重要构件之一，应用非常广泛。在梁构件服役使用过程中，由于施工先天不足，使用条件变化及混凝土材料劣化、钢筋锈蚀等耐久性损伤等原因导致钢筋混凝土梁承载性能退化，出现承载力不足现象，为确保结构安全、正常使用，需对其进行加固补强。传统的混凝土梁增大截面加固法，是采用同种材料的钢筋混凝土增大原混凝土梁承载截面积，以达到提高结构承载力的目的。现有加固技术缺点是现场作业工作量大，自重大，养护期长，对生产和生活有一定的影响，且截面增大对结构外观及房屋净空也有一定的影响。混凝土结构在服役期间出现性能劣化、失效以致退出服役，大多与材料的脆性及开裂有关，传统水泥基复合材料抗拉强度低、抗裂性能差、脆性大，当温度变形与收缩变形受到约束时，很容易引起材料的开裂。裂缝的存在不仅降低了材料的承载能力，使材料在低于极限荷载的作用下发生破坏，而且为有害介质如水、Cl-、CO2等提供了侵蚀的通道，从而使结构的耐久性大幅度降低。纤维混凝土将合成化学纤维和传统的混凝土相结合，是混凝土改性研究的一个重要领域，而高延性纤维混凝土材料作为一种新型复合材料，以其抗拉强度高、质量轻、耐腐性好、施工方便等优点，受到广大工程界人士的青睐。
技术实现思路
针对现有混凝土预制楼板加固方法的缺陷和不足，本专利技术基于纤维材料微观力学性能设计方法，考虑纤维特性、基体特性和纤维与基体界面特性及其之间的相互作用影响，通过对材料配合比设计优化后得到的高延性水泥基复合材料，利用高延性纤维混凝土力学性能，提出一种安全、高效、性能良好的一种高延性纤维混凝土及其用于加固梁的施工方法。为了实现上述任务，本专利技术采用的高延性纤维混凝土加固梁的具体技术方案如下：一种高延性纤维混凝土，包括水泥、粉煤灰、石灰石粉、水、普通河砂、减水剂和PVA纤维。具体的，水泥和粉煤灰组成胶凝材料，胶凝材料中水泥与粉煤灰的质量比为1:1.5,水与胶凝材料的质量比为0.3，普通河砂与凝胶材料的质量比为0.331～0.352，PVA纤维在所述的高延性纤维混凝土中的体积掺量为0.5％～1.5％，减水剂与水泥的质量比为1.22，石灰石粉与水泥的质量比为0.1124～0.1538。优选的，水泥和粉煤灰组成胶凝材料，胶凝材料中水泥与粉煤灰的质量比为1:1.5,水与胶凝材料的质量比为0.3，普通河砂与凝胶材料的质量比为0.352，PVA纤维在所述的高延性纤维混凝土中的体积掺量为0.5％，减水剂与水泥的质量比为1.22，石灰石粉与水泥的质量比为0.1124。优选的，水泥和粉煤灰组成胶凝材料，胶凝材料中水泥与粉煤灰的质量比为1:1.5,水与胶凝材料的质量比为0.3，普通河砂与凝胶材料的质量比为0.347，PVA纤维在所述的高延性纤维混凝土中的体积掺量为1.0％，减水剂与水泥的质量比为1.22，石灰石粉与水泥的质量比为0.1327。优选的，水泥和粉煤灰组成胶凝材料，胶凝材料中水泥与粉煤灰的质量比为1:1.5,水与胶凝材料的质量比为0.3，普通河砂与凝胶材料的质量比为0.331，PVA纤维在所述的高延性纤维混凝土中的体积掺量为1.5％，减水剂与水泥的质量比为1.22，石灰石粉与水泥的质量比为0.1538。更具体的，所述的水泥为P·II42.5R水泥，粉煤灰为低钙粉煤灰，石灰石粉的粒径为10～21μm；普通河砂粒径的级配包括：0.53～1.12mm，49.3％；0.26～0.53mm，25.7％；0.12～0.26mm，17.5％；<0.12mm，7.5％；减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，固含量为35％，减水率30％～38％；PVA纤维极限抗拉强度≥1340MPa，弹性模量22.6GPa，极限伸长率9～12％，直径25～36μm，长度为15mm，密度为1.5g/cm3。再具体的，所述的高延性纤维混凝土的制作流程包括：先将水泥、粉煤灰、普通河砂和石灰石粉混合干拌至各颗粒组分间混合均匀得到混合物料，然后将减水剂用水溶解后得到减水剂水溶液，质量分数为75％～85％减水剂水溶液加入混合物料中搅拌获得均匀流动的浆体，将PVA纤维均匀分散在浆体中得到纤维匀浆，再将余下的质量分数为15％～25％的减水剂水溶液加入纤维匀浆中拌匀即得。一种高延性纤维混凝土加固梁的施工方法，首先，凿除待加固混凝土梁表面的粉刷层至混凝土结构层，使混凝土梁底部第一受力钢筋截面露出至少一半；其次，在混凝土梁与混凝土柱交接处钻孔植入第二受力钢筋；第三，用焊接短筋加固第二受力钢筋与第一受力钢筋形成的间隙；最后，在混凝土梁的凿除面上压抹高延性纤维混凝土层，所述的高延性纤维混凝土层使用权利要求1～7所述的高延性纤维混凝土，高延性纤维混凝土层的厚度为25mm，养护后即得高延性纤维混凝土加固梁。进一步的，所述的第二受力钢筋是直径为25mm的三级钢；钻孔的孔径为28mm，孔深≥15d。更进一步的，所述的焊接短筋是直径为20mm的三级钢短筋，焊接短筋长100mm，相邻焊接短筋之间的间距为200～400mm。本专利技术的优点为：(1)本专利技术采用级配优化的集料和国产短切粗PVA纤维制备的高延性水泥基复合材料作为加固面层材料，可明显提高混凝土的抗裂性，构件耐久性能显著提升；(2)采用高延性纤维混凝土与新增纵筋与原钢筋连接协同作用加固方法，加固梁极限承载力显著提高，其变形延性大幅度增加，并且和原结构的粘接性能良好，可显著提高构建的整体性和抗震性能；(3)本专利技术的施工方法工艺简单、易操作，采用高延性水泥基复合材料具有良好的耐久性，可延长服役结构使用寿命，降低成本，采用该方法加固后增加截面较小，使用性较好。附图说明图1为实施例1中高延性纤维混凝土加固梁的结构示意图；图2为图1沿A-A的剖视图；图3为图1沿B-B的剖视图；图中各标号表示为：1-第一受力钢筋、2-焊接短筋、3-第二受力钢筋、4-高延性纤维混凝土层、5-混凝土梁、6-混凝土柱、7-箍筋；以下结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做具体说明。具体实施方式本专利技术采用石灰石粉较硅灰廉价，本试验采用的配合比中，小于10μm粒径的细颗粒含量分别为39.2％，需水量为91.3％，石灰石粉中的细颗粒含量及减水效果优于硅灰；采用45μm孔筛过滤石灰石粉，当砂浆中石灰石粉掺量小于15％时，石灰石粉的活性指数及水泥的强度贡献系数都提高。本专利技术中对砂的粒径进行了级配，此时的集料空隙率最小，总表面积最小，填充骨料空隙、包裹骨料表面所用的胶凝材料最少，配制出的混凝土的和易性最好。本专利技术的水泥为秦岭水泥P·II42.5R水泥，假如本专利技术中将秦岭水泥P·II42.5R水泥替换为P.O.52.5R硅酸盐水泥，本专利技术的混凝土的抗裂性能会降低11.37％，且养护成本增加。本专利技术中的PVA纤维极限抗拉强度≥1340MPa，弹性模量22.6GPa，极限伸长率9～12％，直径25～36μm，长度为15mm，密度为1.5g/cm3，本专利技术中采100mm×100mm×100mm混凝土试件进行立方体抗压强度试验，试块抗压强度平均值为71.2MPa，残余抗压强度可达到峰值荷载的86.4％；采用50mm×15mm×350mm的拉伸试件，单轴抗拉强度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高延性纤维混凝土，其特征在于，包括水泥、粉煤灰、石灰石粉、水、普通河砂、减水剂和PVA纤维。

【技术特征摘要】
1.一种高延性纤维混凝土，其特征在于，包括水泥、粉煤灰、石灰石粉、水、普通河砂、减水剂和PVA纤维。2.如权利要求1所述的高延性纤维混凝土，其特征在于，水泥和粉煤灰组成胶凝材料，胶凝材料中水泥与粉煤灰的质量比为1:1.5,水与胶凝材料的质量比为0.3，普通河砂与凝胶材料的质量比为0.331～0.352，PVA纤维在所述的高延性纤维混凝土中的体积掺量为0.5％～1.5％，减水剂与水泥的质量比为1.22，石灰石粉与水泥的质量比为0.1124～0.1538。3.如权利要求1所述的高延性纤维混凝土，其特征在于，水泥和粉煤灰组成胶凝材料，胶凝材料中水泥与粉煤灰的质量比为1:1.5,水与胶凝材料的质量比为0.3，普通河砂与凝胶材料的质量比为0.352，PVA纤维在所述的高延性纤维混凝土中的体积掺量为0.5％，减水剂与水泥的质量比为1.22，石灰石粉与水泥的质量比为0.1124。4.如权利要求1所述的高延性纤维混凝土，其特征在于，水泥和粉煤灰组成胶凝材料，胶凝材料中水泥与粉煤灰的质量比为1:1.5,水与胶凝材料的质量比为0.3，普通河砂与凝胶材料的质量比为0.347，PVA纤维在所述的高延性纤维混凝土中的体积掺量为1.0％，减水剂与水泥的质量比为1.22，石灰石粉与水泥的质量比为0.1327。5.如权利要求1所述的高延性纤维混凝土，其特征在于，水泥和粉煤灰组成胶凝材料，胶凝材料中水泥与粉煤灰的质量比为1:1.5,水与胶凝材料的质量比为0.3，普通河砂与凝胶材料的质量比为0.331，PVA纤维在所述的高延性纤维混凝土中的体积掺量为1.5％，减水剂与水泥的质量比为1.22，石灰石粉与水泥的质量比为0.1538。6.如权利要求1、2、3、4或5所述的高延性纤维混凝土，其特征在于，所述的水泥为P·II42.5R水泥，粉煤灰为低钙粉煤灰，石灰石粉的粒径为10～21μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗元耀，牛荻涛，董振平，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61