专利名称：一种泡沫混凝土预制板及用其加固混凝土结构的方法
技术领域：
本发明涉及土木工程技术领域，具体是一种采用预制性板材对混凝土结构快速修补和加固的方法，以及泡沫混凝土预制板。
背景技术：
一般混凝土结构的设计使用年限为50年。当建筑结构达到设计使用年限，结构性能没有大幅降低，经加固后仍能够继续正常使用的，考虑拆除重建成本较大，可以采用结构加固的办法，对结构进行维修、加固，保证其承载力满足规范要求。
结构没有达到使用年限，但由于使用维修不当或者建造质量原因，或在当前国家相关规范情况下，经结构鉴定不能满足承载力和耐久性设计要求的，或于新的使用要求，部分建筑要改变用途或进行加层等，需要对原结构进行加固。
目前，建筑结构的加固方法有加大截面、置换混凝土加固法、粘结外包型钢加固法、粘贴钢板加固法、粘贴纤维增强塑料加固法等方法。加大截面法和置换混凝土法均采用混凝土浇筑，虽然施工工艺简单、适应性强，但现场施工的湿作业时间长，不能满足周期短的要求。粘结外包型钢加固方法施工简单方便，但耗钢材量大，造价较高，而且不宜用于无防护情况下的高温场所。粘贴钢板加固法则适用于静荷载下的受弯或受拉构件的加固，不能提闻抗震性能。
因此，有必要研究出一种能够结合混凝土加固法和钢材加固法优点的方法，达到既减少湿作业，缩短施工周期，又减小钢材消耗量，提高建筑结构抗震性能方面的效果。
经对现有技术的文献检索，中国专利申请号:03227027.5，发明名称:一种钢板网泡沫混凝土轻质墙体板材，公开号:CN2599109，该专利概述为:一种钢板网泡沫混凝土轻质墙体板材，由作骨架的钢板网笼和作填充材料的泡沫混凝土两部分组成。该轻质墙体板材虽然轻质高强，结合了钢筋和混凝土的优势，可以预制，耐久性好，施工方便，但是不能用于承重，其用途受到较大的限制，因此有必要发明一种更具有普适性和应用性的预制板材。发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种泡沫混凝土预制板，以及采用泡沫混凝土预制板加固混凝土结构的方法，能够结合混凝土加固和粘钢法加固的优点，并具有快速轻便施工、施工作业少、施工周期短、加固效果好，加固构件可以预制，容易实现生产化等优势，能够用于柱、梁、板、桥墩、墙体等构件的加固，具有广泛的工程应用。
根据本发明的一方面，提供一种采用泡沫混凝土预制板加固混凝土结构的方法，包括如下步骤:
第一步，根据加固要求设计用于加固的泡沫混凝土预制板，该预制板由泡沫混凝土层，保温层和外观层组成，所述泡沫混凝土层由钢筋网或钢丝网或钢绞线和泡沫混凝土浇筑而成，钢筋网或钢丝网或钢绞线上搭接有箍筋，箍筋预留钢筋接头，供多个相邻预制板之间连接；或所述泡沫混凝土层由泡沫混凝土现浇而成；
第二步，对需要加固的结构构件外表面敷设一层弹性层；
第三步，将第一步设计的预制板紧紧外包于第二步敷设的弹性层上，并将相邻预制板对应的箍筋焊接，形成完整的加固层。
优选地，所述泡沫混凝土层，用于受压或受弯构件加固时，采用钢筋网，用于受拉构件加固时，采用钢丝网或钢绞线。
优选地，所述保温层由砂浆层、保温材料层组成。砂浆层设置在泡沫混凝土层和保温材料层之间。保温材料的轻质高性能，根据建筑环境要求，可采用聚氨酯泡沫或挤塑板；砂浆层具备一定的粘接性能，配比根据强度要求选用，起到粘接泡沫混凝土层与保温材料层的作用。
优选地，所述外观层由连接层、轻质板材组成，连接层为外观层与保温层界面的过渡层，轻质板材可以根据实际要求选用，比如FPP发泡板材、GRC轻质板材等。连接层可采用具备一定强度的界面粘接剂，如ABS粘接剂。
优选地，所述预制板与需要加固的结构构件的接触面为踢脚形式，并用螺栓连接。以增加预制板的抗剪能力。
优选地，所述预制板结合处采用预制板内预置的箍筋进行连接，能够有效约束预制板，提高预制板的整体工作性能，并提高原混凝土构件的抗压强度。
优选地，所述箍筋在需要加固的结构构件的端部进行加密设置。
优选地，所述相邻预制板的箍筋搭接处设有预留孔洞，该孔洞可制作成半圆形或弧形。
根据本发明的另一方面，提供一种泡沫混凝土预制板，该预制板由泡沫混凝土层，保温层和外观层组成，所述泡沫混凝土层由钢筋网或钢丝网或钢绞线和泡沫混凝土浇筑而成，钢筋网或钢丝网或钢绞线上搭接有箍筋，箍筋预留钢筋接头，供多个相邻预制板之间连接。
本发明的工作原理:
一，基于泡沫混凝土的轻质高强特性。通过加有钢筋网(钢丝网)的泡沫混凝土，形成轻质高强的钢筋混凝土剪力墙，预制板质量比同等条件下的混凝土轻很多，比纯钢材加固稍重，而强度基本不变甚至有所提高；保温层能够有效阻减外界传递进来的热量，降低室内外热量交换总量，可以实现保温与防火的功能；外观层能根据建筑结构的外观要求和实际需要进行选择，具有良好美观效果。
二，基于预制板件与原结构的受力分配和变形协调。预制板材抗拉、抗压等强度指标在达到加固的设计强度的基础上，可以有效承受原构件的上部荷载；预制板与需加固的构件之间的弹性层能够协调原构件与外包预制板泡沫混凝土层的变形，确保新旧混凝土能够协同工作，提高构件工作性能，延长结构的使用寿命。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
①根据设计要求制定尺寸，板材形状能适应不同要求。②可实现工厂生产和预制，运输到加固现场直接进行装配，方便快捷，缩短施工周期。③改善新旧混凝土层界面变形不协调的性能。④预制板材吸能效果好，能提高结构构件的抗震性能。
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:图1是泡沫混凝土预制板材料组成示意图。图2是泡沫混凝土预制板立面示意图。图3 图5是加固柱的方法示意图。图中各标号表不:1.泡沫混凝土预制板，1.1泡沫混凝土，1.2钢筋网，1.3箍筋，1.4砂浆，1.5保温层，1.6界面粘接剂，1.7轻质板(防火板)，2.预留孔洞，3.橡胶层，4.螺栓，5.楼板，6.柱，
7.箍筋焊接接头。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。实施例1如图1-2所示，本实施例提供一种采用泡沫混凝土预制板加固混凝土结构的方法，其中采用泡沫混凝土预制板I进行加固，并要求加固构件外表面先敷设弹性层，再将预制板外包于弹性层上，依次安装。本实施例中，所述泡沫混凝土预制板I由泡沫混凝土层1.1、保温层1.5和外观层组成，外观层为最外层，保温层位于泡沫混凝土层和外观层之间，泡沫混凝土层用于与加固构件连接。本实施例中，所述的泡沫混凝土层可以由钢筋网或钢丝网或钢绞线和泡沫混凝土现浇而成，或由泡沫混凝土现浇而成。加固柱、桥墩柱和承重墙时，采用钢筋网泡沫混凝土 ；加固梁、板时采用钢丝网泡沫混凝土，泡沫混凝土浇筑形成的气孔均匀密实，质量轻而强度高，泡沫稳定性强，保温性能好。在代替非承重墙体时，直接采用泡沫混凝土。本实施例中，泡沫混凝土预制板上还设有箍筋、预留孔洞与板材踢脚。所述箍筋搭接在钢筋网纵筋上，对应加固构件端部的箍筋进行加密设置，预留钢筋接头，供预制板之间连接；所述预留孔洞为相邻预制板的箍筋搭接处，可制作成半圆形或弧形；所述板材踢脚是板材与加固构件的接触面制作成踢脚形式，并用螺栓连接。本实施例中，所述的保温层由砂浆层、保温材料层组成:保温材料层的保温材料的轻质高性能，根据建筑环境要求，可采用聚氨酯泡沫或挤塑板；砂浆层必须具备一定的粘接性能，配比根据强度要求选用，设置在泡沫混凝土层和保温材料层之间，起到粘接泡沫混凝层与保温材料的作用，厚度范围5-10mm。本实施例中，所述的外观层由连接层、轻质板材1.7组成，轻质板材是质量轻，现场制作方便，满足一定强度的要求，比如FPP发泡板材、GRC轻质板材等；连接层为外观层与保温层界面的过渡层，采用具备一定强度的界面粘接剂1.6，如ABS粘接剂。采用上述泡沫混凝土预制板，本发明加固混凝土结构构件时的具体实现步骤如下(仅列举柱的加固方案):
第一步:根据结构原设计资料、结构鉴定资料和加固方案设计计算，对泡沫混凝土预制板I进行设计和计算，预制成所需的形状。
第二歩:对需加固的构件进行表面清理，确保表面整洁，存在裂缝的部位须使用粘接剂进行修补。
第三歩:将轻薄橡胶层3均匀贴在构件表面(3_5mm厚，具有良好弹性，施工要求必须平整，不能留有气泡或者皱起部位)。
第四歩:泡沫混凝土预制板安装。加固柱时须采用千斤顶将柱端往上顶起，将预制板贴紧橡胶层，将箍筋电焊，完成预制板的拼合，然后将千斤顶缓慢撤除，确保外包的预制板与原构件协同工作。
第五步:将预制板踢脚处用螺栓4锚固，提高预制板抗剪能力，填充预制板上的预留孔洞2。
实施例2
本实施例采用实施例1所述的泡沫混凝土预制板以及实施步骤加固柱。
如图3-5所示，对于方形柱子，由四块形状一样的方形泡沫混凝板I紧紧外包在柱的四边，柱与加固板之间贴上轻薄橡胶层3，混凝板I之间的连接形式采用焊接7，将箍筋1.3在处采用焊接形式，焊接完毕之后及时将预留孔洞2填充，填充材料可采用水泥砂浆或者混凝土。对于圆形柱，预制板可制作成半圆弧形状，外包与柱后，将预制板预留箍筋接头电焊。
实施例3
本实施例采用实施例1所述的泡沫混凝土预制板以及实施步骤替代墙体。
对于承重墙，所述泡沫混凝土预制板可直接填充于梁柱之间，充当墙体，板材能够承受上部荷载，并满足保温、防火要求；对于非承重墙，本发明所提出的混凝土层则无需钢筋网1.2，直接充当墙体。
实施例4
本实施例采用实施例1所述的泡沫混凝土预制板以及实施步骤加固桥墩柱。
对于单柱桥墩，在桥墩柱横向两侧外包泡沫混凝土预制板，连接方式可参考如图3-5所示，能够增加单柱的横向刚度，提高柱的振动频率。对于双柱桥墩柱，在柱中间设置泡沫混凝土预制板，作为两柱的横向连梁，提高桥墩的横向刚度和抗弯性能，限制车辆行走过程墩顶的横向位移。
本发明基于泡沫混凝土轻质高强和预制板与原构件协同变形的特性。泡沫混凝土层主要起承担原结构荷载的作用，其轻质高强的特性决定能承受压力、拉力、弯矩以及动力荷载，与原构件协调性能好。保温层能够起到阻减热量传输的作用，具有防火性能，保护泡沫混凝土层与原结构构件。外观层能够根据建筑的美观要求选用。当加固柱时，泡沫混凝土预制板混凝土层采用钢筋网，其力学强度特征类似于剪力墙，能够提供原构件额外增加荷载的所需设计要求的抗压强度，能够承受较大的外荷载；当加固梁时，泡沫混凝土预制板混凝土层采用钢丝网，钢丝网能够提供极大的抗拉强度，同时预制板的质量较小，对原有结构的自重影响不大。本发明提出的预制板可以直接用作填充墙，此时泡沫混凝土层无须加钢筋(丝)网。本发明的方法结合了混凝土和钢材加固的优点，并且能够在工厂预制，减少现场湿作业，加快结构加固施工进度，在实际中有较好的应用前景。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
权利要求
1.一种采用泡沫混凝土预制板加固混凝土结构的方法，其特征在于包括如下步骤: 第一步，根据加固要求设计用于加固的泡沫混凝土预制板，该预制板由泡沫混凝土层，保温层和外观层组成，所述泡沫混凝土层由钢筋网或钢丝网或钢绞线和泡沫混凝土浇筑而成，钢筋网或钢丝网或钢绞线上搭接有箍筋，箍筋预留钢筋接头，供多个相邻预制板之间连接；或所述泡沫混凝土层由泡沫混凝土现浇而成； 第二步，对需要加固的结构构件外表面敷设一层弹性层； 第三步，将第一步设计的预制板紧紧外包于第二步结构构件敷设的弹性层上，并将相邻预制板对应的箍筋焊接，形成完整的加固层。
2.根据权利要求1所述的采用泡沫混凝土预制板加固混凝土结构的方法，其特征在于，所述泡沫混凝土层，用于受压或受弯构件加固时，采用钢筋网；用于受拉构件加固时，采用钢丝网或钢绞线；在代替非承重墙体时，直接采用泡沫混凝土。
3.根据权利要求1所述的采用泡沫混凝土预制板加固混凝土结构的方法，其特征在于，所述保温层由砂浆层、保温材料层组成，砂浆层设置在泡沫混凝土层和保温材料层之间。
4.根据权利要求3所述的采用泡沫混凝土预制板加固混凝土结构的方法，其特征在于，所述保温材料层的保温材料采用聚氨酯泡沫或挤塑板。
5.根据权利要求1所述的采用泡沫混凝土预制板加固混凝土结构的方法，其特征在于，所述外观层由连接层、轻质板材组成，连接层为外观层与保温层界面的过渡层。
6.根据权利要求1-5任一项所述的采用泡沫混凝土预制板加固混凝土结构的方法，其特征在于，所述预制板与需要加固的结构构件的接触面为踢脚形式，并用螺栓连接。
7.根据权利要求1-5任一项所述的采用泡沫混凝土预制板加固混凝土结构的方法，其特征在于，所述预制板结合处采用预制板内预置的箍筋进行连接，所述箍筋在需要加固的结构构件的端部进行加密设置。
8.根据权利要求1-5任一项所述的采用泡沫混凝土预制板加固混凝土结构的方法，其特征在于，所述相邻预制板的箍筋搭接处设有预留孔洞，该孔洞制作成半圆形或弧形。
9.一种泡沫混凝土预制板，其特征在于:该预制板由泡沫混凝土层，保温层和外观层组成，所述泡沫混凝土层由钢筋网或钢丝网或钢绞线和泡沫混凝土浇筑而成，钢筋网或钢丝网或钢绞线上搭接有箍筋，箍筋预留钢筋接头，供多个相邻预制板之间连接。
10.根据权利要求9所述的泡沫混凝土预制板，其特征在于，所述保温层由砂浆层、保温材料层组成，砂浆层设置在泡沫混凝土层和保温材料层之间。
11.根据权利要求10所述的泡沫混凝土预制板，其特征在于，所述保温材料层的保温材料采用聚氨酯泡沫或挤塑板。
12.根据权利要求9-11任一项所述的泡沫混凝土预制板，其特征在于，所述外观层由连接层、轻质板材组成，连接层为外观层与保温层界面的过渡层。
13.根据权利要求9所述的泡沫混凝土预制板，其特征在于，所述相邻预制板的箍筋搭接处设有预留孔洞，该孔洞制作成半圆形或弧形。
全文摘要
本发明提供了一种泡沫混凝土预制板及用其加固混凝土结构的方法，步骤为第一步，根据加固要求设计用于加固的泡沫混凝土预制板，该预制板由泡沫混凝土层，保温层和外观层组成，所述泡沫混凝土层由钢筋网或钢丝网或钢绞线和泡沫混凝土浇筑而成，钢筋网或钢丝网上搭接有箍筋，箍筋预留钢筋接头，供多个相邻预制板之间连接；或所述泡沫混凝土层由泡沫混凝土现浇而成；第二步，对需要加固的结构构件外表面敷设一层弹性层；第三步，将第一步设计的预制板紧紧外包于第二步结构构件敷设的弹性层上，并将相邻预制板对应的箍筋焊接，形成完整的加固层。本发明能结合混凝土加固和粘钢法加固的优点，能够用于柱、梁、板、桥墩、墙体等构件的加固。
文档编号E04C2/288GK103195259SQ20131009589
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者王国章, 张俊萌, 邢爱国 申请人:上海交通大学