一种基于复合加固层的钢筋混凝土柱及其施工方法

1.本发明属于建筑工程技术领域，特别涉及一种基于复合加固层的钢筋混凝土柱及其施工方法。


背景技术：

2.随着钢筋混凝土高层建筑结构的高度增加，结构框架柱所承担的竖向荷载也在不断的增大；根据建筑抗震规范中对框架柱的延性要求，即在层高一定的情况下，为了满足框架柱的延性要求，将框架柱的轴压比控制在预设的范围内而不能过大，这样必然会导致框架柱的截面越来越大，从而形成短柱甚至超短柱；因此，如何提升框架柱的竖向承载力和变形能力是亟需解决的科学难题。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种基于复合加固层的钢筋混凝土柱及其施工方法，以解决现有技术中将框架柱的轴压比控制在预设的范围内而不能过大，导致框架柱的截面越来越大，从而形成短柱甚至超短柱的技术问题。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
5.本发明提供料一种基于复合加固层的钢筋混凝土柱，包括核心混凝土柱及复合加固层；所述复合加固层包裹在所述核心混凝土柱的外侧，所述复合加固层包括第一约束层、第二约束层及编织网加固层；
6.所述第一约束层和所述第二约束层由内而外依次包裹在所述核心混凝土柱的外侧，所述编织网加固层设置在所述第一约束层和所述第二约束层之间；
7.其中，所述第一约束层和所述第二约束层均采用内掺有表面改性纤维的ecc层；所述编织网加固层为包裹在所述第二约束层外侧的cfrp编织网。
8.进一步的，所述核心混凝土柱采用普通钢筋混凝土柱；所述普通钢筋混凝土柱包括混凝土浇筑体及钢筋骨架，所述混凝土浇筑体包裹在所述钢筋骨架的外侧。
9.进一步的，所述改性纤维为经过表面改性的pva纤维。
10.进一步的，经过表面改性的pva纤维的制备过程，具体如下：
11.将pva纤维、表面活性剂及水混合，加热，超声振动，以去除纤维表面的灰尘和油脂，得到去油后的pva纤维；
12.将去油后的pva纤维加入水中，超声振动后取出，并浸入偶联剂中，搅拌，得到中间产物；
13.对所述中间产物进行干燥、固化处理，得到所述经过表面改性的pva纤维。
14.进一步的，所述偶联剂采用硅烷偶联剂。
15.进一步的，所述内掺有表面改性纤维的ecc层采用内掺有表面改性纤维的ecc材料涂抹而成；
16.其中，所述内掺有表面改性纤维的ecc材料的制备过程，具体如下：
17.将水泥、粉煤灰、硅灰及石英砂加入搅拌机中，进行干拌，得到分散均匀的混合料；
18.将减水剂与水混合，得到减水剂水溶液；
19.将所述减水剂水溶液加入至所述分散均匀的混合料中，搅拌得到呈糊状的水泥净浆；
20.将所述改性纤维加入至所述呈糊状的水泥净浆中进行搅拌，以使纤维均匀分散，得到所述内掺有表面改性纤维的ecc材料。
21.进一步的，所述cfrp编织网的表面采用浸胶处理。
22.本发明还提供料一种基于复合加固层的钢筋混凝土柱的施工方法，包括以下步骤：
23.对核心混凝土柱的表面进行粗糙处理，并对粗糙处理后的核心混凝土柱的表面进行洒水浸湿；
24.在洒水浸湿后的核心混凝土柱的表面进行第一约束层的涂抹施工，之后将cfrp编织网缠绕在所述第一约束层的表面，最后在cfrp编织网的表面施工第二约束层；其中，所述第二约束层与所述cfrp编织网采用边缠绕边涂抹的方式。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
26.本发明提供了一种基于复合加固层的钢筋混凝土柱及其施工方法，利用由内而外依次设置第一约束层、编织网加固层及第二约束层作为复合加固层对核心混凝土柱的外侧进行加固，实现显著改善其脆性，提高构件的承载力、延性和耐损伤能力的效果；其中，cfrp编织网增强ecc材料不但能够降低成本，还可以有效避免cfrp编织网使用环氧树脂产生的不足，其稳定性和耐久性更为突出；采用内掺有表面改性纤维ecc材料能够大幅度提高ecc材料的强度和延性；将ecc用作结构构件增强材料，经过加固后构件的承载力和延性均显著提高，破坏模式由脆性破坏转化为延性破坏；方案合理，结构简单，容易实现，能充分发挥ecc材料于cfrp材料的优势。
附图说明
27.图1为本发明中基于复合加固层的钢筋混凝土柱的横截面示意图；
28.图2为本发明中基于复合加固层的钢筋混凝土柱的纵截面示意图。
29.其中，1核心混凝土柱，2第一约束层，3第二约束层，4编织网加固层，5纵筋，6箍筋。
具体实施方式
30.为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
31.本发明提供了一种基于复合加固层的钢筋混凝土柱，包括核心混凝土柱1及复合加固层；所述复合加固层包裹在所述核心混凝土柱1的外侧，所述复合加固层包括第一约束层2、第二约束层3及编织网加固层4；所述第一约束层2和所述第二约束层3由内而外依次包裹在所述核心混凝土柱1的外侧，所述编织网加固层4设置在所述第一约束层2和所述第二约束层3之间。
32.本发明中，所述核心混凝土柱1采用普通钢筋混凝土柱；所述普通钢筋混凝土柱包
括混凝土浇筑体及钢筋骨架，所述混凝土浇筑体包裹在所述钢筋骨架的外侧。
33.本发明中，所述第一约束层2和所述第二约束层3均采用内掺有表面改性纤维的ecc层；其中，所述表面改性纤维为经过表面改性的pva纤维；所述经过表面改性的pva纤维的制备过程，具体如下：
34.将pva纤维、表面活性剂及水混合，加热，超声振动，以去除纤维表面的灰尘和油脂，得到去油后的pva纤维；将去油后的pva纤维加入水中，超声振动后取出，并浸入偶联剂中，搅拌，得到中间产物；对所述中间产物进行干燥、固化处理，得到所述经过表面改性的pva纤维；其中，所述偶联剂采用硅烷偶联剂。
35.所述内掺有表面改性纤维的ecc层采用内掺有表面改性纤维的ecc材料涂抹而成；其中，所述内掺有表面改性纤维的ecc材料的制备过程，具体如下：
36.将水泥、粉煤灰、硅灰及石英砂加入搅拌机中，进行干拌，得到分散均匀的混合料；将减水剂与水混合，得到减水剂水溶液；将所述减水剂水溶液加入至所述分散均匀的混合料中，搅拌得到呈糊状的水泥净浆；将所述改性纤维加入至所述呈糊状的水泥净浆中进行搅拌，以使纤维均匀分散，得到所述内掺有表面改性纤维的ecc材料；需要说明的是，所述ecc材料为工程用水泥基增强复合材料(engineered cementitious composite，ecc)。
37.本发明中，所述编织网加固层4为包裹在所述第二约束层2外侧的cfrp编织网；所述cfrp编织网的表面采用浸胶处理。
38.本发明还提供料一种基于复合加固层的钢筋混凝土柱的施工方法，包括以下步骤：
39.对核心混凝土柱1的表面进行粗糙处理，并对粗糙处理后的核心混凝土柱1的表面进行洒水浸湿；在洒水浸湿后的核心混凝土柱1的表面进行第一约束层2的涂抹施工，之后将cfrp编织网缠绕在所述第一约束层2的表面，最后在cfrp编织网的表面施工第二约束层3；其中，所述第二约束层3与所述cfrp编织网采用边缠绕边涂抹的方式。
40.工作原理：
41.本发明所述的基于复合加固层的钢筋混凝土柱，使用时，当核心混凝土柱1承受预设的轴向压力时，所述复合加固层开始进入工作状态，所述复合加固层产生环形应力约束核心混凝土1的环向应变，使核心混凝土柱1处在三向受压的状态下，提升核心混凝土柱1的抗压强度；随着承载力的不断增加核心混凝土柱1的环向应变逐渐上升，内掺有表面改性纤维的ecc层开始出现裂缝，此使ecc材料内部经过表面改性的pva纤维开始发挥作用，在裂缝处经过表面改性的pva纤维起到桥接作用阻止ecc材料进一步开裂，同时cfrp编织网开始逐渐承担主要环向应力并阻止内掺有表面改性纤维的ecc层发生环向应变，当内掺有表面改性纤维的ecc层表面出现主要裂缝此使裂缝处的ecc完全退出工作，环向应力由cfrp编织网格承担并进一步约束核心混凝土柱1直至断裂。
42.实施例
43.如附图1-2所示，本实施例提供了一种基于复合加固层的钢筋混凝土柱，包括核心混凝土柱1及复合加固层；所述复合加固层包裹在所述核心混凝土柱1的外侧，所述复合加固层包括第一约束层2、第二约束层3及编织网加固层4；所述第一约束层2和所述第二约束层3由内而外依次包裹在所述核心混凝土柱1的外侧，所述编织网加固层4设置在所述第一约束层2和所述第二约束层3之间。
44.本实施例中，所述核心混凝土柱1采用普通钢筋混凝土柱；所述普通钢筋混凝土柱包括混凝土浇筑体及钢筋骨架，所述混凝土浇筑体包裹在所述钢筋骨架的外侧；其中，所述钢筋骨架包括纵筋5和箍筋6，所述纵筋5纵向均匀分布在所述混凝土浇筑体中，所述箍筋6分层套设在所述纵筋5的外侧。
45.本实施例中，所述第一约束层2及所述第二约束层3的厚度均为25mm；所述第一约束层2和所述第二约束层3均采用内掺有表面改性纤维的ecc层；其中，所述表面改性纤维为经过表面改性的pva纤维；
46.所述经过表面改性的pva纤维的制备过程，具体如下：
47.将pva纤维置于装有蒸馏水和表面活性剂的超声容器中；加热至25℃，并超声振动30min，以去除纤维表面的灰尘和油脂；将得到的纤维放入装有蒸馏水的超声容器中，超声振动10min；然后将纤维取出，浸入质量百分数为3％的硅烷偶联剂中，在室温下搅拌10min；取出纤维，置于室内条件下干燥6h，再将纤维置于烘箱中固化48h得到表面改性纤维；其中，固化温度为55℃，以保证偶联剂与纤维牢固结合。
48.本实施例中，所述内掺有表面改性纤维的ecc层采用内掺有表面改性纤维的ecc材料涂抹而成；所述内掺有表面改性纤维的ecc材料制备时，为保证良好的纤维分散性，使其充分发挥增韧、阻裂的作用，制备时采用纤维后掺法；
49.其中，具体过程如下：
50.先将水泥、粉煤灰、硅灰、细石英砂等加入搅拌机中干拌2min使其分散均匀；将含有减水剂的水倒入，低速搅拌4min，再高速搅拌2min，此时水泥净浆呈现糊状，具有较好的流动性；继续搅拌的同时缓慢加入经过表面改性的pva纤维，低速搅拌2min高速搅拌1min，使得纤维尽可能的分散均匀，得到所述内掺有表面改性纤维的ecc材料。
51.本实施例中，所述编织网加固层4为包裹在所述第二约束层2外侧的cfrp编织网。
52.本实施例所述的基于复合加固层的钢筋混凝土柱的施工过程，具体如下：
53.采用电动打磨配合钢丝刷对核心混凝土柱的表面进行粗糙处理；同时将核心混凝土柱的表面进行洒水浸湿，避免浇筑所述内掺有表面改性纤维的ecc层时由于混凝土吸水造成ecc水分丢失而过早丧失和易性；其中，所述复合加固层的具体施工步骤如下：基于所用cfrp编织网具有较大的柔性，首先在柱表面涂抹一层内掺有表面改性纤维的ecc层，厚度约25mm，形成第一约束层2；其次将cfrp编织网缠绕在第一约束层2的表面，用边缠绕cfrp编织网，边涂抹内掺有表面改性纤维的ecc层的方式，直至cfrp编织网缠绕完毕，且ecc厚度达到预设厚度，即完成第二约束层3的施工；所述第二约束层3涂抹完成后，所述复合加固层的厚度为50mm；其中。缠绕cfrp编织网期间注意对网格进行人工拉扯；施工过程保证ecc层厚度且涂抹密实。
54.本发明所述的基于复合加固层的钢筋混凝土柱及其施工方法，通过在ecc材料内掺表面改性pva纤维并于cfrp编织网结合形成cfrp/ecc复合材料；其中，对cfrp编织网表面进行浸胶处理，置于ecc材料中部，以使ecc材料对cfrp编织网形成包裹式两者共同作用于钢筋混凝土柱外表面形成复合加固层；显著改善钢筋混凝土柱的脆性，提高构件的承载力、延性和耐损伤能力，以解决建筑结构中出现的短柱甚至超短柱现象的问题；所述的核心混凝土柱可以为新建的钢筋混凝土柱，也可以为既有的钢筋混凝土柱；即利用所述复合加固层，能够满足对既有钢筋混凝土柱的加固施工。
55.上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。