專利名稱：一種泡沫混凝土預制板及用其加固混凝土結構的方法
技術領域：
本發明涉及土木工程技術領域，具體是一種采用預制性板材對混凝土結構快速修補和加固的方法，以及泡沫混凝土預制板。
背景技術：
一般混凝土結構的設計使用年限為50年。當建筑結構達到設計使用年限，結構性能沒有大幅降低，經加固后仍能夠繼續正常使用的，考慮拆除重建成本較大，可以采用結構加固的辦法，對結構進行維修、加固，保證其承載力滿足規范要求。
結構沒有達到使用年限，但由于使用維修不當或者建造質量原因，或在當前國家相關規范情況下，經結構鑒定不能滿足承載力和耐久性設計要求的，或于新的使用要求，部分建筑要改變用途或進行加層等，需要對原結構進行加固。
目前，建筑結構的加固方法有加大截面、置換混凝土加固法、粘結外包型鋼加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼纖維增強塑料加固法等方法。加大截面法和置換混凝土法均采用混凝土澆筑，雖然施工工藝簡單、適應性強，但現場施工的濕作業時間長，不能滿足周期短的要求。粘結外包型鋼加固方法施工簡單方便，但耗鋼材量大，造價較高，而且不宜用于無防護情況下的高溫場所。粘貼鋼板加固法則適用于靜荷載下的受彎或受拉構件的加固，不能提聞抗震性能。
因此，有必要研究出一種能夠結合混凝土加固法和鋼材加固法優點的方法，達到既減少濕作業，縮短施工周期，又減小鋼材消耗量，提高建筑結構抗震性能方面的效果。
經對現有技術的文獻檢索，中國專利申請號:03227027.5，發明名稱:一種鋼板網泡沫混凝土輕質墻體板材，公開號:CN2599109，該專利概述為:一種鋼板網泡沫混凝土輕質墻體板材，由作骨架的鋼板網籠和作填充材料的泡沫混凝土兩部分組成。該輕質墻體板材雖然輕質高強，結合了鋼筋和混凝土的優勢，可以預制，耐久性好，施工方便，但是不能用于承重，其用途受到較大的限制，因此有必要發明一種更具有普適性和應用性的預制板材。發明內容
針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種泡沫混凝土預制板，以及采用泡沫混凝土預制板加固混凝土結構的方法，能夠結合混凝土加固和粘鋼法加固的優點，并具有快速輕便施工、施工作業少、施工周期短、加固效果好，加固構件可以預制，容易實現生產化等優勢，能夠用于柱、梁、板、橋墩、墻體等構件的加固，具有廣泛的工程應用。
根據本發明的一方面，提供一種采用泡沫混凝土預制板加固混凝土結構的方法，包括如下步驟:
第一步，根據加固要求設計用于加固的泡沫混凝土預制板，該預制板由泡沫混凝土層，保溫層和外觀層組成，所述泡沫混凝土層由鋼筋網或鋼絲網或鋼絞線和泡沫混凝土澆筑而成，鋼筋網或鋼絲網或鋼絞線上搭接有箍筋，箍筋預留鋼筋接頭，供多個相鄰預制板之間連接；或所述泡沫混凝土層由泡沫混凝土現澆而成；
第二步，對需要加固的結構構件外表面敷設一層彈性層；
第三步，將第一步設計的預制板緊緊外包于第二步敷設的彈性層上，并將相鄰預制板對應的箍筋焊接，形成完整的加固層。
優選地，所述泡沫混凝土層，用于受壓或受彎構件加固時，采用鋼筋網，用于受拉構件加固時，采用鋼絲網或鋼絞線。
優選地，所述保溫層由砂漿層、保溫材料層組成。砂漿層設置在泡沫混凝土層和保溫材料層之間。保溫材料的輕質高性能，根據建筑環境要求，可采用聚氨酯泡沫或擠塑板；砂漿層具備一定的粘接性能，配比根據強度要求選用，起到粘接泡沫混凝土層與保溫材料層的作用。
優選地，所述外觀層由連接層、輕質板材組成，連接層為外觀層與保溫層界面的過渡層，輕質板材可以根據實際要求選用，比如FPP發泡板材、GRC輕質板材等。連接層可采用具備一定強度的界面粘接劑，如ABS粘接劑。
優選地，所述預制板與需要加固的結構構件的接觸面為踢腳形式，并用螺栓連接。以增加預制板的抗剪能力。
優選地，所述預制板結合處采用預制板內預置的箍筋進行連接，能夠有效約束預制板，提高預制板的整體工作性能，并提高原混凝土構件的抗壓強度。
優選地，所述箍筋在需要加固的結構構件的端部進行加密設置。
優選地，所述相鄰預制板的箍筋搭接處設有預留孔洞，該孔洞可制作成半圓形或弧形。
根據本發明的另一方面，提供一種泡沫混凝土預制板，該預制板由泡沫混凝土層，保溫層和外觀層組成，所述泡沫混凝土層由鋼筋網或鋼絲網或鋼絞線和泡沫混凝土澆筑而成，鋼筋網或鋼絲網或鋼絞線上搭接有箍筋，箍筋預留鋼筋接頭，供多個相鄰預制板之間連接。
本發明的工作原理:
一，基于泡沫混凝土的輕質高強特性。通過加有鋼筋網(鋼絲網)的泡沫混凝土，形成輕質高強的鋼筋混凝土剪力墻，預制板質量比同等條件下的混凝土輕很多，比純鋼材加固稍重，而強度基本不變甚至有所提高；保溫層能夠有效阻減外界傳遞進來的熱量，降低室內外熱量交換總量，可以實現保溫與防火的功能；外觀層能根據建筑結構的外觀要求和實際需要進行選擇，具有良好美觀效果。
二，基于預制板件與原結構的受力分配和變形協調。預制板材抗拉、抗壓等強度指標在達到加固的設計強度的基礎上，可以有效承受原構件的上部荷載；預制板與需加固的構件之間的彈性層能夠協調原構件與外包預制板泡沫混凝土層的變形，確保新舊混凝土能夠協同工作，提高構件工作性能，延長結構的使用壽命。
與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
①根據設計要求制定尺寸，板材形狀能適應不同要求。②可實現工廠生產和預制，運輸到加固現場直接進行裝配，方便快捷，縮短施工周期。③改善新舊混凝土層界面變形不協調的性能。④預制板材吸能效果好，能提高結構構件的抗震性能。
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:圖1是泡沫混凝土預制板材料組成示意圖。圖2是泡沫混凝土預制板立面示意圖。圖3 圖5是加固柱的方法示意圖。圖中各標號表不:1.泡沫混凝土預制板，1.1泡沫混凝土，1.2鋼筋網，1.3箍筋，1.4砂漿，1.5保溫層，1.6界面粘接劑，1.7輕質板(防火板)，2.預留孔洞，3.橡膠層，4.螺栓，5.樓板，6.柱，
7.箍筋焊接接頭。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。實施例1如圖1-2所示，本實施例提供一種采用泡沫混凝土預制板加固混凝土結構的方法，其中采用泡沫混凝土預制板I進行加固，并要求加固構件外表面先敷設彈性層，再將預制板外包于彈性層上，依次安裝。本實施例中，所述泡沫混凝土預制板I由泡沫混凝土層1.1、保溫層1.5和外觀層組成，外觀層為最外層，保溫層位于泡沫混凝土層和外觀層之間，泡沫混凝土層用于與加固構件連接。本實施例中，所述的泡沫混凝土層可以由鋼筋網或鋼絲網或鋼絞線和泡沫混凝土現澆而成，或由泡沫混凝土現澆而成。加固柱、橋墩柱和承重墻時，采用鋼筋網泡沫混凝土 ；加固梁、板時采用鋼絲網泡沫混凝土，泡沫混凝土澆筑形成的氣孔均勻密實，質量輕而強度高，泡沫穩定性強，保溫性能好。在代替非承重墻體時，直接采用泡沫混凝土。本實施例中，泡沫混凝土預制板上還設有箍筋、預留孔洞與板材踢腳。所述箍筋搭接在鋼筋網縱筋上，對應加固構件端部的箍筋進行加密設置，預留鋼筋接頭，供預制板之間連接；所述預留孔洞為相鄰預制板的箍筋搭接處，可制作成半圓形或弧形；所述板材踢腳是板材與加固構件的接觸面制作成踢腳形式，并用螺栓連接。本實施例中，所述的保溫層由砂漿層、保溫材料層組成:保溫材料層的保溫材料的輕質高性能，根據建筑環境要求，可采用聚氨酯泡沫或擠塑板；砂漿層必須具備一定的粘接性能，配比根據強度要求選用，設置在泡沫混凝土層和保溫材料層之間，起到粘接泡沫混凝層與保溫材料的作用，厚度范圍5-10mm。本實施例中，所述的外觀層由連接層、輕質板材1.7組成，輕質板材是質量輕，現場制作方便，滿足一定強度的要求，比如FPP發泡板材、GRC輕質板材等；連接層為外觀層與保溫層界面的過渡層，采用具備一定強度的界面粘接劑1.6，如ABS粘接劑。采用上述泡沫混凝土預制板，本發明加固混凝土結構構件時的具體實現步驟如下(僅列舉柱的加固方案):
第一步:根據結構原設計資料、結構鑒定資料和加固方案設計計算，對泡沫混凝土預制板I進行設計和計算，預制成所需的形狀。
第二歩:對需加固的構件進行表面清理，確保表面整潔，存在裂縫的部位須使用粘接劑進行修補。
第三歩:將輕薄橡膠層3均勻貼在構件表面(3_5mm厚，具有良好彈性，施工要求必須平整，不能留有氣泡或者皺起部位)。
第四歩:泡沫混凝土預制板安裝。加固柱時須采用千斤頂將柱端往上頂起，將預制板貼緊橡膠層，將箍筋電焊，完成預制板的拼合，然后將千斤頂緩慢撤除，確保外包的預制板與原構件協同工作。
第五步:將預制板踢腳處用螺栓4錨固，提高預制板抗剪能力，填充預制板上的預留孔洞2。
實施例2
本實施例采用實施例1所述的泡沫混凝土預制板以及實施步驟加固柱。
如圖3-5所示，對于方形柱子，由四塊形狀一樣的方形泡沫混凝板I緊緊外包在柱的四邊，柱與加固板之間貼上輕薄橡膠層3，混凝板I之間的連接形式采用焊接7，將箍筋1.3在處采用焊接形式，焊接完畢之后及時將預留孔洞2填充，填充材料可采用水泥砂漿或者混凝土。對于圓形柱，預制板可制作成半圓弧形狀，外包與柱后，將預制板預留箍筋接頭電焊。
實施例3
本實施例采用實施例1所述的泡沫混凝土預制板以及實施步驟替代墻體。
對于承重墻，所述泡沫混凝土預制板可直接填充于梁柱之間，充當墻體，板材能夠承受上部荷載，并滿足保溫、防火要求；對于非承重墻，本發明所提出的混凝土層則無需鋼筋網1.2，直接充當墻體。
實施例4
本實施例采用實施例1所述的泡沫混凝土預制板以及實施步驟加固橋墩柱。
對于單柱橋墩，在橋墩柱橫向兩側外包泡沫混凝土預制板，連接方式可參考如圖3-5所示，能夠增加單柱的橫向剛度，提高柱的振動頻率。對于雙柱橋墩柱，在柱中間設置泡沫混凝土預制板，作為兩柱的橫向連梁，提高橋墩的橫向剛度和抗彎性能，限制車輛行走過程墩頂的橫向位移。
本發明基于泡沫混凝土輕質高強和預制板與原構件協同變形的特性。泡沫混凝土層主要起承擔原結構荷載的作用，其輕質高強的特性決定能承受壓力、拉力、彎矩以及動力荷載，與原構件協調性能好。保溫層能夠起到阻減熱量傳輸的作用，具有防火性能，保護泡沫混凝土層與原結構構件。外觀層能夠根據建筑的美觀要求選用。當加固柱時，泡沫混凝土預制板混凝土層采用鋼筋網，其力學強度特征類似于剪力墻，能夠提供原構件額外增加荷載的所需設計要求的抗壓強度，能夠承受較大的外荷載；當加固梁時，泡沫混凝土預制板混凝土層采用鋼絲網，鋼絲網能夠提供極大的抗拉強度，同時預制板的質量較小，對原有結構的自重影響不大。本發明提出的預制板可以直接用作填充墻，此時泡沫混凝土層無須加鋼筋(絲)網。本發明的方法結合了混凝土和鋼材加固的優點，并且能夠在工廠預制，減少現場濕作業，加快結構加固施工進度，在實際中有較好的應用前景。
以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。
權利要求
1.一種采用泡沫混凝土預制板加固混凝土結構的方法，其特征在于包括如下步驟: 第一步，根據加固要求設計用于加固的泡沫混凝土預制板，該預制板由泡沫混凝土層，保溫層和外觀層組成，所述泡沫混凝土層由鋼筋網或鋼絲網或鋼絞線和泡沫混凝土澆筑而成，鋼筋網或鋼絲網或鋼絞線上搭接有箍筋，箍筋預留鋼筋接頭，供多個相鄰預制板之間連接；或所述泡沫混凝土層由泡沫混凝土現澆而成； 第二步，對需要加固的結構構件外表面敷設一層彈性層； 第三步，將第一步設計的預制板緊緊外包于第二步結構構件敷設的彈性層上，并將相鄰預制板對應的箍筋焊接，形成完整的加固層。
2.根據權利要求1所述的采用泡沫混凝土預制板加固混凝土結構的方法，其特征在于，所述泡沫混凝土層，用于受壓或受彎構件加固時，采用鋼筋網；用于受拉構件加固時，采用鋼絲網或鋼絞線；在代替非承重墻體時，直接采用泡沫混凝土。
3.根據權利要求1所述的采用泡沫混凝土預制板加固混凝土結構的方法，其特征在于，所述保溫層由砂漿層、保溫材料層組成，砂漿層設置在泡沫混凝土層和保溫材料層之間。
4.根據權利要求3所述的采用泡沫混凝土預制板加固混凝土結構的方法，其特征在于，所述保溫材料層的保溫材料采用聚氨酯泡沫或擠塑板。
5.根據權利要求1所述的采用泡沫混凝土預制板加固混凝土結構的方法，其特征在于，所述外觀層由連接層、輕質板材組成，連接層為外觀層與保溫層界面的過渡層。
6.根據權利要求1-5任一項所述的采用泡沫混凝土預制板加固混凝土結構的方法，其特征在于，所述預制板與需要加固的結構構件的接觸面為踢腳形式，并用螺栓連接。
7.根據權利要求1-5任一項所述的采用泡沫混凝土預制板加固混凝土結構的方法，其特征在于，所述預制板結合處采用預制板內預置的箍筋進行連接，所述箍筋在需要加固的結構構件的端部進行加密設置。
8.根據權利要求1-5任一項所述的采用泡沫混凝土預制板加固混凝土結構的方法，其特征在于，所述相鄰預制板的箍筋搭接處設有預留孔洞，該孔洞制作成半圓形或弧形。
9.一種泡沫混凝土預制板，其特征在于:該預制板由泡沫混凝土層，保溫層和外觀層組成，所述泡沫混凝土層由鋼筋網或鋼絲網或鋼絞線和泡沫混凝土澆筑而成，鋼筋網或鋼絲網或鋼絞線上搭接有箍筋，箍筋預留鋼筋接頭，供多個相鄰預制板之間連接。
10.根據權利要求9所述的泡沫混凝土預制板，其特征在于，所述保溫層由砂漿層、保溫材料層組成，砂漿層設置在泡沫混凝土層和保溫材料層之間。
11.根據權利要求10所述的泡沫混凝土預制板，其特征在于，所述保溫材料層的保溫材料采用聚氨酯泡沫或擠塑板。
12.根據權利要求9-11任一項所述的泡沫混凝土預制板，其特征在于，所述外觀層由連接層、輕質板材組成，連接層為外觀層與保溫層界面的過渡層。
13.根據權利要求9所述的泡沫混凝土預制板，其特征在于，所述相鄰預制板的箍筋搭接處設有預留孔洞，該孔洞制作成半圓形或弧形。
全文摘要
本發明提供了一種泡沫混凝土預制板及用其加固混凝土結構的方法，步驟為第一步，根據加固要求設計用于加固的泡沫混凝土預制板，該預制板由泡沫混凝土層，保溫層和外觀層組成，所述泡沫混凝土層由鋼筋網或鋼絲網或鋼絞線和泡沫混凝土澆筑而成，鋼筋網或鋼絲網上搭接有箍筋，箍筋預留鋼筋接頭，供多個相鄰預制板之間連接；或所述泡沫混凝土層由泡沫混凝土現澆而成；第二步，對需要加固的結構構件外表面敷設一層彈性層；第三步，將第一步設計的預制板緊緊外包于第二步結構構件敷設的彈性層上，并將相鄰預制板對應的箍筋焊接，形成完整的加固層。本發明能結合混凝土加固和粘鋼法加固的優點，能夠用于柱、梁、板、橋墩、墻體等構件的加固。
文檔編號E04C2/288GK103195259SQ20131009589
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月22日 優先權日2013年3月22日
發明者王國章, 張俊萌, 邢愛國 申請人:上海交通大學