火灾损伤钢筋混凝土修复技术研究

摘要

随着现代文明的发展，火灾的发生越发频繁，其直接后果之一就是对混凝土建筑物的损害。调查结果表明，钢筋混凝土结构遭受火灾后，大多表现为不同程度的损伤和破坏，很少有倒塌的，一般经修复加固后仍可继续使用，但如何经济、有效的修复火灾损伤钢筋混凝土建筑物，一直是工程技术领域研究的热点。因此，本课题对火灾损伤钢筋混凝土建筑物的修复加固新方法的研究具有重大的经济和社会意义。 火灾对钢筋混凝土的损伤表现为高温致使混凝土保护层中的Ca(OH)2分解而导致钢筋腐蚀加剧和混凝土构件的强度降低，因此本文的研究目的是通过火灾后钢筋混凝土中性化和电化学参数的检测，分析出混凝土的损伤深度，然后采用电化学再碱化法恢复混凝土保护层的碱度和压力浸渍灌浆法修复混凝土构件的强度，并通过电化学再碱化的理论分析，建立电化学再碱化的控制模型，分别研究电化学再碱化和压力浸渍灌浆对混凝土构件性能的影响。最后在试验的基础上，通过对电化学再碱化法和压力浸渍灌浆法的关键参数的分析，建立完整的火灾损伤钢筋混凝土的检测评估和修复加固方法。本文的研究工作包括：预制普通强度等级和高强等级的钢筋混凝土试件，采用高温炉煅烧模拟火灾损伤，然后分别用无水酒精酚酞检测中性化深度和恒流护环仪仪检测电化学参数，综合分析钢筋混凝土的损伤深度；采用Na2C03、Na2Si03和MgCl2三种电解质、在外加0.5A/m2、1.0A/m2和1.5A/m2的电流密度(以与电解质接触的混凝土表面积计)和通电1天、3天和7天的条件下对火灾损伤钢筋混凝土实施电化学再碱化修复，然后比较修复效果，确定电化学再碱化法的关键参数值，通过电化学理论的分析，建立再碱化的控制模型，最后在再碱化最佳效果条件下研究电化学再碱化对钢筋混凝土性能的影响。经研究发现，随着高温温度的升高和恒温时间的延长，混凝土的中性化深度逐步加深，当中性化深度超过混凝土保护层厚度时，钢筋混凝土的电化学参数发生变化，电势绝对值增加，电阻减小：得到的电化学再碱化关键参数值为外加电流密度1.0A/m2左右，通电时间7d左右，损伤试件在不同条件下再碱化效果比较发现，三种电解质再碱化效果差别不大，以Na2C03最佳，MgCl2在再碱化的同时还可提高混凝土的密实度，再碱化处理对钢筋混凝土的抗压强度影响不大，但钢筋和混凝土间的粘结强度降低了5％，建立的电化学再碱化控制模型为pH=8.3+log 10(k·j·T)+log10(d[1-(0.76fcn/α)1/3])，其中：pH：再碱化后混凝土内部的pH值；j：外加电流密度(A/m2)；T：通电时间(秒)；d：中性化深度(mm)；fcu：混凝土实际强度(MPa)；α：本征强度(MPa)；k：与混凝土孔隙率有关的换算系数，通过试验确定的k为6.3×10-4(普通强度混凝土)，2.5×10-4(高强混凝土)；本文还研究了在环氧树脂中掺入不同比例的固化剂和稀释剂，通过对此灌浆料粘度和强度的检测，确定灌浆料的配比，然后在O.06MPa、0.1MPa和0.12MPa压力水平和浸渍时间20min、40min和60min条件下，采用压力浸渍灌浆加固火灾损伤混凝土，通过加固后混凝土强度的比较，确定压力浸渍灌浆法的关键参数值。经研究发现，压力浸渍灌浆法可以加固火灾损伤混凝土，以环氧树脂作为灌浆料时合理配比为环氧树脂：固化剂：稀释剂=9：5：1(质量比)，此时适宜的压力水平为O.12MPa，适宜的恒压时间为60min，最大浸渍深度为20 mm。关键词：火灾 钢筋混凝土 电化学再碱化 压力浸渍灌浆

目录

文摘

英文文摘

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第一章 火灾损伤钢筋混凝土检测修复技术综述

1.1火灾对钢筋混凝土建筑性能的危害与损伤

1.1.1火灾后混凝土损伤状况

1.1.2火灾后钢筋损伤状况

1.1.3火灾对钢筋混凝土粘结力的影响

1.1.4火灾后混凝土结构的损伤分级

1.2钢筋混凝土结构火灾损伤评估方法进展

1.2.1传统火灾混凝士检测方法

1.2.2火灾混凝土检测新技术

1.3火灾钢筋混凝土建筑修复方法研究进展

1.3.1混凝土内钢筋锈蚀的修复方法

1.3.2混凝土强度损失的修复方法

1.4本文研究内容与基本思路

第二章 钢筋混凝土火灾损伤深度综合分析方法

2.1中性化—电化学综合分析法

2.1.1中性化深度检测法

2.1.2电化学检测法

2.2中性化—电化学综合分析方法的试验研究

2.2.1试验方法

2.2.2中性化结果检测

2.2.3电化学参数结果检测

2.3火灾后钢筋混凝土的中性化—电化学检测规程

2.4小结

第三章 电化学再碱化修复技术

3.1电化学再碱化技术的原理及关键参数

3.1.1电化学再碱化原理

3.1.2再碱化技术关键参数

3.2再碱化技术的试验研究

3.2.1电解质的选取

3.2.2再碱化方案

3.3通电时间对再碱化效果的影响

3.3.1通电时间对普通强度试件再碱化效果的影响

3.3.2通电时间对高强试件再碱化效果的影响

3.4外加电流密度对再碱化效果的影响

3.4.1外加电流密度对普通强度试件再碱化效果的影响

3.4.2外加电流密度对高强试件再碱化效果的影响

3.5电解质对再碱化效果的影响

3.5.1电解质对普通强度试件再碱化效果的影响

3.5.2电解质对高强试件再碱化效果的影响

3.6电化学再碱化的控制模型

3.7电化学再碱化修复方法

3.8电化学再碱化对钢筋混凝土性能的影响

3.8.1再碱化后对试件孔隙率的影响

3.8.2再碱化对pH值的影响

3.8.3再碱化对抗压强度的影响

3.8.4再碱化对钢筋与混凝土之间粘结力的影响

3.9小结

第四章 压力浸渍灌浆修复技术

4.1压力浸渍灌浆技术的关键参数

4.1.1灌浆材料的选择

4.2压力浸渍灌浆法的试验研究

4.3压力浸渍灌浆法适用条件

4.4小结

第五章 结论

参考文献

致谢