專利名稱：加強結(jié)構(gòu)的方法,含加強結(jié)構(gòu)強化纖維紗線的加強結(jié)構(gòu)材料,加強結(jié)構(gòu)材料和加強的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過含加強纖維紗線的薄片加強混凝土或鋼結(jié)構(gòu)的方法，所述混凝土和鋼結(jié)構(gòu)例如為梁，柱狀物，板，壁，通風(fēng)管，鋼筋混凝土梁，混凝土路面，鐵路隧道，公路隧道，穿山隧道，用于水力發(fā)電站的水道隧道，引水隧道，壓力輸水隧道及其它各種隧道，如須承受來自內(nèi)部和/或外部壓力的休姆氏輸送管的地下結(jié)構(gòu)，具有彎曲表面的橋梁和U形槽。本發(fā)明也涉及在上述加強方法、結(jié)構(gòu)加強物和加強結(jié)構(gòu)中所用的含加強纖維紗線的薄片。
例如，傳統(tǒng)的加強方法包括在要加強結(jié)構(gòu)的表面上粘結(jié)含加強纖維的薄片以使薄片與結(jié)構(gòu)結(jié)合，所述薄片如為加強纖維薄片和/或加強纖維塑料板。由于這種方法具有許多良好的效果，因而通常采用它。另一方面，也有加強隧道內(nèi)壁混凝土表面的方法，所述方法包括用噴漿混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土板襯住外部混凝土表面，并且可選擇的用襯砌板、U形鋼和聯(lián)接鋼板襯住拱形支架。也有為解決漏水、由于內(nèi)外壓力引起的強度下降、實際的輸水量減少的問題而采用的修復(fù)或加強輸水隧道或類似結(jié)構(gòu)的方法，例如，這些方法包括噴射方法，修整方法，鑄造方法和粘結(jié)方法，所述噴射方法是將含鋼纖維泥灰或含鋼纖維混凝土噴射在現(xiàn)有的混凝土襯砌的表面上，所述修整方法是用樹脂泥灰或含鋼纖維泥灰涂在其表面上。
在上述的各種方法中，當(dāng)使用將難以破裂和具有高強度的薄片施加在結(jié)構(gòu)表面上粘結(jié)含加強纖維薄片的方法時，只要將薄片固定在結(jié)構(gòu)上，薄片就能提供良好的加強效果。但是，在結(jié)構(gòu)壽命的最后階段，含加強纖維的薄片在斷裂之前傾向于與結(jié)構(gòu)剝離，降低了加強效果，這最終導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)的毀壞。
為了克服上述缺陷，提出過一種防止含加強纖維的薄片與結(jié)構(gòu)剝離的方法。所述方法包括使結(jié)構(gòu)具有用于將薄片固定在結(jié)構(gòu)上的含加強纖維附加材料，或者通過錨件或金屬板將薄片固定在結(jié)構(gòu)上。但是，應(yīng)用這些方法很難最大化利用薄片的強度，或可能使工作過程復(fù)雜化。而且，在遇到具有彎曲表面隧道結(jié)構(gòu)的情況下，甚至小小的縫隙將可導(dǎo)致薄片與隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)壁剝離，并因而難以獲得加強效果。
還有一種方法，其中用粘合劑將含加強纖維的薄片粘結(jié)在結(jié)構(gòu)內(nèi)壁表面上。但是，傳統(tǒng)的粘合劑僅僅用于粘結(jié)薄片，薄片與結(jié)構(gòu)之間緩沖效果則很小。因而不能充分而持久的防止剝離。順便提一下，傳統(tǒng)的粘合劑僅可形成23℃時最大載荷拉張伸展率少于5％的層。
本發(fā)明的另一個目的是為加強帶含加強纖維紗線薄片的結(jié)構(gòu)提供一種加強結(jié)構(gòu)薄片和利用同一方法的結(jié)構(gòu)加強物，所述加強結(jié)構(gòu)薄片含加強纖維紗線，這有效的防止了薄片剝離脫落，發(fā)揮了最大強度，且適合方便充分的加固。
本發(fā)明的再一目的是提供一種強度和耐用性都得到加強的混凝土或鋼加強結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種加強結(jié)構(gòu)的方法，包括步驟(A)在結(jié)構(gòu)表面上設(shè)置含加強纖維紗線的薄片(下文中有時稱作為薄片(a))，所述結(jié)構(gòu)從包括混凝土和鋼結(jié)構(gòu)組中選出來，同時柔性材料設(shè)置在它們之間，所述柔性材料在23℃時具有10％至200％的最大載荷拉張伸展率和0.1牛/毫米2至50牛/毫米2的拉伸強度。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種含加強纖維紗線的加強結(jié)構(gòu)薄片，其中所述加強結(jié)構(gòu)薄片是在上述加強方法中使用的薄片(a)，且所述加強結(jié)構(gòu)薄片包括加強材料，所述加強材料具有許多沿著所述薄片縱向相互平行排列的縱向加強紗線。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種用于加強結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)加強物，所述結(jié)構(gòu)從包括混凝土和鋼結(jié)構(gòu)組中選出來，所述加強物包括柔性材料層和薄片(a)，所述柔性材料在23℃時具有10％至200％的最大載荷拉張伸展率和0.1牛/毫米2至50牛/毫米2的拉伸強度。
根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)一步提供了一種加強結(jié)構(gòu)，其中上述結(jié)構(gòu)加強物設(shè)在結(jié)構(gòu)的表面上，所述結(jié)構(gòu)從包括混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的組中選出來，同時所述結(jié)構(gòu)加強物的柔性材料層設(shè)置在結(jié)構(gòu)表面與含結(jié)構(gòu)加強物的加強纖維紗線的薄片之間。
圖2是本發(fā)明的立體示意圖，示出了用于含加強纖維紗線的薄片的加強材料的另一實施例。
圖3是本發(fā)明的立體示意圖，示出了用于含加強纖維紗線的薄片的加強材料的又一實施例。
圖4是本發(fā)明的立體示意圖，示出了用于含加強纖維紗線的薄片的加強材料的另一實施例。
圖5是說明本發(fā)明加強方法一個實施例的示意圖。
圖6是說明本發(fā)明加強方法另一個實施例的示意圖。
圖7是說明本發(fā)明加強結(jié)構(gòu)的一個實施例的示意圖，是在其內(nèi)壁上具有彎曲表面的混凝土結(jié)構(gòu)。
圖8是說明怎樣加強在實施例1-1至實施例1-4和比較實施例1-1至1-3的測試中使用的測試件的示意圖。
圖9是實施例1-1中薄片的應(yīng)力分布曲線圖。


圖10是說明實施例1-1至1-3和比較實施例1-1至1-2的測試中施加的荷載與位移關(guān)系的曲線圖。
圖11是說明比較實施例1-2中應(yīng)力分布的曲線圖。
圖12是說明怎樣加強在實施例2-1至實施例2-2和比較實施例2-1至2-2的測試中使用的測試件的示意圖。
圖13是實施例3-1與其它實施例的荷載測試中工具和加強混凝土結(jié)構(gòu)的示意性前視圖。
圖14是圖13的設(shè)備和加強混凝土結(jié)構(gòu)的示意性側(cè)視圖。
圖15是實施例3-2與其它實施例的荷載測試中設(shè)備和加強半圓柱體混凝土結(jié)構(gòu)的示意性前視圖。
圖16是圖15中設(shè)備和加強半圓柱體混凝土結(jié)構(gòu)的示意性側(cè)視圖優(yōu)選實施例本發(fā)明加強方法包括步驟(A)在混凝土或鋼結(jié)構(gòu)的表面上設(shè)置薄片(a)，同時將特定的柔性材料設(shè)置在混凝土或鋼結(jié)構(gòu)的表面與薄片之間。
當(dāng)要加強的結(jié)構(gòu)比如是柱狀物或通風(fēng)管時，步驟(A)最好是將薄片(a)設(shè)置在結(jié)構(gòu)的外表面上，同時將特定柔性材料設(shè)置在它們之間，以便，當(dāng)加強主要的意圖是防彎曲時，薄片(a)的加強纖維紗線沿著結(jié)構(gòu)的縱向或軸向布置或者沿著產(chǎn)生拉伸應(yīng)力的方向布置，反之，當(dāng)其主要的意圖是防剪切時，加強纖維紗線沿著圓周方向或者垂直于結(jié)構(gòu)軸線的方向或者沿著產(chǎn)生剪切應(yīng)力的方向布置。
當(dāng)要加強的結(jié)構(gòu)是梁或鋼筋混凝土梁時，步驟(A)最好是在結(jié)構(gòu)的表面上設(shè)置薄片，同時將特定的柔性材料設(shè)置在它們之間，以便，當(dāng)加強的主要意圖是防彎曲時，薄片(a)的加強纖維紗線沿著結(jié)構(gòu)的縱向或軸向布置或者沿著產(chǎn)生拉伸應(yīng)力的方向布置，反之，當(dāng)加強的主要意圖是防剪切時，加強纖維紗線沿著圓周方向或沿垂直于結(jié)構(gòu)的軸線的方向或沿產(chǎn)生剪切應(yīng)力的方向布置。
當(dāng)要加強的結(jié)構(gòu)是橋面或混凝土路面時，步驟(A)最好是在結(jié)構(gòu)的上表面和/或下表面設(shè)置薄片(a)，同時將特定的柔性材料設(shè)置在它們之間，以便，當(dāng)加強的主要意圖是防彎曲時，薄片(a)的加強纖維紗線沿著結(jié)構(gòu)的縱向或軸向布置或者沿著產(chǎn)生拉伸應(yīng)力的方向布置，反之當(dāng)加強的主要意圖是防剪切時，加強纖維紗線沿橫軸方向或沿垂直于結(jié)構(gòu)的軸線的方向或者沿產(chǎn)生剪切應(yīng)力的方向布置。
當(dāng)要加強的結(jié)構(gòu)中沒有加強鋼筋時，薄片(a)可選擇沿任意合適的方向布置。
當(dāng)要加強的結(jié)構(gòu)內(nèi)壁具有彎曲表面時，步驟(A)最好是至少在結(jié)構(gòu)內(nèi)壁的彎曲表面上設(shè)置薄片(a)，同時將柔性材料設(shè)置在它們之間，以便薄片(a)的加強纖維紗線沿著彎曲表面的曲面布置。
當(dāng)要加強的結(jié)構(gòu)內(nèi)壁表面呈環(huán)狀時，步驟(A)最好是在至少一部分結(jié)構(gòu)長度上沿著內(nèi)壁表面的圓周方向連續(xù)地設(shè)置薄片(a)，同時將特定柔性材料設(shè)置在它們之間，以便薄片(a)的加強纖維紗線沿著環(huán)狀內(nèi)壁的圓周方向布置。
加強如上述那些特定結(jié)構(gòu)所用薄片(a)最好是含有圖1，2和4所示加強材料的薄片(a)。
所述柔性材料可以是一種含有熱固性或熱塑性樹脂或者它們的混合樹脂的材料。例如，熱固性樹脂可以是環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸樹脂或者它們的混合物。例如，熱塑性樹脂可以是尼龍、聚碳酸酯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯樹脂或者它們的混合物。
可取的是當(dāng)單獨固化樹脂時，柔性材料里所含的樹脂具有0.1至50牛/米2的彈性拉伸模量，更可取的是在23℃時具有0.5至10牛/米2的彈性拉伸模量。彈性拉伸模量可根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K7113測定。柔性材料里樹脂的含量通常是按重量占50％至100％，更好是按重量占59％至98％，最好是按重量占70％至80％。
為了保持形成柔性材料層的柔性材料粘度在合適的范圍內(nèi)，或者為了防止材料的弛垂以方便施加于結(jié)構(gòu)，柔性材料可選擇地含有除樹脂之外所需的填充料或觸變劑，只要能達(dá)到本發(fā)明的目的均可。填充料的添加將稍稍降低柔性材料最大載荷拉張伸展率，但是這將提高柔性材料的拉伸強度和彈性拉伸模量。
例如，填充料可以是炭黑、碳酸鈣、滑石、硅酸、硅酸鹽或者無機(jī)顏料(如鉛白、紅丹、鉻黃、鈦白、鉻酸鍶、鈦黃或者其它顏料)。柔性材料里填充料的含量通常是按重量占0％至50％，更可取的是按重量占1％至40％，最好是按重量占10％至20％。
所述觸變劑具有有機(jī)和無機(jī)兩種類型。在無機(jī)觸變劑中，最好使用例如鍛制二氧化硅、蒙脫石粘土礦物、溶脹云母、合成蒙脫石、斑脫土、炭黑和鋰蒙脫石。柔性材料中觸變劑的含量通常是按重量占0％至50％，更可取的是按重量占1％至40％，最好按重量占10％至20％。
柔性材料23℃時具有10％至200％的最大載荷拉張伸展率，更可取的是10％至100％。把用作柔性材料的初始材料施加到結(jié)構(gòu)的表面上，可能會出現(xiàn)材料的下陷，有時這可通過設(shè)置較低的最大載荷拉張伸展率來避免。另一方面，尤其可取的是所述柔性材料具有比薄片(a)的樹脂中柔性材料或用于粘結(jié)薄片基質(zhì)樹脂(a)中的柔性材料都大的最大載荷拉張伸展率，所述樹脂將在下文中描述。所述柔性材料在23℃時拉伸強度是0.1牛/米2至50牛/米2，柔性材料的最大載荷拉張伸展率和拉伸強度可根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K7113來測定。
通過將柔性材料23℃時最大載荷拉張伸展率和拉伸強度設(shè)定在上述的范圍內(nèi)，同時也將柔性材料里樹脂(如果含有)23℃時彈性拉伸模量設(shè)定在上述的范圍內(nèi)，以防止薄片(a)的剝離，并且最大化利用薄片(a)的強度。
尤其可取的是柔性材料5℃時具有10％至200％的最大載荷拉張伸展率，最好是10％至100％，并且5℃時0.1牛/米2至50牛/米2的拉伸強度。可取的是當(dāng)單獨固化時，柔性材料中含有的樹脂(如果含有)具有0.1牛/米2至50牛/米2的彈性拉伸模量，更可取的是5℃時彈性拉伸模量為0.5牛/米2至10牛/米2。由于甚至在更低溫度下柔性材料能保持上述材料特性，因此甚至在低溫的條件下也可提供良好的加強效果。
所述柔性材料可從商業(yè)上可獲得的產(chǎn)品中精選，如EE50、EE50W或EE60，所有的這些都由TOHO EARTHTECH股份有限公司制造。
在要加強的結(jié)構(gòu)表面上直接以層的形式提供柔性材料或者根據(jù)所需選擇性的借助其它層來提供柔性材料(如起始層)。柔性材料層厚度不作特別限定，通常是100微米至2000微米，最好是200微米至1000微米。
柔性材料層的功能是將結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓力分散和傳遞到薄片(a)上。如果需要，通過物理或化學(xué)處理改變?nèi)嵝圆牧蠈颖砻?，即對著薄?a)的表面，也可提高其對薄片(a)的粘附力。物理處理可以是通過碾磨或者用砂紙或者超聲波處理使表面粗化。化學(xué)處理可以是氧化部分表面或向表面添加功能團(tuán)，例如用電暈、等離子體或者氧化劑來處理?？扇〉氖钱?dāng)柔性材料中含有聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂或其它類似樹脂，這些處理可以起作用。
可通過以下兩種方法來形成柔性材料層(i)把為柔性材料的液體起始材料施加到要加強結(jié)構(gòu)的表面上，然后固化材料，或者(ii)在要加強結(jié)構(gòu)的表面上粘附一種含有柔性材料的材料并形成薄膜、薄片或類似形狀。
當(dāng)通過上述方法(i)形成柔性材料層時，使用了為柔性材料的起始材料，當(dāng)固化時，所述起始材料顯示出了上述特定的最大載荷拉張伸展率和拉伸強度。例如，可使用由上述各種熱硬化性和/或熱塑性樹脂組成的起始材料，或者混和了填充料和/或觸變劑的起始材料。這里，作為熱硬化性樹脂，可取的是具有良好的可操作性的一種室溫固化類型。兩種組分樹脂也是可取的。
鑒于在20℃時的可操作性，作為為柔性材料的起始材料，室溫固化類型的熱硬化性樹脂具有一個30分鐘至5小時的適用期，最好是30分鐘至2小時的適用期。鑒于工作進(jìn)度，可取的是在20℃時固化熱硬化性樹脂著色層所需的時間為1小時至24小時，最好為1小時至12小時。為柔性材料的起始材料達(dá)到設(shè)計強度所需的時間在20℃時通常是1天至20天，最好是1天至7天。為了便于應(yīng)用，根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K6833測定的為柔性材料的起始材料的粘度在20℃時通常是50兆帕·秒至1000000兆帕·秒，最好是5000兆帕·秒至300000兆帕·秒。
為柔性材料的起始材料可以通過滾筒路刷、橡膠鏟、泥鏟或類似的工具一致施加以使得具有上述所需厚度。
在施加到要加強結(jié)構(gòu)的表面之后，當(dāng)為柔性材料的起始材料含有熱硬化性樹脂時，可用熱滾筒或干燥機(jī)加熱到它的固化溫度來固化為柔性材料的起始材料。當(dāng)起始材料含有室溫固化類型的熱硬化性樹脂時，也可僅通過在室溫條件下停留達(dá)到設(shè)計強度所需的時間來固化起始材料。
當(dāng)通過上述方法(ii)形成柔性材料層時，為柔性材料的起始材料最好包括熱塑性樹脂或柔性熱硬化性樹脂。
具有柔性材料且形成特定形狀的材料通?？梢酝ㄟ^適合的選擇方法來粘結(jié)，如加熱熔化或粘合劑粘結(jié)?？扇〉氖钦澈蟿哪軐⑷嵝圆牧蠈诱辰Y(jié)到要加強的結(jié)構(gòu)上的那些材料中選擇，其中粘合強度大于結(jié)構(gòu)的強度，最好是粘合劑材料與為柔性材料的起始材料同種類型。
本發(fā)明加強方法中使用的薄片(a)含有加強纖維紗線。所述加強纖維紗線中的加強纖維可以是碳纖維，玻璃纖維，陶瓷纖維，芳族聚酰胺纖維，碳化硅纖維或者它們的混合物，同時因碳纖維的輕質(zhì)和抗腐蝕性，優(yōu)選碳纖維。所述碳纖維可以是瀝青基質(zhì)碳纖維，聚丙烯腈(PAN)基質(zhì)碳纖維或者它們的混合物。
當(dāng)要求具有高彈力的碳纖維時，通常使用瀝青基質(zhì)碳纖維，例如由NIPPON石墨纖維公司生產(chǎn)的XN60。當(dāng)要求具有高強度的碳纖維時，通常使用聚丙烯腈基質(zhì)碳纖維，例如由TORAY工業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的T700SC或T300，由TOHO KABUSHIKIKAISHA生產(chǎn)的UT500，或由MITSUBISHIRAYON股份有限公司生產(chǎn)的TR30。
加強纖維可制成二維織物，單向織物或單向材料，所述加強纖維將用作組成薄片(a)的加強纖維紗線。
薄片(a)可以是以含有加強纖維紗線的薄片形式存在的任何一種材料。這個術(shù)語可解釋成包括含有加強纖維紗線的塑料板。
優(yōu)選地，薄片(a)具有100至800克/米2的纖維面積重量，1000至10000根長絲/加強纖維紗線，2000至5000牛/毫米2的拉伸強度，和2×105至1×106牛/毫米2的彈性拉伸模量。
根據(jù)本發(fā)明含有加強纖維紗線的薄片是含有加強材料的薄片(a)，所述加強材料具有許多沿著薄片的縱向相互平行排列的縱向加強纖維紗線，所述薄片指的是薄片(1)。本發(fā)明薄片(1)的優(yōu)選實施例可包括下列薄片薄片(2)，其中薄片(1)的加強材料還具有許多沿著薄片橫向相互平行排列的橫向線。所述橫向線是橫向加強纖維紗線和/或橫向輔助線，并且縱向加強纖維紗線與橫向線形成織物結(jié)構(gòu)。
薄片(3)，其中用固定部件將薄片(2)中的縱向加強纖維紗線與橫向線相互粘合且固定在一起。
薄片(4)，其中薄片(1)的加強材料還具有許多沿著薄片縱向相互平行排列的縱向輔助線，和許多沿著薄片橫向相互平行排列的橫向輔助線。所述加強材料具有織物結(jié)構(gòu)，其中縱向加強纖維紗線基本上不隨著縱向和橫向輔助線彎曲。
薄片(5)和支撐件，所述薄片(5)含有薄片(1)至薄片(4)任何一個中的加強材料，所述支撐件用于支撐加強材料。通過粘合劑將加強材料粘附到支撐件上。
落入薄片(2)范圍內(nèi)的薄片(3)例如可以是類似布的薄片，其中它的經(jīng)線和緯線之一是加強纖維紗線，另一條線是含有熱塑性樹脂的纖維制成的輔助線。所述含有熱塑性樹脂的纖維可以是熱塑性樹脂纖維，或者帶有熱塑性樹脂的任何纖維或粘合其上的熱塑性纖維。在含有熱塑性樹脂的纖維里，經(jīng)線和緯線通過熱塑性樹脂相互粘合且固定。
薄片(5)例如可以是具有單向排列的加強纖維紗線的薄片和含有熱塑性樹脂的網(wǎng)狀格子。在含有熱塑性樹脂的纖維中，所述格子通過熱塑性樹脂固定并粘附在薄片上。
落入薄片(1)和薄片(2)范圍內(nèi)的薄片(3)例如可以是含有圖1所示加強材料10的薄片。所述加強材料10是具有許多沿著所述薄片縱向相互平行排列的加強纖維紗線1a和許多橫向輔助線2a的材料。加強纖維紗線1a和橫向輔助線2a是用固定部件3相互粘結(jié)并固定的。
落入薄片(1)、(2)或(4)范圍內(nèi)的薄片(3)例如可以是含有圖2所示加強材料20的薄片。加強材料20是這樣一種材料，其中組(X)中許多加強纖維紗線1a沿著所述薄片縱向平行排列并以所述薄片的形式單向定向，組(Y)中許多橫向輔助線2a排列在組(X)的前面和背面，組(Z)中縱向輔助線2b以垂直于組(Y)且平行于組(X)的方向排列，所述組(X)、組(Y)、組(Z)共同組成了基本上不使加強纖維紗線1a彎曲的機(jī)織物。用固定部件將加強纖維紗線1a、橫向輔助線2a和縱向輔助線2b相互粘合并固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 落入薄片(1)或(2)范圍內(nèi)的薄片(3)例如可以是含有圖3所示加強材料30的薄片。所述加強材料30是加強纖維紗線的雙向平面機(jī)織物，其中許多沿著所述薄片縱向相互平行排列的加強纖維紗線1a與許多橫向加強纖維紗線1b垂直布置。所述縱向加強纖維紗線1a和所述橫向加強纖維紗線1b用固定部件3相互粘合并固定。
落入薄片(1)范圍內(nèi)的薄片(5)例如可以是含有圖4所示加強纖維材料40的薄片。所述加強材料40是這樣一種材料，其中，類似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)支撐件通過粘合劑5粘附在所述薄片的一面上，所述薄片由許多沿著所述薄片縱向相互平行排列的加強纖維紗線1a組成。
粘合劑5的材料不作特別限定，它可以從那些類似于用作下文中將要描述的基質(zhì)樹脂的材料中精選出來?；诩訌娎w維紗線1a總重量等分成100份，所用的粘合劑5的重量最好是3等份至7等份。
在上述各種加強材料中，所述縱向加強纖維紗線1a可以(也可以不)通過固定部件3粘合并固定在橫向輔助線2a上或者橫向加強纖維紗線1b上，例如，所述固定部件3由低熔點聚合物組成。固定部件3可提前包含在縱向加強纖維紗線1a，橫向輔助線2a或者橫向加強纖維紗線1b中。
固定部件3的材料不作特別限定，例如可以是尼龍，尼龍共聚物，聚酯，亞乙烯基氯化物，乙烯基氯化物，聚氨酯或者它們的混合物，特別優(yōu)選的是尼龍共聚物。橫向輔助線2a和縱向輔助線2b最好由玻璃纖維組成。
當(dāng)用塑料板作薄片(a)時，可通過浸漬二維織物、單向織物或單向材料形式的加強材料，將所述塑料板制備成含有基質(zhì)樹脂的材料，并通過加熱將其固化成板的形狀。
所述基質(zhì)樹脂可以是熱硬化性樹脂或熱塑性樹脂或者它們的混合物。例如，熱硬化性樹脂可以是環(huán)氧樹脂，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸酯或它們的混合物。熱塑性樹脂可以是尼龍，聚碳酸酯，聚氨酯，聚乙烯，聚丙烯樹脂或者它們的混合物，并且最好具有較強的粘附力。
根據(jù)本發(fā)明的加強方法，薄片(a)設(shè)置在要加強結(jié)構(gòu)的表面上，同時將柔性材料設(shè)置在它們之間。這里，可直接將薄片(a)設(shè)置在柔性材料的表面上或借助于選擇性地提供例如一個內(nèi)涂層的其它層。
根據(jù)本發(fā)明的加強方法，例如外敷層和成品外部涂層的其它層可選擇性的設(shè)置在薄片(a)上。例如，通過在粘附薄片(a)之前施加基質(zhì)樹脂材料作為內(nèi)涂層，并在粘附薄片(a)之后再施加基質(zhì)樹脂材料作為外敷層，這樣可獲得高強度的薄片(a)和基質(zhì)樹脂的復(fù)合層。當(dāng)上述塑料板用作薄片(a)時，所述塑料板可用粘合劑粘附在柔性材料的表面上。
薄片(a)的厚度不作特別限定。薄片(a)的斷裂伸長率可取的是0.5％至3.0％，最好是0.6％至2.0％。
應(yīng)用于本發(fā)明加強方法的混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)不作特別限定，可包括各種結(jié)構(gòu)，例如柱、梁、板、壁、鋼筋混凝土梁、混凝土路面、通風(fēng)管、隧道、輸送管、鍋爐管、排泄管、導(dǎo)管、有彎曲表面橋梁和U形槽。要加強的結(jié)構(gòu)不僅包括現(xiàn)有的建筑物，而且也包括用來制成建筑物的結(jié)構(gòu)，例如在工廠里生產(chǎn)的混凝土部件和鋼部件。
本發(fā)明中，“加強”意思不僅僅是不損壞結(jié)構(gòu)品質(zhì)的加強，而且也是已損壞結(jié)構(gòu)的修復(fù)。例如，所述具有彎曲表面的結(jié)構(gòu)包括具有半徑不小于300毫米的縱向延伸彎曲表面的結(jié)構(gòu)，反之，所述具有環(huán)狀內(nèi)壁表面的結(jié)構(gòu)包括具有半徑不小于300毫米的環(huán)狀內(nèi)壁表面的結(jié)構(gòu)。特別的，所述在內(nèi)壁上具有縱向延伸彎曲表面的結(jié)構(gòu)或者具有環(huán)狀內(nèi)壁表面的結(jié)構(gòu)可包括鐵路隧道、公路隧道、穿山隧道、水利發(fā)電站的水道隧道、農(nóng)業(yè)溝渠隧道、水供應(yīng)和排泄的引水隧道、工業(yè)水引水隧道、河流瀉水道的引水隧道、壓力引水隧道和休姆氏(Hume)管，所述結(jié)構(gòu)建造在地面上并且處于例如來自內(nèi)部和/或外部的壓力之下。
作為一個實施例，本發(fā)明加強方法的工作過程包括在要加強結(jié)構(gòu)的表面上順序的形成所需的每一層，如底層，柔性材料層，內(nèi)涂層，薄片(a)，外敷層和成品外部涂層。在這些層中，柔性材料層和薄片(a)是必須的，其它層可選擇性地形成。通常這些層可從最近的層到結(jié)構(gòu)表面順序形成。然而，在一些情況下，可提前形成含有復(fù)合柔性材料層和薄片(a)的加強結(jié)構(gòu)，然后將其粘附到結(jié)構(gòu)的表面上。
下面將參照附圖5解釋本發(fā)明加強方法的一個實施例。
參照圖5，數(shù)字11指的是要加強的結(jié)構(gòu)。首先，按所需預(yù)處理要加強結(jié)構(gòu)的表面，例如清潔。當(dāng)結(jié)構(gòu)是由混凝土組成時，也可通過研磨或者用表面處理材料預(yù)處理表面上的臺階或斷口?？捎脠A盤磨沙機(jī)，廢布，有機(jī)溶劑來實現(xiàn)或者通過噴砂或高壓沖洗來實現(xiàn)清潔。
所述表面前處理材料可以是綜合強度大于或等于混凝土強度的樹脂，如環(huán)氧樹脂油灰或環(huán)氧樹脂灰漿。在預(yù)處理中，可用樹脂填滿臺階和斷口。在預(yù)處理步驟中，環(huán)繞突出的和凹進(jìn)的角也是可取的。當(dāng)所需的預(yù)處理結(jié)束時，可按所需標(biāo)記出要粘附的薄片(a)的位置。
其次，用輥刷或者類似的工具將底層施加在結(jié)構(gòu)11的表面上并且干燥形成底層12。底層可以是對結(jié)構(gòu)11具有較強粘附力的材料和柔性材料層13，如溶或不溶環(huán)氧樹脂。
底層的混合粘度通常是1至10000兆帕·秒，鑒于可操作性，20℃時底層的混合粘度最好是10至5000兆帕·秒。
施加底層時的可取溫度通常是零下10℃至50℃。要施加的底層量通常是0.01至1千克/米2，最好是0.1至0.5千克/米2。在20℃時干燥底層所需時間通常是1小時至24小時，最好是1小時至12小時。
在形成底層12之后，可選擇的施加勻整材料(如油灰)以使凸凹不平的底層表面平滑，然后通過如上述的那些方法在其上形成柔性材料層13?？尚纬扇嵝圆牧蠈?3代替使用勻整材料(如油灰)來使凸凹不平的底層表面平滑。在這種情況下，可添加勻整材料的組分到所需的柔性材料中。在柔性材料層13形成之后，可通過物理或化學(xué)處理按所需改變層13的表面。然后可選擇的使用用于內(nèi)涂層14的基質(zhì)樹脂材料或類似的材料。所述的基質(zhì)樹脂材料可從上述對柔性材料有較強粘附力基質(zhì)樹脂的實施例中精選出來。
只要能達(dá)到本發(fā)明的目的，除了樹脂之外，所述基質(zhì)樹脂材料可包含保持材料粘度在合適的范圍內(nèi)或者避免其施加時弛垂的適合填充料或觸變劑。所述填充料或觸變劑可從以上描述柔性材料時列舉的實施例中精選出來。所述基質(zhì)樹脂材料中填充料和/或觸變劑的含量按重量最好從1％至20％。
當(dāng)所述基質(zhì)樹脂材料包含室溫固化樹脂時，所述樹脂的適用期可取的是30分鐘至5小時，鑒于所述基質(zhì)樹脂材料的可操作性，20℃時適用期最好是30分鐘至2小時。20℃時固化基質(zhì)樹脂材料的著色層所需的時間可取的是1小時至24小時，鑒于工作進(jìn)度最好是1小時至12小時。
基質(zhì)樹脂材料達(dá)到設(shè)計強度所需的時間通常是1天至20天，20℃時最好是1天至7天。所述基質(zhì)樹脂材料的粘度通常是10至100000兆帕·秒，考慮到易于滲透和消泡，20℃最好是100至50000兆帕·秒。
可通過輥刷、橡皮刮鏟或類似的工具施加用作內(nèi)涂層的基質(zhì)樹脂材料，以便一致的施加通常是0.1千克/米2至2千克/米2，最好是0.2千克/米2至1千克/米2的材料。
再次，將作為薄片(a)的薄片15粘附在內(nèi)涂層14上。所述步驟可包括施加內(nèi)涂層14的材料之后立即將薄片15粘合在上述標(biāo)明的位置，然后用橡皮刮鏟、熱輥、消泡輥或類似的工具軋擠薄片15的表面，可取的是沿著加強纖維紗線的方向軋擠，更可取的是沿著加強纖維紗線從薄片15的中心向其邊緣軋擠。通過這些步驟，薄片15浸漬基質(zhì)樹脂并且消除了薄片15中的氣泡，由此產(chǎn)生了平滑的表面。
在粘附薄片15的步驟里，薄片15太長將妨礙操作。因而可將所述薄片15切成合適的長度，并且可將許多切片拼接在一起。在這種情況下，為了提供足夠的強度，最好沿著確保強度的方向以不少于100毫米重疊寬度將薄片拼接在一起。
再次，將用作外敷層16的基質(zhì)樹脂材料施加在薄片15上。所述步驟可包括通過滾刷、橡皮刮鏟或類似的工具，施加與內(nèi)涂層步驟中所用相同的基質(zhì)樹脂材料，以便一致的施加通常是0.05千克/米2至2千克/米2，最好是0.1千克/米2至1千克/米2的材料。
在上述每一個步驟中，如果有氣泡，折皺和各種纖維，可取的是立即消除它們。同時提供足夠的保護(hù)以避免弄臟和雨淋也是可取的。
最后，實施成品步驟。所述步驟可包括在外敷層16上施加如胺基甲酸酯樹脂、含氟樹脂或聚合物粘合劑材料的防水層以形成保護(hù)層17。
到目前為止所描述工作過程的實施例中，僅設(shè)置了一層包含加強纖維紗線的薄片。然而，在本發(fā)明的加強方法中，也可設(shè)置兩層或多層的含加強纖維紗線的薄片。可通過按所要求的次數(shù)重復(fù)外敷層、粘附薄片和外敷層的步驟來設(shè)置所述的兩層或多層薄片。
參照圖6描述了本發(fā)明用加強纖維塑料板作薄片(a)的加強方法的一個實施例。
正如圖5所示工作過程的實施例中，要進(jìn)行本發(fā)明的加強方法，首先，預(yù)處理要加強結(jié)構(gòu)11的表面，標(biāo)記，形成底層12，且根據(jù)需要平滑凸凹不平的層表面。然后形成柔性材料層13，可選擇的改變?nèi)嵝圆牧蠈?3且根據(jù)需要形成內(nèi)涂層(未示出)。用粘合劑將加強纖維塑料板15’粘附到柔性材料層13上，接著形成成品外部涂層(保護(hù)層)17。
用于粘附加強纖維塑料板15’的粘合劑的強度最好在柔性材料層和板15’的粘合強度之間并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于混凝土的拉伸強度。
所述粘合劑可包含樹脂，如熱硬化性樹脂或室溫固化樹脂，并且由于其可操作性后者優(yōu)選使用。熱硬化性和熱塑性樹脂的實施例包括上述的那些，可從中精選一個適合使用的。只要達(dá)到本發(fā)明的目的，除了樹脂之外，所述粘合劑也可包括保持材料粘度在合適的范圍內(nèi)或者避免其施加時弛垂的適合填充料或觸變劑。所述填充料和觸變劑的實施例包括上述的那些，可從中精選一些適合使用的。粘合劑中填充料和/或觸變劑的含量按重量最好是1％至20％。
當(dāng)粘合劑包含室溫固化樹脂時，所述樹脂的適用期可取的是30分鐘至5小時，考慮到粘合劑的可操作性，最好是30分鐘至2小時。20℃時固化粘合劑的著色層所需的時間可取的是1小時至24小時，考慮到工作進(jìn)度，最好是1至12小時。
可通過輥刷，橡皮刮鏟或類似的工具施加粘合劑，以便一致的施加通常是0.05至3千克/米2，最好是0.2至2千克/米2的粘合劑。
上述描述了工作過程的實施例，僅設(shè)置了一層加強纖維塑料板。但是，在本加強方法中，也可提供兩層或多層加強纖維塑料板?？赏ㄟ^按所需的次數(shù)重復(fù)用粘合劑粘附塑料板的步驟來設(shè)置兩層或多層加強纖維塑料板。
本發(fā)明加強結(jié)構(gòu)是用于加強混凝土或鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，并且具有柔性材料層和含加強纖維紗線的薄片。所述柔性材料層23℃時具有10％至200的最大載荷拉張伸展率和0.1牛/毫米2至50牛/毫米2的拉伸強度。所述柔性材料和含加強纖維紗線的薄片與上述的柔性材料和薄片(a)是相同的。根據(jù)需要，所述加強結(jié)構(gòu)可選擇性的具有其它層和上述材料。
通過本發(fā)明的加強方法或加強結(jié)構(gòu)，可以很方便的加強現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)。例如，在加強現(xiàn)有公路隧道時，封閉隧道是不必要的，在施工期間可開放一條通道。而且，在工作完成之后，可立即使用該隧道。
粘附加強結(jié)構(gòu)后可接著使接地錨以一定的間距通過加強結(jié)構(gòu)伸進(jìn)地下，并用鐵板或螺栓固定錨頭。在粘附加強結(jié)構(gòu)或薄片(a)之前，可選擇性地使接地錨伸進(jìn)地下。通過將本發(fā)明與接地錨相結(jié)合，更加安全的確保了混凝土塊免受剝落。
上述工作過程通常利用專門的具有支架的施工設(shè)備來實施，上述工作過程的實施也取決于要加強的結(jié)構(gòu)部分面積的大小、范圍、規(guī)模、結(jié)構(gòu)狀況。但是，所述工作過程也可以通過自動化機(jī)器或人力使用常用的支架和臨時的腳手架來實施。當(dāng)要加強的部分?jǐn)嗝娣e很大時，可以使用能粘附在加強結(jié)構(gòu)或薄片(a)上且能施加環(huán)氧樹脂的機(jī)器人機(jī)械化的實現(xiàn)上述工作過程。
通過將本發(fā)明的加強結(jié)構(gòu)與加固地面相結(jié)合，以平衡作用在混凝土襯上的內(nèi)應(yīng)力，可進(jìn)一步改善加強效果，所述加固地面帶有錨部件、結(jié)構(gòu)懸架或拱形支架或加進(jìn)用于混凝土表面的廢填充料或土壤改進(jìn)劑的混凝土襯或地面。
可根據(jù)結(jié)構(gòu)所需要加強的程度和規(guī)模靈活的采用本發(fā)明的加強方法，可使用規(guī)模相對較小的臨時設(shè)備來實現(xiàn)本發(fā)明的加強方法，并且在不同的條件下可采用不同的特定工作。
在進(jìn)行上述工作期間可現(xiàn)場制成本發(fā)明的加強結(jié)構(gòu)，或作為可選擇的技術(shù)方案，本發(fā)明的加強結(jié)構(gòu)可作為薄片制品提前制成，所述薄片制品按照所需的大小與厚度已固化和成形并且通過粘合層和類似結(jié)構(gòu)粘附在結(jié)構(gòu)表面上。
根據(jù)本發(fā)明，所述加強結(jié)構(gòu)是這樣一種結(jié)構(gòu)，其中上述加強結(jié)構(gòu)設(shè)在要加強的混凝土或鋼結(jié)構(gòu)表面上，同時加強結(jié)構(gòu)的柔性材料層設(shè)置于結(jié)構(gòu)表面和含有加強纖維紗線的薄片之間，并包括上述加強方法所加強的結(jié)構(gòu)。當(dāng)加強結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁具有彎曲表面時，加強結(jié)構(gòu)最好設(shè)在結(jié)構(gòu)內(nèi)壁的彎曲表面上，同時薄片(a)的加強纖維紗線沿著彎曲表面的曲面排列，并且加強結(jié)構(gòu)的柔性材料層設(shè)置在薄片(a)與結(jié)構(gòu)內(nèi)壁之間。當(dāng)加強結(jié)構(gòu)具有環(huán)形內(nèi)壁表面時，加強結(jié)構(gòu)最好沿內(nèi)壁表面的圓周方向至少連續(xù)地設(shè)在結(jié)構(gòu)的一部分長度上，同時，加強結(jié)構(gòu)薄片(a)的加強纖維紗線沿著環(huán)形內(nèi)壁的圓周方向排列，并且加強結(jié)構(gòu)的柔性材料設(shè)置在薄片(a)與結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁表面之間。
圖7示出了本發(fā)明加強結(jié)構(gòu)70的一個實施例，所述的加強結(jié)構(gòu)70的內(nèi)壁上具有彎曲表面。
所述加強結(jié)構(gòu)70包括具有縱向延伸彎曲表面的結(jié)構(gòu)71，底層72，柔性材料層73，內(nèi)涂層74，作為薄片(a)的薄片75，外敷層76和成品外部涂層77，從所述結(jié)構(gòu)71的彎曲內(nèi)壁表面向外按順序形成上述結(jié)構(gòu)。
在加強結(jié)構(gòu)70中，僅僅設(shè)有一層含有加強纖維紗線的薄片。然而，根據(jù)本發(fā)明，也可設(shè)置有兩層或多層含有加強纖維紗線的薄片。可通過按所需的次數(shù)重復(fù)內(nèi)涂層、附著加強纖維薄片和外敷層的步驟來形成兩層或多層薄片。
具有如此形成在其彎曲表面上的結(jié)構(gòu)加強物的加強結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出的強度和剛度高于那些設(shè)置有含加強纖維紗線的傳統(tǒng)薄片的結(jié)構(gòu)若干倍。具有沿著曲面或圓周排列薄片的加強纖維紗線的本發(fā)明加強結(jié)構(gòu)仍然獲得了改進(jìn)的加強效果。特別的，當(dāng)加強成加強結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)具有環(huán)形內(nèi)壁表面時，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)加強物設(shè)置在所述結(jié)構(gòu)的一部分或全部表面上，同時加強結(jié)構(gòu)薄片的加強纖維紗線連續(xù)地排列在環(huán)形內(nèi)壁表面的圓周方向上。因而，與相應(yīng)的設(shè)有含加強纖維紗線的傳統(tǒng)薄片的結(jié)構(gòu)相比，所述加強結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出良好的抗拉伸應(yīng)力性能。
根據(jù)到此為止描述的本發(fā)明的加強方法，薄片(a)設(shè)置在要加強結(jié)構(gòu)的表面上，同時特定柔性材料設(shè)置在它們之間，以便所述結(jié)構(gòu)與含有加強纖維紗線的薄片牢固的結(jié)合，避免薄片(a)的剝離，并通過最大化利用薄片(a)的強度容易方便的獲得充分加固。而且，當(dāng)在本加強方法中使用時，本發(fā)明用于加強結(jié)構(gòu)的薄片(a)具有不與結(jié)構(gòu)相剝離的最大強度，并方便地促進(jìn)充分加固。本發(fā)明加強結(jié)構(gòu)具有不剝離的最大強度，并方便地促進(jìn)充分加固。
作為測試件，使用了圖8示出的梁80，所述梁80長2200毫米，寬200毫米，高200毫米。所述梁80用四個D13的SD295條鋼作為主加固物81，并且用D6的SD295條鋼作為鐵環(huán)82，所述鐵環(huán)82以間距150毫米排列。在測試件的底部83上，在整個寬度上施加1740毫米長(長度的之間部分)的環(huán)氧底層，因而形成底層(未示出)。然后施加環(huán)氧柔性材料(環(huán)氧樹脂，商業(yè)名稱“TOHODITE EE50”，由TOHO EARTHTECH股份有限公司生產(chǎn)；23℃時最大載荷拉張伸展率95％(根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K7113測定)，23℃時拉伸強度1.4牛/毫米2(根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K74113測定)，5℃時最大載荷拉張伸展率65％，5℃拉伸強度6.5牛/毫米2，所有的均處在固化狀態(tài)中)以形成500微米厚的柔性材料層84。而且，用室溫固化環(huán)氧樹脂固定一層含有加強纖維紗線(商業(yè)名稱“HT300”，由NIPPON MITSUBISHI OIL CORPORARION生產(chǎn))的薄片85，以便加強纖維紗線沿主加固物的縱向排列。
薄片85固定后固化一個星期以上之后，通過使支撐點86接觸測試件來實施靜荷載測試(如圖8所示)，同時支撐點之間間隔1800毫米，荷載點之間間隔300毫米，并使用四點單調(diào)載荷。表1示出了在斷裂時觀測到的斷裂載荷、最大位移和薄片85的最大應(yīng)變與薄片85斷裂形式。而且，測出了各種載荷時含有加強纖維紗線(離測試件中心的距離與應(yīng)力之間的關(guān)系)的薄片的應(yīng)力分布。結(jié)果如圖9所示。圖10示出了施加載荷與位移之間的關(guān)系。
表1

實施例1-2
按照本發(fā)明的加強方法(使用柔性材料和含有加強纖維紗線的薄片)加固具有主加固物和設(shè)在其中的鐵環(huán)的混凝土測試件，并測試其加強效果。
作為測試件，使用實施例1-1中用的梁，用加強纖維塑料板代替薄片85，所述加強纖維塑料板是型號-S的TU板(商業(yè)名稱，由NIPPONMITSUBISHI OIL CORPORATION生產(chǎn))。
在測試件的底部，如在實施例1-1中，在整個寬度上使用長1740毫米(中間部分)的環(huán)氧底層，因而形成底層。然后施加環(huán)氧柔性材料(環(huán)氧樹脂，商業(yè)名稱“TOHODITE EE50”，由TOHO EARTHTECH股份有限公司生產(chǎn)；23℃時最大載荷拉張伸展率95％(根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K7113測定)，23℃時拉伸強度1.4牛/毫米2(根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K74113測定)，5℃時最大載荷拉張伸展率65％，5℃拉伸強度6.5牛/毫米2，所有的均處在固化狀態(tài)中)以形成500微米厚的柔性材料層。用如實施例1-1使用的室溫固化環(huán)氧樹脂固定一層加強纖維板85，以便加強纖維沿主加強物的縱向排列。
塑料板固定后固化一個星期以上之后，通過在測試件施加四點單調(diào)載荷，支撐點之間間隔1800毫米，荷載點之間間隔300毫米，進(jìn)行靜荷載測試。表1示出了在斷裂時觀測到的斷裂載荷、最大位移和含有加強纖維的薄片最大應(yīng)變與薄片85斷裂形式。實施例1-3除形成1000微米厚的柔性材料84以外，以如實施例1-1相同的方式進(jìn)行靜荷載測試，結(jié)果如表1和圖10所示。實施例1-4除用EE50W(環(huán)氧樹脂，商業(yè)名稱“TOHODITE EE50W”，由TOHOEARTHTECH股份有限公司生產(chǎn)；23℃時最大載荷拉張伸展率56％(根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K7113測定)，23℃時拉伸強度1.2牛/毫米2，(根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K7113測定)，5℃時最大載荷拉張伸展率55％，5℃時拉伸強度5牛/毫米2，所有的均處在固化狀態(tài)中)代替柔性材料之外，按照本發(fā)明的加強方法以與實施1-1相同的方式加強測試件，并進(jìn)行靜荷載測試。表1示出了在斷裂時觀測到的斷裂載荷、最大位移和含有加強纖維的薄片最大應(yīng)變與薄片斷裂形式。比較實施例1-1
在測試件上以與實施例1-1相同的方式實施靜荷載測試，所述測試件如實施例1-1中所用的一樣但不作任何加強。結(jié)果如表2和圖10所示。
表2

比較實施例1-2除不形成柔性材料之外，以與實施例1-1相同的方式加強測試件，并且以與實施例1-1相同的方式實施靜荷載測試。結(jié)果如表2和圖10與11所示。比較實施例1-3除用環(huán)氧樹脂的(23℃時最大載荷拉張伸展率5％(根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K7113測定)，23℃時拉伸強度40牛/毫米2(根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K7113測定))柔性材料層代替柔性材料之外，以與實施例1-1相同的方式加強測試件，并按與實施例1-1相同的方式實施靜荷載測試。結(jié)果如表2和圖10所示。實施例2-1按照本發(fā)明使用柔性材料和含有加強纖維紗線的薄片的加強方法來加固鋼測試件，并測試其加強方法。
作為測試件，使用如圖12所示的用作梁的工字鋼21，所述工字鋼21大小是200毫米×100毫米×2000毫米。用5.5毫米厚的鋼板22在荷載點和支撐點加固所述工字鋼21。在測試件的底部23上，在其整個寬度上施加長1600毫米(長度的之間部分)的環(huán)氧底層，因而形成底層(未示出)。然后施加環(huán)氧柔性材料(環(huán)氧樹脂，商業(yè)名稱“TOHODITE EE50”，由TOHO EARTHTECH股份有限公司生產(chǎn)；23℃時最大載荷拉張伸展率95％(根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K7131測定)，23℃時拉伸強度1.4牛/毫米2(根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K7131測定)，5℃時最大載荷拉張伸展率65％，5℃時拉伸強度6.5牛/毫米2，所有的均處在固化狀態(tài)中)以形成500微米厚的柔性材料層24。而且，用室溫固化環(huán)氧樹脂固定含有加強纖維紗線(商業(yè)名稱“HT300”，由NIPPON MITSUBISHI OIL CORPORATION生產(chǎn))的五層薄片25，以便加強纖維沿縱向排列。薄片25固定后固化一個星期以上之后，通過使支撐點26接觸測試件工字鋼21(如圖12所示)來實施靜荷載測試，支撐點之間相距1800毫米，并且施加單一荷載。表3示出了測得的斷裂載荷和最大位移。實施例2-2根據(jù)本發(fā)明使用柔性材料和加強纖維塑料板的加強方法來加強鋼測試件，并測試其加強方法。
作為測試件，使用實施例2-1中所用的工字鋼。用加強纖維塑料板25代替薄片25，所述塑料板25是型號-S的TU板(商業(yè)名稱，由NIPPONMITSUBISHI OIL CORPORATION生產(chǎn))。在測試件底部，在整個寬度上施加長1600毫米(長度的之間部分)的如實施例2-1中所用的環(huán)氧底層，因而形成底層。然后施加環(huán)氧柔性材料(環(huán)氧樹脂，商業(yè)名稱“TOHODITEEE50”，由TOHO EARTHTECH股份有限公司生產(chǎn)；23℃時最大載荷拉張伸展率95％(根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K7113測定)，23℃時拉伸強度1.4牛/毫米2(根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K7131測定)，所有的均處在固化狀態(tài)中)以形成500微米厚的柔性材料層24。而且，用如實施例2-1中所用的室溫固化環(huán)氧樹脂來固定五層加強纖維塑料板25，以便加強纖維沿著縱向排列。塑料板25固定后固化一個星期以上之后，通過使支撐點26接觸工字鋼21實施靜荷載測試，同時使荷載點之間相距1800毫米，并且施加單一荷載。因而，觀測到良好的加強效果。比較實施例2-1在測試件上以與實施例2-1相同的方式實施靜荷載測試，所述測試件如實施例2-1中所用的一樣但不作任何加強。結(jié)果如表3所示。比較實施例2-2除不形成柔性材料層24之外，如實施例2-1相同的方式實施靜荷載測試。結(jié)果如表3所示。
表3

實施例3-1用高壓噴水器沖洗休姆氏管(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)A5303B，型號1；內(nèi)徑1200毫米，厚度95毫米，長度2430毫米)的內(nèi)壁，并在其整個內(nèi)壁表面上施加環(huán)氧底層以形成底層。
然后在整個內(nèi)壁上使用600克/米2的為環(huán)氧柔性材料(由TOHOEARTHRECH有限責(zé)任公司生產(chǎn)的EE50)的起始材料以形成500微米厚的柔性材料層。測得模制品的特性95％的最大載荷拉張伸展率和1.4牛/毫米2拉伸強度(兩者均在23℃根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K7113測定)，65％的最大載荷拉張伸展率和6.5牛/毫米2的拉伸強度(兩者均在5℃時根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K7113測定)，所述模制品制備方式與制備柔性材料層相同。
接著，通過輥軋的方式在柔性材料層上施加基質(zhì)樹脂(商業(yè)名稱“BONDE 2500，由KONISHI有限責(zé)任公司生產(chǎn)“)，并且其表面用加強纖維薄片(TU布ST200-50，由NIPPON MITSUBISHI CORPORATION生產(chǎn)，纖維面重200克/米2；薄片寬度50毫米；設(shè)計厚度0.11毫米；拉伸強度3430牛/毫米2；彈性拉伸模量2.3×105牛/毫米2)襯里。所述含加強纖維紗線的薄片沿休姆氏管的圓周方向排列，并用浸漬輥輥壓。因而，薄片嵌進(jìn)基質(zhì)樹脂中。重復(fù)施加基質(zhì)樹脂與薄片制品，以在休姆氏管的整個內(nèi)壁上形成兩層含加強纖維紗線的薄片。
如此得到的加強休姆氏管須經(jīng)受根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)A5303”離心加強混凝土管”的荷載測試，其中直到管斷裂為止一直施加載荷P。加強的結(jié)果與測試簡圖如圖13和14所示，結(jié)果如表4所示。順便說一下，在圖13和14中，引用數(shù)字32表示混凝土休姆氏管，33表示柔性材料層，34表示加強纖維薄片，31表示載荷夾具。
與沒加強的休姆氏管相比，觀測到所獲得的休姆氏管具有改進(jìn)的耐用性，并且觀測到頂部和底部產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力通過柔性材料層分散在管的圓周方向。所述加強休姆氏管顯現(xiàn)出優(yōu)于下面將要描述的那些相對實施例的特性。比較實施例3-1除不形成柔性材料層之外，以與實施例3-1相同的方式制備加強休姆氏管，并實施荷載測試。結(jié)果如表4所示。比較實施例3-1以與實施例1相同的方式在實施例3-1中所用的加強前休姆氏管上實施荷載測試。結(jié)果如表4所示。
表4

實施例3-2切斷休姆氏管(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)A5303B，類型1；內(nèi)徑1200毫米，厚度95毫米，長度2430毫米)以獲得半圓柱體休姆氏管。
用高壓噴水器沖洗所述半圓柱體休姆氏管的內(nèi)壁，并在整個內(nèi)部上施加環(huán)氧底層以形成底層。
然后在整個內(nèi)壁上使用600克/米2的為環(huán)氧柔性材料(由TOHOEARTHRECH股份有限公司生產(chǎn)的EE50)的起始材料形成500微米厚的柔性材料層。測得模制品的特性95％的最大載荷拉張伸展率和1.4牛/毫米2拉伸強度(兩者均在23℃根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K7113測定)，1.5牛/毫米2的彈性拉伸模量(在23℃時根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K7113測定)，65％的最大載荷拉張伸展率和6.5牛/毫米2的拉伸強度(兩者均在5℃時根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)K7113測定)，所述模制品制備方式與制備柔性材料層相同。
接著，通過輥軋的方式在柔性材料層上施加基質(zhì)樹脂(商業(yè)名稱“BONDE 2500，由KONISHI有限責(zé)任公司生產(chǎn)“)，并且其表面用加強纖維薄片(TU布料WT200-50，由NIPPON MITSUBISHI CORPORATION生產(chǎn)，纖維面重200克/米2；薄片寬度50毫米；設(shè)計厚度0.11毫米；拉伸強度3430牛/毫米2；彈性拉伸模量2.3×105牛/毫米2)襯里。所述含加強纖維紗線的薄片沿休姆氏管的圓周方向排列，并用浸漬輥輥壓。因而，薄片嵌進(jìn)基質(zhì)樹脂中。重復(fù)施加基質(zhì)樹脂與帶有含加強纖維紗線的薄片的薄片制品，以在休姆氏管的整個內(nèi)壁上形成兩層含加強纖維實現(xiàn)的薄片。
如此得到的加強半圓柱體休姆氏管須經(jīng)受根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)A5303”離心加強混凝土管”的荷載測試，其中直到管斷裂為止一直施加載荷P。加強的結(jié)果與測試簡圖如圖15和16所示，結(jié)果如表5所示。順便說一下，在圖15和16中，引用數(shù)字52表示半圓柱體混凝土休姆氏管，53表示柔性材料層，54表示加強纖維薄片，51表示載荷夾具。
與沒加強的休姆氏管相比，觀測到所獲得的休姆氏管具有改進(jìn)的耐用性，并且觀測到頂部和底部產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力通過柔性材料層分布在管的圓周方向。所述加強休姆氏管顯現(xiàn)出優(yōu)于下面將要描述的那些比較實施例的特性。比較實施例3-3除不形成柔性材料層之外，以與實施例3-2相同的方式制備加強半圓柱體休姆氏管，并實施荷載測試。結(jié)果如表5所示。比較實施例3-4以與實施例3-2相同的方式在實施例3-2中所用的加強前半圓柱體休姆氏管上實施荷載測試。結(jié)果如表4所示。
表5

權(quán)利要求
1.一種加強結(jié)構(gòu)的方法，包括步驟(A)在結(jié)構(gòu)的表面上設(shè)置含加強纖維紗線的薄片，以柔性材料設(shè)置在它們之間，所述結(jié)構(gòu)選自包括混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的組中，所述柔性材料在23℃時具有10％至200％的最大載荷拉張伸展率和0.1至50牛/毫米2的拉伸強度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)選自包括梁、柱、板、底板、煙囪、鋼筋混凝土梁、隧道、管、有彎曲表面的橋梁和U形槽的組中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)內(nèi)壁上具有彎曲表面，并且其中所述步驟(A)包括至少在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)壁的所述彎曲表面上設(shè)置含加強纖維紗線的所述薄片，以所述柔性材料設(shè)置在它們之間，以便所述薄片的所述加強纖維紗線沿著所述彎曲表面的彎曲方向排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)具有環(huán)形內(nèi)壁表面，并且其中所述步驟(A)包括至少在所述結(jié)構(gòu)的一部分長度上沿所述內(nèi)壁表面圓周方向連續(xù)地設(shè)置含加強纖維紗線的所述薄片，以所述柔性材料設(shè)置在它們之間，以便所述薄片的所述加強纖維紗線沿著所述環(huán)形內(nèi)壁的圓周方向排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述柔性材料5℃時具有10％至200％的最大載荷拉張伸展率和0.1牛/毫米2至50牛/毫米2的拉伸強度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述柔性材料包括按重量占50％至100％的樹脂和按重量占0至50％的填充料，當(dāng)固化時，所述樹脂在23℃具有0.1牛/毫米2至50牛/毫米2的彈性拉伸模量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述柔性材料包括按重量占50％至100％的樹脂和按重量占0至50％的填充料，當(dāng)固化時，所述樹脂在5℃具有0.1牛/毫米2至50牛/毫米2的彈性拉伸模量。
8.一種含加強纖維紗線的加強結(jié)構(gòu)薄片，其中所述加強結(jié)構(gòu)薄片是在權(quán)利要求1的加強方法中所用的含加強纖維紗線的薄片，并且包括加強材料，所述加強材料具有許多沿著所述薄片的縱向相互平行排列的縱向加強纖維紗線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的含加強纖維紗線的薄片，其中所述加強材料具有許多沿著所述薄片的橫向相互平行排列的橫向線，所述橫向線選自包括橫向加強纖維紗線和橫向輔助線的組中，并且其中所述縱向加強纖維紗線與所述橫向線形成織物結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的含加強纖維紗線的薄片，其中所述縱向加強纖維紗線和所述橫向線是粘結(jié)的并用固定部件相互固定。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的含加強纖維紗線的薄片，其中所述加強材料具有許多沿著所述薄片縱向相互平行排列的縱向輔助線，和許多沿著所述薄片橫向相互平行排列的橫向輔助線，所述加強材料具有織物結(jié)構(gòu)，其中所述縱向加強纖維紗線基本上不隨所述縱向和橫向輔助線彎曲。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的含加強纖維紗線的薄片，包括所述加強材料和支撐件，所述支撐件用來支撐所述加強材料，其中所述加強材料通過粘合劑粘附在所述支撐件上。
13.一種用于加強選自包括混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的組中的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)加強物，所述加強物包括柔性材料層和含加強纖維紗線的薄片，所述柔性材料層在23℃時具有10％至200％的最大載荷拉張伸展率和0.1牛/毫米2至50牛/毫米2的拉伸強度。
14.一種加強結(jié)構(gòu)，其中權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)加強物設(shè)置在選自包括混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的組中的結(jié)構(gòu)的表面上，同時所述結(jié)構(gòu)加強物的柔性材料層設(shè)置在結(jié)構(gòu)表面與薄片之間，所述薄片含所述結(jié)構(gòu)加強物的加強纖維紗線。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的加強結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁上具有彎曲表面，且其中所述結(jié)構(gòu)加強物至少設(shè)在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)壁上的所述彎曲表面上，以結(jié)構(gòu)加強物薄片的所述加強纖維紗線沿著所述彎曲表面的彎曲方向排列，且所述結(jié)構(gòu)加強物的柔性材料層設(shè)置在所述薄片與結(jié)構(gòu)內(nèi)壁表面之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的加強結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)具有環(huán)形內(nèi)壁，且其中所述結(jié)構(gòu)加強物沿著所述內(nèi)壁表面圓周方向連續(xù)地設(shè)在所述結(jié)構(gòu)長度的至少一部分上，以所述結(jié)構(gòu)加強物薄片的加強纖維紗線沿環(huán)形內(nèi)壁圓周方向排列，且所述結(jié)構(gòu)加強物的柔性材料層設(shè)置在所述薄片與結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁表面之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種加強結(jié)構(gòu)的方法，所述結(jié)構(gòu)帶有含加強纖維紗線的薄片，通過這種方法能充分的防止薄片的剝離，最大化的利用薄片的強度，并且可有效的加強現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。所述方法包括步驟在結(jié)構(gòu)的表面上設(shè)置含加強纖維紗線的薄片，所述結(jié)構(gòu)從包括混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的組中選擇出來，同時柔性材料夾在它們之間，所述柔性材料在23℃時具有10％至200％的最大載荷拉張伸展率和0.1牛/毫米
文檔編號B29C70/22GK1449467SQ01814894
公開日2003年10月15日 申請日期2001年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月29日
發(fā)明者前田敏也, 森悅榮, 坪內(nèi)賢太郎, 小牧秀之 申請人:新日本石油株式會社