石結(jié)構(gòu)抗震灌漿加固新材料研究

石結(jié)構(gòu)抗震灌漿加固新材料研究

1抗沖突性和抗震性能差石頭結(jié)構(gòu)是石材生產(chǎn)中的一種傳統(tǒng)形式。它的獨(dú)特融合深受人們的喜愛(ài)，并長(zhǎng)期得到保護(hù)和發(fā)展，形成了獨(dú)特的石材文化。然而,石砌體富余的抗壓強(qiáng)度、絕佳的耐久性等優(yōu)點(diǎn)掩蓋其脆弱的抗震性能,尤其是采用傳統(tǒng)的施工方法和未經(jīng)科學(xué)設(shè)計(jì)的石結(jié)構(gòu),其抗震抗剪強(qiáng)度很低,導(dǎo)致在歷次地震中破壞嚴(yán)重。本文在充分試驗(yàn)和研究的基礎(chǔ)上,提出一種適用石結(jié)構(gòu)抗震灌漿加固的新型材料,以及加固后的抗震抗剪強(qiáng)度理論,寓抗震防災(zāi)與環(huán)境保護(hù)于一體,為對(duì)現(xiàn)役石結(jié)構(gòu)的抗震鑒定與加固提供科學(xué)的技術(shù)指標(biāo),也為有關(guān)部門(mén)進(jìn)行防災(zāi)決策提供科學(xué)的依據(jù)。2灌漿材料的篩選針對(duì)現(xiàn)役石結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),經(jīng)綜合分析后,認(rèn)為采用壓力灌漿加固法更適合于石結(jié)構(gòu)的抗震加固。目前的灌漿材料可分為水泥砂漿型和化學(xué)材料型兩大類(lèi),其中水泥砂漿型質(zhì)量密度大,易泌水和沉淀,流動(dòng)性差,灌漿效果不理想;而化學(xué)灌漿型可灌性好,但價(jià)格高,特別是均帶有對(duì)人體有害的毒性,顯然兩者均非理想材料,為此本文提出一種新型的灌漿材料。2.1人工石粉灌漿材料應(yīng)關(guān)注的根本目的,在一般有機(jī)粉現(xiàn)在天然石材的用途十分廣泛,在精加工中產(chǎn)生大量石粉,嚴(yán)重污染環(huán)境,亟待尋找有效途徑加以治理和利用。經(jīng)充分調(diào)研發(fā)現(xiàn),可以石粉為集料,制作漿體(稱之為新型灌漿材料),用于抗震灌漿加固。既解決現(xiàn)有石結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防,又治理一種新型污染源,并加以科學(xué)利用。2.2石粉外加劑a外加劑b0.3225510510810251081021081081021021021081081021010810810210810810210810210810810810810210101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010經(jīng)對(duì)比試驗(yàn)并考慮施工及經(jīng)濟(jì)因素,得出新型灌漿材料的配合比為水泥(PO.32.5R)∶石粉∶外加劑A∶外加劑B∶=10∶30∶2∶1,另外加0.02%的灰漿塑化劑水溶液。該灌漿材料具有良好的流動(dòng)性(13～14cm)和保水性,帶有微膨脹性且性能良好,漿體穩(wěn)定,抗壓強(qiáng)度高(大于5.0MPa),粘結(jié)力強(qiáng),可灌性好,抗剪強(qiáng)度高。3水平灰縫封孔施工施灌工藝直接關(guān)系到灌漿質(zhì)量和加固效果,因此應(yīng)按規(guī)則進(jìn)行。(1)灌漿設(shè)備:可選用HB6-3型灰漿泵,也可自行研制,要求壓力大于0.2MPa。(2)灌孔布置:在石墻面一側(cè)沿水平灰縫每隔600mm左右鉆一個(gè)圓孔,孔徑?15,并在墻端另設(shè)排氣孔。孔點(diǎn)呈梅花性分布,詳見(jiàn)圖1。(3)施灌順序:自墻體下部開(kāi)始,自下而上,從墻體一端至另一端逐縫施灌,直至灌畢。(4)施灌控制:灌漿壓力控制在0.2MPa左右,逐孔施灌,待水平方向下一個(gè)孔穴溢出漿體,馬上堵塞該孔,繼續(xù)灌漿直至灌不進(jìn)去為止,稍息片刻補(bǔ)灌一次,按此方式依序進(jìn)行。(5)堵孔材料:要求堵塞緊密,可選用塑性較好的粘性土,亦可采用毛紙加木屑。(6)用量控制:每立方米石墻用漿量應(yīng)大于85kg,灌漿后砂漿飽滿度應(yīng)大于80%。4沿水平連接的坍塌結(jié)構(gòu)的抗切割強(qiáng)度4.1復(fù)合砂漿強(qiáng)度等級(jí)石墻砌筑中所用的砂漿稱為原始砂漿,強(qiáng)度等級(jí)為f1212,飽滿度為B12;灌漿材料的強(qiáng)度等級(jí)為f2222;灌漿材料經(jīng)施灌擠進(jìn)原始砂漿的空隙,與之結(jié)合形成復(fù)合型材料,稱之為復(fù)合砂漿,強(qiáng)度等級(jí)為f2,飽滿度為B2,經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和研究,可得復(fù)合砂漿強(qiáng)度等級(jí)的計(jì)算公式為f2=[f12﹒B12+f22﹒(B2-B12)]/B2(1)f2=[f12﹒B12+f22﹒(B2?B12)]/B2(1)式中f1212,f2222,B1212和B2均由試驗(yàn)及分析確定,研究結(jié)果見(jiàn)表1。4.2沿水平連接的拉伸石的抗剪強(qiáng)度4.2.1充填漿厚度試件采用兩皮料石疊砌而成并鉆兩個(gè)灌漿孔(如圖2所示),料石規(guī)格為240mm×220mm×500mm,灰縫厚度分別為20～30mm(有墊片)10～20mm(無(wú)墊片),砂漿稠度為30～70mm。試驗(yàn)裝置如圖3所示,沿水平通縫的破壞形態(tài)如圖4所示。4.2.2無(wú)墊片與礫石體fvm的強(qiáng)度等級(jí)經(jīng)對(duì)50組試件的試驗(yàn)得到灌漿石砌體試件沿水平通縫的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)值fv(詳見(jiàn)表2)。經(jīng)回歸分析得到抗剪強(qiáng)度平均值fvm,即(1)灌漿無(wú)墊片石砌體fvm=0.18√f2fvm=0.18f2??√(MPa),(Cr=0.056,r=1.000)(2)(2)灌漿有墊片石砌體fvm=0.21√f2fvm=0.21f2??√(MPa),(CV=0.048,r=1.000)(3)式中f2為復(fù)合砂漿的強(qiáng)度等級(jí),按表1取用;CV為變異系數(shù);r為相關(guān)系數(shù)。5拉伸率抗修剪強(qiáng)度5.1試驗(yàn)總結(jié)試驗(yàn)裝置如圖5所示,圖中代號(hào)的意義詳見(jiàn)圖5下方所示。5.2試驗(yàn)結(jié)果試件破壞均出現(xiàn)階梯形貫通斜裂縫,其中絕大部分為單向型,也有一些為雙向型(如圖6所示)試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表3和表4。5.3數(shù)據(jù)分析的回歸分析經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),灌漿石墻抗剪強(qiáng)度符合剪摩理論,故定義為fVE=Afv+B?σ0(4)fVE=Afv+B?σ0(4)式中fVE為灌漿石墻的抗剪強(qiáng)度;fv為灌漿石墻沿通縫的抗剪強(qiáng)度;A為與石墻幾何尺度及通縫抗剪強(qiáng)度有關(guān)的系數(shù);B為與石墻幾何尺度和材料摩擦特征有關(guān)的系數(shù);σ0為石墻上豎向正壓應(yīng)力。由表3和表4的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,得到灌漿無(wú)墊片石墻:fVEm=0.67fVm+0.74σ0,(r=0.986,σ=0.121)(5)灌漿有墊片石墻:fVEm=0.73fVm+0.69σ0,(r=0.990,σ=0.145)(6)式中fVEm、fVm分別為灌漿石墻抗剪強(qiáng)度平均值和沿通縫的抗剪強(qiáng)度平均值;σ0為灌漿石墻上豎向正壓應(yīng)力;r為相關(guān)系數(shù);σ為標(biāo)準(zhǔn)差。6抗剪強(qiáng)度參數(shù)fv的法抗震抗剪強(qiáng)度f(wàn)v與平均強(qiáng)度f(wàn)m和標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的關(guān)系為fk=fm(1-1.645δf);fV=fk/rf,式中δf和rf分別為砌體強(qiáng)度的變異系數(shù)和材料性能的分項(xiàng)系數(shù),取σf=0.20,rf=1.5,則fk=0.67fm,fV=0.45fm,故式(2)、(3)分別轉(zhuǎn)化為fV=0.08√f2fV=0.08f2??√和fV=0.09√f2,具體取值詳見(jiàn)表5。同理,式(5)、(6)轉(zhuǎn)化為抗震抗剪強(qiáng)度表達(dá)式為(1)灌漿無(wú)墊片石墻:fVE=0.67fV+0.33σ0(7)(2)灌漿有墊片石墻:fVE=0.73fV+0.31σ0(8)以通用形式表示如下fVE=ξN·fV(9)式中,ξN為抗震抗剪強(qiáng)度的影響系數(shù),對(duì)應(yīng)式(7)和式(8),其值分別為ξN=0.67+0.33(σ0/fV)和ξN=0.73+0.31(σ0/fV)?？紤]到幾何尺寸、地震經(jīng)驗(yàn)和施工條件等因素,引入0.9的綜合折減系數(shù),則(1)灌漿無(wú)墊片石墻:ξN=0.60+0.30(σ0/fV)(10)(2)灌漿有墊片石墻ξN=0.66+0.28(σ0/fV)(11)具體取值詳見(jiàn)表6。7抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)通過(guò)本文的研究工作,得出如下結(jié)論:(1)提出一種適用于石墻抗震加固的新型