專利名稱：使用現場定制的材料來加固建筑物的系統的制作方法
使用現場定制的材料來加固建筑物的系統技術領域
本發明總體上涉及加固建筑物，并且更具體地涉及用于在不明顯地改變建筑物外 觀的情況下加強現存建筑物的材料。
背景技術：
全世界的許多現存建筑物需要加固以幫助它們抵抗地震、風暴、酸性大氣、車輛交 通引起的振動或類似的威脅帶來的損毀。尤其是許多老舊建筑物的設計可以應付大的壓縮 力但不耐橫向力。
為了居民或工作人員或參觀該建筑物的人員的安全，不耐突然的橫向力的建筑物 需要進行加固。一些建筑物具有相當高的歷史或藝術價值并且必須受到保護以免由于它們 自身的原因而遭受災難和環境惡化。
存在一些用于加固現存建筑物的方法。在全世界范圍內使用的一種方法是用浸潰 有環氧樹脂的玻璃纖維織物纏繞建筑物。美國專利5043033、5649398和5657595中以不同 的形式教導了這一方法。美國專利7，207，149教導了一種使用韌性纖維錨固件來連接建筑 物的不同構件的裝置，通過參引的方式將其結合入本文中。
專利5043033、5649398和5657595的方法是有效的并且能以對所加固的建筑物的 居民和訪客的較小侵擾來進行。這些方法的一個缺點在于它們使用了一些并非在所有地點 都易于獲得的特制材料。結果，材料有時從集散中心運輸到難以到達的偏遠地點。很重的 材料的運輸和循環輸送顯著增加了項目的成本。
纏繞法的另一個缺點是市場上容易獲得的材料在顏色和紋理上與老舊建筑物并 不很好地匹配。在全世界范圍內存在許多由天然石料、本地粘土磚構成的建筑物或者涂 覆有由本地礦物制成的石膏的建筑物。結果，上述方法的材料——例如環氧樹脂和玻璃纖 維——可能不能與特定建筑物的顏色或紋理匹配。
上述方法的又一個缺點是一些材料、特別是環氧樹脂的防火性能低于傳統石料、 磚或石膏結構。希望用于提高建筑物強度的方法也提高了建筑物的防火性能，或者至少不 使防火性能劣化。
為了避免環氧樹脂或其他有機聚合物的可燃性的缺點，織物可涂覆以諸如砂漿之 類的無機可硬化膏體。然而，這導致不同的缺點，該缺點為無機砂漿是堿性的并且趨于使 普通的玻璃纖維降解。雖然可獲得特殊的耐堿玻璃織物，但其相當昂貴。這已經妨礙了與 砂漿一起使用玻璃織物來進行建筑物的加固。石墨碳或芳綸纖維織物與砂漿相容，但這些 織物也很昂貴且并非在所有國家都可普遍獲得。發明內容
本發明涉及通過一些源于本地的材料來加固建筑物的材料系統和方法。該系統包 括通過纖維錨固件附接到建筑物上的織物纏繞物、以及由在待加固的建筑物附近的來源獲 得砂礫和集料制成的砂漿飾面層。
該織物由耐堿并且與無機砂漿相容的玄武巖纖維組成。織物通常是牢固且韌性的 開孔式織造織物。織物例如通過如美國專利7207149中教導的纖維錨固件以韌性方式附接 到建筑物上。纖維錨固件優選也由玄武巖纖維形成。
從可硬化的液體基體(例如由煅燒礦物質顆粒形成、在與水混合后硬化而形成固 體砂漿的漿狀物)開始混合砂漿飾面材料。將砂礫、集料或兩者添加至可硬化的液體基體。 砂礫或集料增加了砂漿飾面材料的顏色和紋理。
該加固系統本質上是防火的并且不會增加建筑物的起火風險。
通過使用在本地開采或采掘的砂礫和集料，通常可以很好地與原始建筑物的顏色 和紋理匹配。經加固的建筑物的最終外觀與原始的、可能為歷史的外觀保持相對不變。此 外，使用本地礦物材料的能力節省了將材料運輸至遙遠地點的費用。
通過使用玄武巖纖維織物和纖維錨固件，砂漿飾面材料可以采用本地礦物。


圖1是用來加強建筑物墻壁的本發明加固系統的局部剖開的俯視平面圖。
圖2是沿圖1的線2 — 2截取的剖視圖。
圖3是用來加強建筑物伸縮縫的本發明加固系統的俯視平面圖。
圖4是沿圖3的線4 — 4截取的剖視圖。
具體實施方式
圖1是局部剖開的本發明的加固系統10的俯視平面圖。圖2是用來加強建筑物 100 (例如建筑物的墻壁110)的加固系統10沿圖1的線2 — 2截取的剖視圖。
加固系統10包括在墻壁110上延伸的耐堿織物20。織物20使用多個纖維錨固 件30附接在墻壁110上。砂漿50——其包含優選在與建筑物100相同的地區獲得的礦物 產品——鋪設在織物20和纖維錨固件30之上。
織物20優選是由合適的韌性、牢固且耐堿的纖維(例如玄武巖制品)制成的重量 輕的網眼織物、機織織物或編織織物。通常，已使用由玻璃纖維制成的織物來加固建筑物。 普通玻璃織物必須覆蓋有PH為中性、也就是既非強堿性也非酸性的保護性飾面材料。許 多堿性或酸性材料——包括例如砂漿和混凝土的水泥材料——使玻璃退化并使玻璃弱化。 為此，包括玻璃纖維織物的結構加固系統通常還包括大致中性的環氧樹脂或聚氨酯的飾面 層。
當然，其他具有良好的韌性和高抗拉強度的耐堿纖維可代替玄武巖制品以形成織 物20。可基于可獲得性、強度和成本來為每一應用作出用于織物20的特定纖維的選擇。目 前發現玄武巖制品是優選材料，但未來可能可獲得其他材料。
試驗結果表明，系統10極大地提高了墻壁110的承載能力，即使織物20的織法 (編織方式)包括直徑寬達三或四英寸的開口，不過I英寸的直徑是更常見的尺寸。已發現 具有正方形或矩形開口的平紋組織或斜紋組織方便施加并且提供了充分的強度和韌性。織 物20通常由包括許多單獨的細絲(其由玄武巖纖維組成)的紗線或紗束織成。
織物20在待進行加固的建筑物100的各個結構元件的表面上延伸。織物20的面 板可纏繞在內部或外部墻角上以便按需連接不同的墻壁110或者將墻壁110連接到天花板，或其他組合。可通過合適的夾具、釘子或粘合劑將織物20臨時附接到墻壁110上。
在建筑物100由脆性材料建成或者已由于風化作用或環境惡化而損毀的情形中， 網眼開口尺寸優選地是小的，例如O. 5英寸的直徑。
可通過使用織物20來連接墻壁110與地板或天花板、連接柱或梁與天花板、連接 屋頂與墻壁110等來加固多種結構元件。
該加固方法中接下來的步驟是使用如本領域中公知的合適的韌性連接裝置(例如 多個纖維錨固件30)將織物20永久地附接到墻壁110或其他建筑物上。通過穿過織物20 中的開口并在下方的墻壁110中鉆孔來形成纖維錨固件30。將一定長度的優選也由玄武巖 纖維組成的纖維(無捻)粗紗插入鉆孔中,其中自由端在織物20上方延伸。
將諸如灰漿或聚合物粘合劑之類的回填材料推擠或噴射到鉆孔中。例如通過粘合 劑或砂漿將粗紗的自由端附接到墻壁110的外表面上和織物20上。回填材料將粗紗保持 在鉆孔內，使得纖維錨固件30形成將織物20附接到墻壁110的一種大銷。纖維錨固件30 是用于系統10的最優選的韌性連接裝置，因為纖維錨固件30將力分散到寬的區域上并因 此不太可能像機械緊固件那樣從墻壁110拔出，或者像表面粘合劑那樣剝離一段墻壁110。
最終步驟是用砂漿飾面涂料50覆蓋織物10和纖維錨固件30。砂漿飾面涂料50 覆蓋織物20，使得織物20不會由于氣候而損壞或被戳壞。砂漿50通過織物20的編織開口 接觸并粘附到墻壁HO的原始表面上，從而嵌埋織物20并有助于任何大的橫向力(例如來 自地震或風的力)的分散。砂漿50將織物20機械地保持在墻壁110附近的適當位置，但不 能完全取代例如纖維錨固件30的韌性連接裝置。
砂漿飾面涂料50在很大程度上用于為被加固的墻壁110形成具有均勻紋理和顏 色的表面。常規的環氧樹脂和玻璃纖維織物加固通常為建筑物提供了更平滑的紋理和稍微 朦朧的色調。盡管環氧樹脂可用其他飾面漆覆蓋，但由于玻璃纖維的可能退化而不建議使 用砂漿。
砂漿飾面涂料50對于復制原始混凝土、泥灰或石膏墻壁110的外觀效果很好。通 過附加的模擬和著色作業，砂漿飾面50甚至可復制歷史石壁或磚墻110的外觀。
砂漿50定制成與待進行加固的建筑物相適應。通常，砂漿50基于可硬化的石膏 基體(例如韌性混凝土)。未固化的韌性混凝土可稱為漿狀物，也就是懸浮在液體中的固體 顆粒的混合物，具有足夠的粘度或表面張力以使得顆粒長時間保持懸浮并形成能象液體或 膏體進行處理的混合物。
韌性混凝土通常不用作用于民房、歷史建筑或外觀很重要而不希望現代化的“工 業”面貌的其他建筑物的飾面涂層。然而，韌性混凝土是在橫向力下比標準混凝土更不易開 裂的牢固的韌性材料。
其他基體材料例如有機聚合物或其他無機水泥材料也可用來形成砂漿50。
通常，諸如石料、磚和土坯之類的建筑材料并不需要運輸得很遠。因此，特定國家 或地區的建筑物往往具有獨特的外觀。為了定制砂漿50，優選使用那些類似于本來為該建 筑物使用的礦物材料。
在歷史建筑的情況下，常常希望例如通過顯微鏡檢查或化學分析來確定原始材料 的成分。
例如，美國中西部的許多老舊公共建筑由稱為印第安納石灰巖的褐石建成。在美國西南部，許多歷史建筑屬于土磚，其顏色根據本地粘土的鐵含量而變化。
因此，為了加固中西部的建筑物，可以適當地在砂漿50中加入石灰石粉以在經加 固的建筑物上形成平滑的褐色表面。在西南部，可向砂漿50添加灰質粘土或砂巖粉以使砂 漿50像磚或石料。
在本地獲得的礦物材料可包括砂、粘土、礫石、石屑或礦物著色劑。盡管文中將用 于定制的砂漿飾面涂層50的礦物描述為在本地獲得，但應理解，礦物材料優選是從與原始 建筑物材料相同的來源獲得的。例如，如果印度尼西亞的歷史建筑物本來是由進口的意大 利大理石建成的，則在加固該印度尼西亞建筑物時從意大利的相同采石場獲得材料以定制 砂漿50在美學上是有利的。
加固系統10的一個可選實施例在圖3和4中示出。圖3是如用于加強建筑物(例 如橋梁120)的伸縮縫122的加固系統10的俯視平面圖。圖4是沿圖3伸縮縫122的線 4 — 4截取的劑視圖。
伸縮縫122是橋梁120的設計特征。橋梁120的節段之間留有數英寸寬的間隙， 以允許橋梁材料的熱膨脹。伸縮縫122的間隙通常被填充以提供用于交通的平滑表面。
伸縮縫122的填料必須是這樣的材料其為韌性并且不會干擾伸縮縫122的功能。 已發現如圖3和4所示的加固系統10的可選實施例是一種成本低并且很有效地涂敷伸縮 縫122的方式。
伸縮縫122已形成有待填充以提供平滑上表面的凹部125。為了使用本發明的系 統10來填充伸縮縫122，將第一層砂漿50施加入凹部125中，從而將凹部125大致填充一 半。接下來，將如上所述的織物條20鋪在砂漿50上。將第二層砂漿50灌注或鋪設到織物 20上以將凹部125填充至期望水平。砂漿50可按需具有紋理或保留在施加時的狀態。對 系統10的該實施例而言，通常不需要纖維錨固件30。
應注意，如為了加固建筑物而實施的加固系統10能夠以可選地類似于填充伸縮 縫122的方法安裝。亦即，可將第一層砂漿50鋪設在建筑物的原始墻壁110上，然后將織 物20附接到第一層砂漿50上。優選仍如上文詳述采用纖維錨固件30。纖維錨固件30優 選在第一層砂漿50之后安裝。將第二層砂漿50涂敷在織物20和纖維錨固件30上，然后 表面處理，同樣如上所述。
實施本發明的這一方法在建筑物由脆性材料構成或者已由于氣候而弱化、由于污 染而退化或由于地震而弱化的情形中尤其有用。在脆弱建筑的情形中采取的另一個預防措 施是為纖維錨固件30形成一鉆孔，該鉆孔比通常用于堅固基體例如未損壞的混凝土的鉆 孔要深。
盡管已圖示和描述本發明的特定實施例，但在此可在部件的形式、組分、結構和布 置中作出各種改變而不犧牲其任何優點。因此，應理解，文中的所有內容都應解釋為說明性 的且不應在任何限制的意義上解釋，并且意圖在所附權利要求中涵蓋如處于本發明的真實 精神和范圍內的這些修改。
權利要求
1.一種用于加固建筑物的方法；所述方法包括以下步驟 將由耐堿纖維組成的織物附接到待加固的建筑物的表面上；以及將一層可硬化的漿狀物鋪設到所附接的織物上，使得所述漿狀物覆蓋并嵌埋所述織物；所述漿狀物包括紋理、顏色或兩者與所述建筑物的原始表面相似的礦物質顆粒。
2.根據權利要求1的方法，附接織物的所述步驟包括以下子步驟 將由玄武巖纖維組成的織物鋪設在所述建筑物的表面上；以及 使用韌性附接裝置將所述織物附接到所述表面上。
3.根據權利要求1的方法，其中，使用韌性附接裝置將所述織物附接到所述表面上的步驟包括以下子步驟 穿過所述耐堿織物在所述建筑物中鉆孔； 將一定長度的纖維粗紗插入鉆孔中，其中自由端突出于所述織物上方； 用合適的回填材料回填所述鉆孔；以及 用合適的粘合劑將所述粗紗的所述自由端附接到所述織物上。
4.根據權利要求1的方法，所述將一層可硬化的漿狀物鋪設到織物上的步驟包括 鋪設漿狀物，所述漿狀物含有水泥或聚合物基體并且還包括在待修復建筑物附近的地理位置處采掘的礦物材料。
5.根據權利要求4的方法，鋪設一層含有砂、石屑或礦物的漿狀物的所述步驟包括 鋪設形成顏色和紋理與所述建筑物的原始表面基本相同的飾面外觀的包括砂、石屑或礦物材料的漿狀物。
6.根據權利要求1的方法，還包括以下步驟 直接在所述建筑物的表面上鋪設底層的含有礦物質顆粒的可硬化的漿狀物。
7.一種用于加固建筑物的方法；所述方法包括以下步驟 通過使礦物材料與可硬化的流體基體混合而形成定制的飾面砂衆；所述定制的飾面砂漿被配制成形成顏色和紋理與所述建筑物的原始表面基本相同的修飾外觀； 將由耐堿纖維組成的織物鋪設在待加固的建筑物的表面上； 通過韌性附接裝置將所述織物附接到所述建筑物上；以及 將一層定制的飾面砂漿鋪設到所附接的織物上。
8.根據權利要求7的方法；形成定制的飾面砂漿的所述步驟還包括從建筑物當地的來源獲得礦物材料。
9.根據權利要求7的方法，鋪設織物的所述步驟包括 將由耐堿纖維組成的織物鋪設到待加固的建筑物的一個或多個表面上。
10.根據權利要求7的方法，其中，形成定制的飾面材料的步驟包括以下子步驟 從包括下述材料的組中獲得合適的可硬化的流體基體水泥砂漿、韌性混凝土、環氧樹月旨、聚氨酯或丙烯酸。
11.根據權利要求7的方法，其中，所述待加固的建筑物是歷史建筑物，其在加固后必須基本上保持原始的外觀。
12.根據權利要求7的方法，鋪設織物的所述步驟包括 將由玄武巖纖維組成的織物鋪設到待加固的建筑物的一個或多個表面上。
13.一種用于加固建筑物的系統；所述系統包括耐堿織物，其基本上覆蓋待加固的建筑物的結構元件； 韌性連接裝置，其用于將所述織物連接到所述結構元件；以及 砂漿，其包括選擇成與所述建筑物的現有顏色、紋理或兩者匹配的礦物材料。
14.根據權利要求13的系統，所述耐堿織物包括由玄武巖纖維織成的織物。
15.根據權利要求13所述系統，所述韌性連接裝置包括多個纖維錨固件。
16.根據權利要求13的系統，所述礦物材料包括在待加固的建筑物附近的地理位置處獲得的至少一種成分。
全文摘要
用于加固建筑物的系統和方法包括用纖維錨固件(30)連接到建筑物(100)的表面的玄武巖織物(20)。織物分散力并且提高建筑物的韌性。織物可將多個結構元件連接在一起，包括墻壁、地板、柱、梁和屋頂。織物覆蓋有通過使用在當地獲得的砂礫、集料或著色劑而定制成與建筑物的顏色和紋理匹配的砂漿(50)。為了避免織物由于砂漿(50)的堿性成分而退化，玄武巖纖維織物是優選的。
文檔編號E04B1/62GK103003501SQ201080066995
公開日2013年3月27日 申請日期2010年3月24日 優先權日2010年3月24日
發明者E·R·費夫, M·卡蘭茨基斯 申請人:費夫歐洲有限公司