淺談混凝土結(jié)構(gòu)的改造與加固

林曉偉 劉 娜 帥同彬

2008年5月12日14時28分汶川發(fā)生8.0級地震。地震涉及四川、甘肅、重慶、云南、陜西、寧夏 6個省(自治區(qū)、直轄市)。汶川地震人員傷亡、經(jīng)濟損失都極其嚴(yán)重,建筑物都有不同程度的破壞,恢復(fù)重建過程遇到以下幾個問題:1)新修訂的抗震設(shè)計規(guī)范將很多地震災(zāi)區(qū)的抗震設(shè)防烈度提高,原有建筑物抗震等級較低;2)20世紀(jì)50年代～60年代建造的房屋已接近或超過設(shè)計使用年限,結(jié)構(gòu)安全度下降,需要經(jīng)過抗震鑒定,對不滿足的建筑結(jié)構(gòu)需進行加固處理。對于需要加固的混凝土結(jié)構(gòu),應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同情況制定不同的加固方案。

目前我們采用的主要加固方法均為改善和提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能的加固方法,主要有植筋、粘碳纖維復(fù)合材料、粘鋼加固、噴射混凝土擴大混凝土截面、混凝土裂縫壓力注膠修補等。

1 植筋

植筋,即鋼筋的后生根技術(shù)。作為鋼筋錨固用的化學(xué)材料,必須采用專門配制的改性環(huán)氧樹脂或改性乙烯基酯類膠粘劑。膠粘劑作用機理較為復(fù)雜,可簡化理解是由鋼筋與膠粘劑、膠粘劑與混凝土之間的粘結(jié)力共同作用產(chǎn)生的錨固力,來達到整體(鋼筋與混凝土)受力的目的。錨固力包含:膠粘劑與鋼筋表面的粘結(jié)力、膠粘劑與混凝土界面的粘結(jié)力、膠粘劑自身膠結(jié)力、各介質(zhì)之間的摩阻力等。

通過對錨固鋼筋抗拉力值的檢測,其主要破壞形式有以下三種:1)鋼筋破壞:在錨固深度不小于建議錨固深度時,錨固膠粘劑及錨固質(zhì)量為合格;2)膠體破壞:表現(xiàn)形式為鋼筋與膠體脫離、膠體與基材脫離,多發(fā)生于錨固深度小于建議錨固深度,且后者多發(fā)生于前者;3)基材破壞:在不同錨固深度下均可發(fā)生,與基材強度有直接關(guān)系。從破壞形式可判定材料整體性能及施工質(zhì)量是否合格。

2 粘碳纖維復(fù)合材料、粘鋼加固

這是一種在混凝土四周包以碳纖維復(fù)合材料、型鋼、鋼板從而提高構(gòu)件性能的加固方法。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪承載力不夠或建筑抗震達不到要求時,都可以采用在混凝土結(jié)構(gòu)外面粘貼碳纖維布(板)或型鋼(板)的方法進行補強。它可以在不增大構(gòu)件截面及自重的情況下提高構(gòu)件的承載力,增強結(jié)構(gòu)的剛度與延性。這種方法具有施工工期短的優(yōu)點,但是粘鋼加固的方法用鋼量較大,費用較高。

對混凝土構(gòu)件,外包鋼加固有干式和濕式兩種:濕式外包鋼法要求鋼材與原有構(gòu)件間采用乳膠水泥、環(huán)氧樹脂等粘結(jié),使新舊材料間有較好的協(xié)同工作能力。干式外包鋼法與原有構(gòu)件無連接,施工簡單,新舊材料間協(xié)同工作能力較差。

碳纖維片材、板材具有質(zhì)量輕、施工便捷、不增加構(gòu)件截面積、強度高、耐腐防銹等優(yōu)點,但是碳纖維片材、板材易老化,采用本方法加固時會受環(huán)境的限制,一般不得直接暴露于陽光或有害介質(zhì)中,如果長期使用的環(huán)境溫度超過60℃,應(yīng)采取有效的防護措施。

3 噴射混凝土擴大混凝土截面

這是一種用與原有構(gòu)件相同材料增大結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面提高結(jié)構(gòu)承載力的方法。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)的剛性提高較多且施工成本較低,缺點是增大了原結(jié)構(gòu)的自重,減小了建筑物的使用空間。增大截面的混凝土層通常較薄,采用一般的混凝土施工方法很難做到混凝土自身密實,也很難達到和原有混凝土面結(jié)合牢固,因此經(jīng)常使用噴射混凝土的方法。噴射混凝土具有以下特點:建筑物加固時,常采用在結(jié)構(gòu)(梁、柱、板、墻)表面增加一層鋼筋混凝土擴大原有結(jié)構(gòu)的截面積來提高承載力。由于噴射混凝土粘結(jié)性強,有較高的強度,故與原有結(jié)構(gòu)面粘結(jié)牢固,達到共同承載的目的。

4 混凝土裂縫壓力化學(xué)灌漿和水泥灌漿修補

這是一種用壓送設(shè)備將化學(xué)漿液和水泥漿液灌入構(gòu)件裂縫中從而實現(xiàn)堵漏、補強目的的加固方法,可以恢復(fù)開裂構(gòu)件的整體承載力。小裂縫適用于化學(xué)灌漿,較粗裂縫適用于水泥灌漿。這種方法操作簡單,費用較低,但是需要專業(yè)設(shè)備和專業(yè)的施工隊伍。

5 預(yù)應(yīng)力加固法

這是一種在構(gòu)件外部用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼拉桿加固構(gòu)件的方法,它可以在基本不影響建筑物使用空間的條件下,提高構(gòu)件承載力,減小撓度變形,對大跨度結(jié)構(gòu)加固效果較好。

6 結(jié)語

在結(jié)構(gòu)改造時經(jīng)常要拆除混凝土的某些部分,也可使用無振動的靜態(tài)切割的方法。此外體外預(yù)應(yīng)力法及隔震、消震法也是工程中經(jīng)常用到的施工方法,這些方法均屬加固改造的常用方法。本文僅對結(jié)構(gòu)加固常用的幾種方法進行簡單的介紹。應(yīng)根據(jù)具體情況從結(jié)構(gòu)整體考慮制定加固方案。加固設(shè)計中盡可能保留和利用原有構(gòu)件,減少不必要的更換和拆除,應(yīng)考慮工作加固應(yīng)力,以及新舊材料協(xié)同工作的程度,實現(xiàn)抗震加固的安全、經(jīng)濟、合理、有效。

[1] GB 50367-2006,混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S].

[2] CECS 146∶2003,碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 佟 舟.碳纖維加固鋼筋混凝土施工技術(shù)[J].山西建筑,2008,34(5):94-95.

[4] 周新鋼,司偉建.鋼筋混凝土植筋錨固構(gòu)件受低周反復(fù)荷載作用的恢復(fù)力特性[J].建筑結(jié)構(gòu),2002(8):21-22.