混凝土結(jié)構(gòu)加固方法的研究與討論

周繼和 周佳

(1:吉林省德惠市市政管理處，德惠130300;2:吉林建筑工程學(xué)院人事處，長春130118)

0 引言

混凝土材料具有耐久性強(qiáng)、耐火性高、可模性好、適應(yīng)性廣等特點，已被廣泛地應(yīng)用在各類建筑結(jié)構(gòu)中.目前通過對各類混凝土結(jié)構(gòu)的長期觀測發(fā)現(xiàn)，隨著混凝土結(jié)構(gòu)使用期限的增長，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大的病害與損失，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)在某些使用功能上發(fā)生了較大的改變，存在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低、結(jié)構(gòu)老化問題明顯和長期使用后結(jié)構(gòu)功能的逐漸減弱引起的結(jié)構(gòu)安全等問題，已引起了人們的關(guān)注.近代建筑業(yè)的發(fā)展大致可分為大規(guī)模新建、新建與維修改造并重、現(xiàn)代化改造和維修加固為重點的三個時期［1］.混凝土建筑的維修、加固這一課題已經(jīng)是全球性的問題，世界各國給予了的極大關(guān)注［2］.因此，采用科學(xué)、經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)更為重要，針對不同的結(jié)構(gòu)選用最為合理的加固方法對于保證混凝土結(jié)構(gòu)的健康，防止結(jié)構(gòu)災(zāi)害的發(fā)生是十分必要和有意義的.因此，本文探討了幾種混凝土結(jié)構(gòu)常見的病害及加固方法，并指出了各種加固方法的優(yōu)缺點和實用范圍，為實際的混凝土結(jié)構(gòu)加固起到相應(yīng)的指導(dǎo)作用.

1 混凝土結(jié)構(gòu)常見的病害

通過對實際工程的長期使用發(fā)現(xiàn)，由于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)所帶來的缺陷、施工時質(zhì)量控制不嚴(yán)、自然災(zāi)害或結(jié)構(gòu)老化等原因，均會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中出現(xiàn)病害.如果對這些病害不進(jìn)行處理而是繼續(xù)使用受力時，這些病害部位將會出現(xiàn)應(yīng)力集中而發(fā)生破壞，影響到整個結(jié)構(gòu)的安全，甚至造成重大的安全事故.混凝土結(jié)構(gòu)常見的病害主要分為以下幾種:

(1)露筋.在灌筑混凝土?xí)r，鋼筋保護(hù)層太小或墊塊漏放，致使鋼筋緊貼模板外露;結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面小，鋼筋過密，碎石卡在鋼筋上，使水泥砂漿不能充滿鋼筋周圍，造成露筋;或者混凝土配合比不當(dāng)，產(chǎn)生離折，靠模板部位缺漿或模板漏漿;

(2)強(qiáng)度不夠，材料均勻程度差.施工中使用的水泥過期或受潮，導(dǎo)致活性降低;或者砂、石集料級配不好，含泥量大，雜物多，以及外加劑摻量不準(zhǔn)確，混凝土配合比不當(dāng)?shù)纫蛩囟紩?dǎo)致此種結(jié)構(gòu)構(gòu)造的不足.因此，在施工過程中不允許混凝土加料順序顛倒，攪拌必須要充分.冬期施工時，不允許拆模過早或早期受凍.在同條件養(yǎng)護(hù)時，不允許早期脫水或受外力破壞，使同批次混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度平均值低于設(shè)計要求強(qiáng)度等級;

(3)麻面.混凝土麻面是由于水分大造成的漏漿、模板表面不光滑或模板未刷脫模劑以及拆模過早造成的混凝土表面不平整現(xiàn)象，一般不至于暴露鋼筋.主要原因是由于模板表面粗糙率大或粘附在模板上的雜物清理不干凈，使拆模時的混凝土表面被粘壞;或者模板未澆水濕潤或充分濕潤不夠，混凝土構(gòu)件表面的混凝土水分被模板吸收，使混凝土失水過多進(jìn)而出現(xiàn)麻面，有時模板間存在較大的縫隙，沿縫隙處發(fā)生漏漿;

(4)蜂窩.混凝土蜂窩是指振搗不足、內(nèi)部氣泡太多或水分大離析造成的內(nèi)部蜂窩狀空洞，表面有露筋現(xiàn)象.主要是由于混凝土配合比差，砂、碎石及水泥材料加水量計量不準(zhǔn)，造成砂漿少、碎石多;混凝土不均勻攪拌時間短，導(dǎo)致和易性差，振搗不密實或漏振，或振搗時間短，或者下料不當(dāng)或過高，使碎石不能集中，造成碎石砂漿離析，混凝土未分層下料，振搗不實，模板縫隙未堵嚴(yán)，水泥漿流失;鋼筋較密，使用的碎石粒徑過大或坍落度過小;基礎(chǔ)、柱、墻根部未稍加間歇就繼續(xù)灌筑上層混凝土等原因，均可導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)酥松、砂漿少、碎石多、碎石之間形成空隙類似蜂窩狀的窟窿;

(5)缺棱掉角.此種病害主要是由于澆筑混凝土?xí)r采用木質(zhì)模板，由于木模板未充分濕潤，同時混凝土后期養(yǎng)護(hù)又不好，造成脫水，強(qiáng)度低或模板吸水膨脹將邊角拉裂;或者在冬季低溫施工時，過早拆除了側(cè)面非承重模板棱角被粘掉.因此在拆模時，盡量避免邊角受外力或重物撞擊，使用模板時需要均勻地涂刷隔離劑以避免此種病害的發(fā)生;

(6)孔洞.孔洞是由于在鋼筋較密的部位或預(yù)留孔洞和埋件處，混凝上下料被隔住，未振搗就繼續(xù)澆筑上層混凝土所導(dǎo)致.其中混凝土的離析，砂漿分離，碎石成堆，嚴(yán)重跑漿，又未進(jìn)行振搗也會形成孔洞.如果混凝土一次下料過多、過厚、過高，同時振搗器振動不到位，則會形成松散孔洞;如果在混凝土澆筑過程中掉入了木塊、泥塊等雜物，混凝土被卡住等原因，也會使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部有尺寸較大的空隙，局部沒有混凝土或蜂窩特別大，鋼筋局部或全部裸露.

2 常用的混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)方法

根據(jù)目前常用的加固方法，可以將其分成如下幾類:

(1)加大截面法.該方法主要通過增加舊結(jié)構(gòu)的橫截面面積來提高或者改善結(jié)構(gòu)的承載力性能，適用于梁、板、柱、墻和一般構(gòu)造物的混凝土的加固.該施工工藝簡單、適應(yīng)性強(qiáng)，有較成熟的設(shè)計和施工經(jīng)驗等特點，但現(xiàn)場施工的濕作業(yè)時間長，對生產(chǎn)和生活有一定的影響，且加固后的建筑物凈空有一定的減小;

(2)置換混凝土法.該方法是將有缺陷的混凝土材料換除，其加固后的結(jié)構(gòu)不影響建筑物的凈空，但存在施工的濕作業(yè)時間長的缺點.適用于受壓區(qū)混凝土強(qiáng)度偏低或有嚴(yán)重缺陷的梁、柱等混凝土承重構(gòu)件的加固;

(3)外包型鋼法.該加固方法是在混凝土表面安裝型鋼，加固后的結(jié)構(gòu)受力可靠，同時施工簡便、現(xiàn)場工作量較小，但用鋼量較大，適用于使用上不允許顯著增大原構(gòu)件截面尺寸的結(jié)構(gòu)，但又需要大幅提高其承載能力的混凝土結(jié)構(gòu);

(4)粘貼鋼板法.該方法將鋼板通過結(jié)構(gòu)膠粘貼在混凝土表面，其施工快速、現(xiàn)場無濕作業(yè)，對生產(chǎn)和生活影響小，且加固后對原結(jié)構(gòu)外觀和原有凈空無顯著影響，但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平.適用于承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎或受拉構(gòu)件的加固;

(5)粘貼碳纖維法.該方法將高強(qiáng)碳纖維材料粘貼在結(jié)構(gòu)的表面，除與粘貼鋼板有相似的優(yōu)點外，還具有耐腐蝕、耐潮濕、耐用、幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重、耐用、維護(hù)費用較低等優(yōu)點，但需要專門的防火處理.適用于各種受力性質(zhì)的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和一般構(gòu)筑物;

(6)預(yù)應(yīng)力加固法.該方法是對原有結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，降低被加固構(gòu)件的應(yīng)力水平，不僅使加固效果好，而且還能較大幅度地提高結(jié)構(gòu)整體承載力，但加固后對原結(jié)構(gòu)外觀有一定影響.適用于大跨度或重型結(jié)構(gòu)的加固以及處于高應(yīng)力、高應(yīng)變狀態(tài)下的混凝土構(gòu)件的加固;

(7)植筋加固法.此方法采用結(jié)構(gòu)膠將鋼筋植入原有結(jié)構(gòu)中，增加原有結(jié)構(gòu)內(nèi)部的配筋率，并完成簡捷、有效的連接與錨固技術(shù)，在植筋過程中可植入普通鋼筋，也可植入螺栓式錨筋.此方法可以針對在施工中漏埋鋼筋或鋼筋偏離設(shè)計位置，以及構(gòu)件加大截面后加固所需要的補(bǔ)筋;上部結(jié)構(gòu)擴(kuò)跨、頂升對梁、柱的接長，房屋加層接柱和高層建筑增設(shè)剪力墻的植筋等需要;

(8)裂縫修補(bǔ)法.此方法針對混凝土裂縫的起因、性狀和大小，采用封護(hù)方法進(jìn)行修補(bǔ)，避免結(jié)構(gòu)因開裂導(dǎo)致使用功能和耐久性降低，并得以恢復(fù)的加固方法.該方法適用于已有混凝土結(jié)構(gòu)中各類裂縫的修補(bǔ)工作，但對受力裂縫除修補(bǔ)外，還要采用相應(yīng)的加固措施;

(9)混凝土表面處理法.此修補(bǔ)加固法指采用化學(xué)、機(jī)械、噴砂、真空吸塵及射水等方法清理混凝土表面污痕、油跡、殘渣，以及其它附著物的專門技術(shù);

(10)混凝土表層密封法.此方法指采用柔性密封劑充填、聚合物灌漿、涂膜等方法對混凝土進(jìn)行防水、防潮和防裂處理的技術(shù);

(11)增加支承加固法.該方法通過增加新的支撐結(jié)構(gòu)來改變原有結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，此方法加固簡單可靠，但易損害建筑物的原貌和使用功能，并可能減小使用空間.適用于具體條件的混凝土結(jié)構(gòu)加固.

3 結(jié)構(gòu)加固改造工程加固方案的選擇

結(jié)構(gòu)加固應(yīng)遵守“方案制定的總體效應(yīng)原則”、荷載取值和承載力驗算的基本原則有“材料的選用和取值原則”、“與抗震設(shè)防結(jié)合的原則”、“結(jié)構(gòu)加固方案應(yīng)技術(shù)可靠、方便施工原則”、“經(jīng)濟(jì)合理，減少對原有建筑損傷原則”以及“其他原則’，等基本原則［3］，具體如下:

在進(jìn)行具體的加固設(shè)計之前，必須先進(jìn)行加固方案的選擇.因為加固方案的優(yōu)劣，將直接影響加固設(shè)計所達(dá)到的效果.確定加固方案，首先要有完善的檢測數(shù)據(jù)及必要設(shè)計依據(jù)，在方案設(shè)計時應(yīng)充分考慮加固方法的技術(shù)要求以及施工過程中各要素之間的關(guān)系;其次，加固部分和原有結(jié)構(gòu)之間存在一個時間差的問題，應(yīng)對原有構(gòu)件的剩余壽命進(jìn)行檢測與評估，使加固部分的使用壽命與原建筑相匹配;再次，工程結(jié)構(gòu)加固過程中往往問題復(fù)雜，涉及諸多因素，在影響結(jié)構(gòu)加固方案優(yōu)劣的因素中，有些因素可得到定量值，而由于實際問題的復(fù)雜性及客觀存在的模糊性，有些因素則較難得到定量值，設(shè)計人員應(yīng)對此加以考慮，給出合理的估計和評判.

在進(jìn)行加固設(shè)計時，如原有結(jié)構(gòu)的材料種類、性能與原設(shè)計相一致，則按原有設(shè)計取值計算.當(dāng)原結(jié)構(gòu)無材料強(qiáng)度資料時，則需要進(jìn)行現(xiàn)場材料強(qiáng)度的檢測與實測，然后再結(jié)合現(xiàn)有的規(guī)范進(jìn)行取值.加固材料的選用要求:加固結(jié)構(gòu)所用鋼材應(yīng)選用I級或II級鋼;混凝土強(qiáng)度等級要比原結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級高一級，且加固上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C20，加固混凝土中不應(yīng)摻入火山灰、粉煤灰和高爐礦渣等混和材料，在選用粘結(jié)材料或化學(xué)灌漿料時，要求材料的粘結(jié)強(qiáng)度應(yīng)高于被粘結(jié)結(jié)構(gòu)混凝土的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，并檢驗其與混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度.

4 結(jié)語

目前，關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)加固的方法有很多，每種方法都有一定的使用條件，各有利弊.在進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固與改造的過程中，應(yīng)對建筑物的使用情況做詳細(xì)的調(diào)查，對原有建筑物的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行鑒定和檢查，在此基礎(chǔ)上，分析病害產(chǎn)生的原因及種類，然后再確定最為合適的加固方案與加固方法.加固方法的選擇，應(yīng)綜合考慮到加固前的鑒定結(jié)果和改進(jìn)意見，以及加固后的改善效果和經(jīng)濟(jì)投入、工期、施工方便性等方面的因素.

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