預(yù)張緊鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿面層法加固密肋板的應(yīng)用*

蘇冠興 董衛(wèi)東 孫勇 王憲玲

（1.江蘇蘇科結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)事務(wù)所有限公司 南京210008；2.江蘇省蘇科建設(shè)技術(shù)發(fā)展有限公司南京210008；3.江蘇省建筑科學(xué)研究院院有限公司 南京210008）

引言

密肋板是指為了增加板的剛度，減小板跨，降低板厚，在板底增設(shè)小梁，配筋后澆注的鋼筋混凝土板。《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010-2010）［1］中規(guī)定了密肋樓蓋面板的最小厚度為50mm，肋高最小為250mm。20世紀(jì)五六十年代，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平有限，為了節(jié)省成本，在一些工業(yè)及民用建筑中使用了密肋板，目前部分建筑仍在使用中，其使用年限超過(guò)了建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限。密肋板產(chǎn)生了混凝土碳化深度過(guò)大、鋼筋局部銹蝕、混凝土酥松脫落等問(wèn)題。預(yù)張緊鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿面層法是一種新型的結(jié)構(gòu)加固工藝，在加固工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367-2013）［2］詳細(xì)規(guī)定了其計(jì)算方法、構(gòu)造措施等內(nèi)容，是值得推廣應(yīng)用的加固技術(shù)。預(yù)張緊鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿面層法是指在結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面布置預(yù)張拉的鋼絲繩，鋼絲繩張拉完畢后表面粉刷聚合物砂漿，使聚合物砂漿與預(yù)張緊的鋼絲繩協(xié)同工作。在鋼絲繩安裝過(guò)程中進(jìn)行預(yù)張緊，張拉力必須達(dá)到一個(gè)比較高的水平，不僅給加固構(gòu)件提供一定的預(yù)應(yīng)力，使構(gòu)件受力性能明顯改善，而且使得加固構(gòu)件在開(kāi)始受力時(shí)，鋼絲繩能夠立即受力參與工作，從而保證加固材料與被加固構(gòu)件良好的協(xié)同工作效果。本文主要分析預(yù)張緊鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿面層法的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，及其對(duì)加固密肋板樓蓋的適用性和經(jīng)濟(jì)性，并在實(shí)際工程中應(yīng)用。

1 加固方法適用性分析

1.1 密肋板樓蓋現(xiàn)狀

密肋板樓蓋具有跨度小、板厚薄、小梁多等特點(diǎn)，并能節(jié)省混凝土及鋼筋用量，在20世紀(jì)五六十年代有著廣泛應(yīng)用。大部分采用密肋板樓蓋的建筑已經(jīng)超過(guò)了設(shè)計(jì)使用年限，因密肋板樓蓋板厚較小，梁的寬度及高度較小，其保護(hù)層厚度較小，長(zhǎng)期使用后，混凝土碳化深度較大，在達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限時(shí)，一般會(huì)影響鋼筋性能，產(chǎn)生鋼筋銹蝕等情況。同時(shí)因當(dāng)時(shí)混凝土強(qiáng)度低、澆筑質(zhì)量差，長(zhǎng)時(shí)間使用且使用環(huán)境差，混凝土容易產(chǎn)生酥松、脫落等情況，更加速了鋼筋的銹蝕。同時(shí)，按照當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)規(guī)范活荷載小，一般小于1.5kN／m2，而現(xiàn)行荷載規(guī)范［3］要求的活載最小為2.0kN／m2；同時(shí)現(xiàn)在的裝修恒載也比當(dāng)時(shí)建造時(shí)大，其承載力已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的使用要求。

因此，綜合設(shè)計(jì)使用年限、鋼筋及混凝土現(xiàn)狀、現(xiàn)在的使用要求等方面，當(dāng)時(shí)所使用的密肋板樓蓋已不能滿足現(xiàn)在的使用要求，需進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

1.2 加固方法分析

對(duì)于密肋板樓蓋主要的處理方式有加固和拆除新建兩種，拆除新建能夠比較好地解決承載力等問(wèn)題，但是拆除會(huì)產(chǎn)生大量的建筑垃圾，造成極大的浪費(fèi)，并且施工工期長(zhǎng)，因建筑已建成在役，施工難度大。傳統(tǒng)的加固方法主要有粘貼纖維復(fù)合材加固法和粘貼鋼板加固法。原樓板厚度較小，采用粘貼纖維復(fù)合材加固法和粘貼鋼板加固法能顯著提高樓板的承載能力，但是因樓板保護(hù)層脫落、鋼筋銹蝕等，加固前應(yīng)首先采用聚合物砂漿或者修補(bǔ)膠對(duì)原樓板進(jìn)行修復(fù)，實(shí)際纖維復(fù)合材或者鋼板粘貼在聚合物砂漿或修補(bǔ)膠上，涉及到修補(bǔ)材料與原混凝土的粘結(jié)力及纖維復(fù)合材或鋼板與修補(bǔ)材料的粘結(jié)力，其加固的實(shí)際效果有待研究。

同時(shí)采用粘貼纖維復(fù)合材加固法和粘貼鋼板加固法其結(jié)構(gòu)用膠應(yīng)至少每隔十年檢查一次，并且其防火性能差，并且由于原板厚較小，其耐火性能更差。綜上，因密肋板樓蓋的特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的加固方法有明顯的缺陷性，存在安全隱患，并不適用于密肋板樓蓋的加固。而拆除新建工期長(zhǎng)、造價(jià)高、產(chǎn)生大量建筑垃圾，造成極大浪費(fèi)，不滿足現(xiàn)在倡導(dǎo)的環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展要求。

1.3 預(yù)張緊鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿面層法加固優(yōu)勢(shì)

采用預(yù)張緊鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿面層法加固可以有效解決密肋板樓蓋存在的問(wèn)題，其具有如下明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)［4］：

（1）鍍鋅鋼絲繩（或不銹鋼鋼絲繩）包裹上聚合物砂漿不易發(fā)生銹蝕問(wèn)題，聚合物砂漿為無(wú)機(jī)材料，其壽命與混凝土相當(dāng)，且耐酸堿腐蝕，不存在如結(jié)構(gòu)膠等有機(jī)加固材料的老化問(wèn)題，從而保證了結(jié)構(gòu)加固后的耐久性，且具備在惡劣環(huán)境如酸堿腐蝕性環(huán)境下使用的能力。

（2）聚合物砂漿與混凝土一樣，有良好的耐高溫耐濕性能，可以應(yīng)用于防火要求較高的建筑，不存在如結(jié)構(gòu)膠等有機(jī)加固材料的耐高溫性能差等問(wèn)題，有效彌補(bǔ)了密肋板厚度較小耐火能力不足的問(wèn)題。

（3）預(yù)張緊鋼絲繩在安裝時(shí)對(duì)鋼絲繩進(jìn)行張拉，張拉力值使鋼絲繩中產(chǎn)生足夠的張拉力以抵消非線性變形，當(dāng)被加固構(gòu)件受力產(chǎn)生變形時(shí)，鋼絲繩能夠立即受力與之共同工作，最大限度地解決受力滯后問(wèn)題，同時(shí)使密肋板受力性能大大改善。

（4）預(yù)張緊鋼絲繩網(wǎng)聚合物砂漿加固不僅可以顯著提高承載力，而且，由于聚合物砂漿外加層厚度在受力計(jì)算時(shí)可以按整體截面高度考慮，因而可以顯著地提高被加固構(gòu)件的剛度，較粘貼纖維復(fù)合材加固法和粘貼鋼板加固法有明顯的優(yōu)勢(shì)。

（5）由于聚合物砂漿本身強(qiáng)度高、與混凝土粘接性好，可以修復(fù)結(jié)構(gòu)表面的缺陷，因此對(duì)被加固母體表面沒(méi)有平整度要求，可以加固有缺陷或強(qiáng)度低的混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)加固齡期較長(zhǎng)的混凝土結(jié)構(gòu)有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，解決了密肋板混凝土酥松、脫落的問(wèn)題。

通過(guò)以上分析可以看出，采用預(yù)張緊鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿面層法加固密肋板樓蓋較傳統(tǒng)加固方法有著明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以有效解決超過(guò)使用年限的密肋板存在的各種問(wèn)題，顯著提高密肋板的承載能力，滿足后續(xù)使用年限的要求。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況及存在問(wèn)題

南京大學(xué)南園十三舍為四層磚混結(jié)構(gòu)建筑，始建于1959年，為學(xué)生宿舍，采用密肋板樓蓋，板厚為70mm，肋梁截面為70mm×250mm，間距為700mm，其平面布置如圖1所示。經(jīng)檢測(cè)鑒定單位檢測(cè)，該建筑密肋板損壞嚴(yán)重，主要存在以下問(wèn)題：

（1）混凝土肋梁梁底及混凝土板板底存在不同程度的混凝土脫落及鋼筋銹蝕現(xiàn)象，如圖2所示；

（2）混凝土碳化深度均大于25mm（大于鋼筋保護(hù)層厚度），如圖3所示；

（3）抽檢部分樓面肋梁縱筋實(shí)測(cè)鋼筋直徑為9.5mm（未銹蝕處為10mm），箍筋實(shí)測(cè)直徑為5.5mm（未銹蝕處為6mm），如圖2所示；樓面板底短向鋼筋直徑為7.5mm（未銹蝕處為8mm），長(zhǎng)向鋼筋為直徑為4.5mm（未銹蝕處為8mm），如圖4所示。

圖1 密肋板平面布置Fig.1 Ribbed plate layout

圖2 肋梁梁底混凝土脫落且鋼筋銹蝕外露Fig.2 Concrete girder bottom ribs off and exposed steel corrosion

圖3 板底混凝土損傷Fig.3 Concrete slab bottom damage

圖4 板底鋼筋銹脹、混凝土脫落Fig.4 Plate reinforcement corrosion，concrete shedding

經(jīng)鑒定，該建筑2～4層樓蓋目前損傷主要為鋼筋銹脹、混凝土板底及肋梁梁底混凝土局部脫落、部分密肋板損傷嚴(yán)重。根據(jù)目前板構(gòu)件及肋梁構(gòu)件損傷嚴(yán)重程度，其構(gòu)件安全性等級(jí)評(píng)為cu級(jí)或du級(jí)，應(yīng)立即采取措施對(duì)密肋板進(jìn)行加固處理。加固荷載取值采用現(xiàn)行荷載規(guī)范的要求，并依據(jù)改造后的裝修要求計(jì)算樓面恒載，經(jīng)計(jì)算現(xiàn)在的密肋板承載能力不能滿足要求，亦表明應(yīng)進(jìn)行加固處理。

2.2 加固設(shè)計(jì)

針對(duì)該建筑密肋板存在的問(wèn)題及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，經(jīng)對(duì)比各種加固方法的優(yōu)缺點(diǎn)，決定采用預(yù)張緊鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿面層法加固。依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定計(jì)算［2］，本次加固采用鋼絲繩規(guī)格為6X7+1WS，直徑為3mm，板底鋼絲繩間距為20mm，如圖5a所示。密肋梁底采用鋼絲繩規(guī)格為6X7+1WS，直徑為4mm，板底鋼絲繩間距為20mm，如圖5b所示。選用改性環(huán)氧類聚合物砂漿，其抗壓強(qiáng)度不小于55MPa，與鋼絲繩粘結(jié)抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于9MPa，其他性能指標(biāo)應(yīng)滿足《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》（GB 50728-2011）的規(guī)定，粉刷聚合物砂漿，厚度為30mm。對(duì)存在混凝土脫落、脹裂，鋼筋銹蝕的梁板，加固前應(yīng)鑿除脹裂、疏松混凝土；對(duì)鋼筋進(jìn)行除銹處理，并采用聚合物砂漿修補(bǔ)平整。鑿除前應(yīng)做好卸載及支撐措施。

圖5 鋼絲繩布置Fig.5 Rope arrangement

2.3 施工工藝

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)應(yīng)對(duì)鋼絲繩網(wǎng)片進(jìn)行錨固、張緊，如圖6所示。根據(jù)定位放線尺寸打孔，安裝張拉角鋼和固定角鋼，將鋼絲繩一端穿過(guò)固定角鋼孔洞，鋼絲繩穿過(guò)孔洞后用液壓鉗把鋁接頭和鋼絲繩壓緊，將鋼絲繩另一端穿入調(diào)節(jié)螺桿端頭拉環(huán)后再穿鋁接頭，再用液壓鉗把鋁接頭和鋼絲繩壓緊，最后將調(diào)節(jié)螺桿裝入張拉端角鋼。用扳手?jǐn)Q調(diào)節(jié)螺母至鋼絲繩為緊繃狀態(tài)，張拉時(shí)可通過(guò)垂直于被張拉鋼絲繩與壓條的垂直度觀察每根鋼絲繩的受力是否均勻，鋼絲繩的預(yù)張緊力為1.418kN，偏差不得大于±10%。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)鋼絲繩布置Fig.6 Site wire rope layout

粉刷聚合砂漿時(shí)按產(chǎn)品配比要求配置聚合物砂漿，分層噴涂于加固部位，仰面噴涂時(shí)，每道厚度以不大于10mm為宜，后一道噴抹應(yīng)在前一道初凝后進(jìn)行，使層與層之間達(dá)到更好的結(jié)合效果，最后一層一次抹平收光，砂漿噴涂設(shè)備應(yīng)采用濕式預(yù)混，以便于層與層之間達(dá)到更好的結(jié)合效果，最后一層一次抹平收光，如圖7所示，砂漿噴涂設(shè)備應(yīng)采用濕式預(yù)混砂漿噴漿機(jī)噴涂，噴涂宜在界面劑涂刷后1h內(nèi)進(jìn)行，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度等情況適當(dāng)調(diào)整。因聚合物砂漿強(qiáng)度較高，收縮性大，涂抹完畢后，根據(jù)聚合物砂漿產(chǎn)品說(shuō)明結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定養(yǎng)護(hù)時(shí)間，保持砂漿層濕潤(rùn)狀態(tài)。確保聚合物砂漿不會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂等情況。

加固完成后，密肋板厚度由70mm增大為100mm，肋梁截面由 70mm×250mm增大為130mm×280mm，增大了樓蓋剛度，鋼絲繩進(jìn)行了預(yù)拉緊，經(jīng)計(jì)算板的承載能力顯著提高，同時(shí)修復(fù)了板鋼筋及混凝土損傷?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了堆載試驗(yàn)，考慮裝修荷載為 1.5kN／m2，活荷載為2.0kN／m2，現(xiàn)場(chǎng)堆載為 4.5kN／m2，板的撓度滿足規(guī)范要求，未發(fā)現(xiàn)裂縫等問(wèn)題。加固后密肋板厚度增加，聚合物砂漿粉刷層保證了原混凝土不再繼續(xù)碳化，鋼筋不再銹蝕，保證了其耐久性，充分滿足了后續(xù)使用30年的要求。

圖7 加固完成后現(xiàn)場(chǎng)Fig.7 After completion of the scene reinforcement

3 結(jié)語(yǔ)

因節(jié)省混凝土及鋼筋用量，密肋板樓蓋在20世紀(jì)有著廣泛應(yīng)用，但因其樓板較薄，肋梁尺寸小，長(zhǎng)期使用容易產(chǎn)生混凝土脫落、鋼筋銹蝕等問(wèn)題，且部分建筑已超過(guò)了其使用年限，密肋板樓蓋有待加固處理。傳統(tǒng)粘貼纖維復(fù)合材加固法和粘貼鋼板加固法有其局限性，不適用于密肋板樓蓋的加固。而預(yù)張緊鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿面層加固法有著明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其材料耐久性好、抗火能力強(qiáng)、對(duì)加固基層的要求低，可以解決密肋板樓蓋存在的問(wèn)題，使原混凝土、鋼絲繩和聚合物砂漿面層協(xié)同工作，顯著提高密肋板樓蓋的承載能力，滿足了后續(xù)使用年限的要求。該方法在南京大學(xué)南園十三舍加固中成功應(yīng)用，可以推廣使用。

［1］GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010 GB 50010-2010 Code for design of concrete structures［S］.China Architecture＆Building Press，2010

［2］GB 50367-2013混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013 GB 50010-2013 Degin code for strengthening concrete structure［S］.China Architecture＆Building Press，2013

［3］GB 50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012 GB 50009-2012 Load code for the design of building structures［S］.China Architecture＆Building Press，2012

［4］危曉麗，寧海永，盧海波.預(yù)張緊鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿外加層加固技術(shù)在工程中的應(yīng)用［J］.建筑結(jié)構(gòu)，增刊，2010，40（6）：648-650 Wei Xiaoli，Ning Haiyong，Lu Haibo.Application of strengthen technique of polymeric mortar and prestressed steel cable mesh［J］.Building Structure，Suppl，2010，40（6）：648-650

［5］曹忠民，李愛(ài)群，王亞勇.高強(qiáng)鋼絞線網(wǎng)-聚合物砂漿抗彎加固的承載力計(jì)算［J］.四川建筑科學(xué)研究，2007（5）：56-59 Cao Zhongmin，Li Aiqun，Wang Yayong.Analysis of flexural strength of RCmembers strengthened with high strength steelwire mesh and polymermortar［J］.Sichuan Building Science，2007（5）：56-59