談高延性混凝土材料在加固窯洞工程中的優(yōu)勢

宋 志 彬

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

1 現(xiàn)存窯洞概況介紹

農(nóng)村危房改造是實現(xiàn)中央脫貧攻堅“兩不愁、三保障”總體目標(biāo)中住房安全有保障的重點工作，更是一項保障人民群眾生命財產(chǎn)安全、改善農(nóng)村貧困人口居住環(huán)境，構(gòu)建和諧社會的德政工程、民心工程。

農(nóng)村窯洞一般有靠崖式、下沉式、獨立式等形式，以土木、磚木、磚土混雜、木結(jié)構(gòu)、石木、磚混結(jié)構(gòu)形式為主，多為單層。經(jīng)現(xiàn)場檢測鑒定統(tǒng)計，現(xiàn)存窯洞常有以下病害類型：窯洞受地形地貌、氣候、環(huán)境、地質(zhì)情況、人為因素等影響，出現(xiàn)崖面不同程度的崩塌、剝落；窯體不同程度開裂、拱體變形；雨水滲透、植被破壞；局部窯洞出現(xiàn)因地基沉降和結(jié)構(gòu)本身受力不合理引起的傾斜，嚴重的有倒塌的危險(現(xiàn)場窯洞病害舉例如圖1所示)。

2 不同種類的窯洞匯總重點病害簡介

2.1 對于土(石)木結(jié)構(gòu)房屋

主要從木構(gòu)件、圍護墻體、屋面系統(tǒng)三個方面闡述：1)木構(gòu)件開裂，住宅建造時，一些木材的含水量過大，其表層部分比內(nèi)部容易干燥，而木構(gòu)件內(nèi)外收縮不同步導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。2)木構(gòu)件撓曲，木梁、木檁等在長期荷載作用下或超載情況下，會由于材料性能老化造成木材彈性模量降低以及抗彎能力下降，導(dǎo)致跨中明顯存在下?lián)犀F(xiàn)象，而木柱在偏心荷載的長期作用下也會導(dǎo)致柱構(gòu)件彎曲。3)木構(gòu)件糟朽，柱根糟朽主要是由于土木房屋建成時墻根無防潮措施，加之土坯夯土等材料具有吸附空氣中或地表水的特點，所以墻體往往比較潮濕，加之木柱包砌在墻內(nèi)，缺乏通風(fēng)，使得包砌在墻體內(nèi)的木柱長期處于潮濕環(huán)境之中，很容易糟朽，柱糟朽一般由下至上、由外向內(nèi)，程度由輕而重，尤其柱根部較為常見。而屋面椽條因在屋面位置，當(dāng)屋面向前導(dǎo)雨或局部滲漏時，其常因浸水而產(chǎn)生霉變糟朽，尤其前墻出檐處椽條外端部極為常見。糟朽會使得木構(gòu)件的有效截面減小，承載力降低，影響結(jié)構(gòu)安全和耐久性。4)榫卯節(jié)點存在缺陷，在長期荷載作用下或因材料本身收縮等，梁、柱節(jié)點位置很容易發(fā)生拔榫或松動等現(xiàn)象。節(jié)點的受損降低了房屋的整體性，對結(jié)構(gòu)的整體承載以及抗震性能影響極大。5)圍護墻體缺陷，墻體與內(nèi)部木柱之間、土(石)墻與外磚墻之間無可靠連接，由于振動特性的不同，在無可靠連接的情況下，兩者不能共同工作，地震時互相撞擊，會加重房屋的破壞。此外，土材料強度較低，加之砌筑質(zhì)量普遍不高，常會在縱橫墻交接處、墻體中部、煙道位置、門窗洞角部等薄弱部位出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，同時因雨水沖刷等亦會使外墻外側(cè)根部出現(xiàn)土墻剝落現(xiàn)象。6)屋面系統(tǒng)缺陷，主要表現(xiàn)為漏雨，屋面瓦局部損壞掉落以及局部負載過重(如：草泥過厚)導(dǎo)致的屋面下?lián)系取?/p>

2.2 對于靠崖式土窯洞

主要是窯臉石(磚)接口與窯體交接處開裂，窯體裂縫、剝落，崖面排水不暢等病害。一些窯洞在窯與窯之間的過道門洞頂兩側(cè)存在環(huán)向裂縫，影響窯體整體承載，存在嚴重安全隱患。窯體環(huán)向或窯頂縱向開裂現(xiàn)象，任其不斷發(fā)展其危害也將逐漸增大，尤其環(huán)向與縱向裂縫同時存在，并局部構(gòu)成網(wǎng)狀開裂，土體易剝落，如果不采取措施，進而會發(fā)展為崩塌、冒頂，造成不可挽回的損失。

2.3 對于獨立式石窯洞

其主要缺陷為：窯邊腿外傾，窯體抹灰剝落、灰縫開裂，窯頂屋面滲漏，窯臉灰縫開裂等。窯洞周邊場地環(huán)境變化也可能導(dǎo)致地基土承載力降低，支撐窯腿在水平推力作用下也會出現(xiàn)變形開裂、破損現(xiàn)象，進而影響窯洞整體結(jié)構(gòu)承載，威脅窯洞的整體安全。其次，石窯洞抹灰和粘結(jié)材料為泥、灰等，其粘結(jié)力較差、強度較低，當(dāng)遇溫度、濕度、振動等客觀條件變化時，易出現(xiàn)收縮、開裂、剝落等現(xiàn)象。多數(shù)農(nóng)戶的石窯洞屋頂覆土松散，雜草叢生，屋面排水不暢，導(dǎo)致窯體內(nèi)部出現(xiàn)印水、滲漏、大面積返潮等現(xiàn)象。

2.4 對于磚木結(jié)構(gòu)

其主要缺陷為縱橫墻交接處的豎向拉開現(xiàn)象，門窗洞口角部的斜向開裂以及木構(gòu)件的開裂、撓曲、糟朽等現(xiàn)象。其墻體的開裂主要是由于砌筑質(zhì)量差和材料自身收縮等綜合因素所導(dǎo)致，而木屋蓋中木構(gòu)件所存缺陷的原因基本與土(石)木結(jié)構(gòu)房屋相類似。

3 窯洞的加固方法簡介

窯洞的加固方法可根據(jù)窯洞特點、病害情況等，選擇科學(xué)、合理的方法，并結(jié)合實際采取有效措施，保證新增構(gòu)件及部位與原結(jié)構(gòu)連接可靠，形成整體工作；并應(yīng)避免對未加固部分，以及相關(guān)的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和地基基礎(chǔ)造成不利的影響。

窯洞的加固方法可分為整體加固與局部加固兩類，其中整體加固宜根據(jù)窯洞的實際情況選用磚襯券和鋼筋網(wǎng)混凝土內(nèi)襯加固法；局部加固則以內(nèi)支架和邊腿增寬法加固為主。加固材料：1)磚，其品種、規(guī)格除應(yīng)符合國家規(guī)范要求外，強度等級不宜低于MU10；2)砂漿，宜采用水泥砂漿，強度等級不宜低于M10；3)混凝土，強度等級不宜低于C20；4)鋼材,其品種、質(zhì)量和性能應(yīng)符合國家標(biāo)準的有關(guān)規(guī)定。

4 高延性混凝土材料簡介與應(yīng)用優(yōu)勢

高延性混凝土與普通混凝土相比，其基于微觀力學(xué)的設(shè)計原理，是以水泥、石英砂等為基體的纖維增強復(fù)合材料，有良好的抗壓性能、彎曲性能、拉伸性能、抗剪性能及耐火性，有較強的自愈合能力和良好的環(huán)保性能，與鋼筋的連接破壞具有顯著的延性特征，且高延性混凝土材料損傷容限能力較強，初始缺陷的存在對材料的抗拉強度影響較小，具有較高的抗疲勞性能及抗沖擊能力。

采用鋼筋網(wǎng)混凝土內(nèi)襯法加固窯洞時，如用高延性混凝土替代普通混凝土材料，可提高加固面層對墻體的約束作用，使其具有良好的整體性和抗震性能，大大減小了窯頂因震害而導(dǎo)致坍塌的可能。其次，高延性混凝土可摻入粉煤灰替代水泥，與現(xiàn)代社會倡導(dǎo)綠色建筑、節(jié)能環(huán)保建筑相輔相成，可減少對空氣的污染，實現(xiàn)既改造加固，也堅持可持續(xù)發(fā)展，提供了健康的居住環(huán)境。

現(xiàn)存窯洞裂縫較多見，修補裂縫可分別采用封閉法和灌縫法。封閉法多用于表層裂縫的修補，可選用草泥灰、白灰漿等材料將表層裂縫進行抹實密封；另一方法是灌縫法，又可稱壓力注漿法，適用于磚(石)窯加固，此方法亦可利用高延性混凝土的特性：高韌性、高強度、高抗裂性、高耐損傷能力，對磚(石)窯體開裂處進行壓抹，面層可獲得有效約束，施工工藝簡單方便，只需對窯體開裂墻體先進行基層處理、清潔，再對墻體進行噴水濕潤，即可壓抹高延性混凝土材料，其加固效果比普通混凝土效果好且用量少，施工方便，綜合造價合理。

高延性混凝土具有普通混凝土沒有的高韌性、高抗裂性能和高耐損傷能力，使得高延性混凝土廣泛用于磚混結(jié)構(gòu)的縱橫墻墻體加固工程中。隨著科技不斷進步，科研成果層出不窮，我們應(yīng)共同努力將這些成果應(yīng)用于農(nóng)村危房改造中，實現(xiàn)改善農(nóng)村居住環(huán)境，建筑可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

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