安徽省《高延性混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》解讀

秦旭飛，景武斌

（1.安徽省建筑科學研究設(shè)計院，安徽 合肥 230032；2.西安建筑科技大學，陜西 西安 710055）

1 規(guī)程背景

高延性混凝土是一種具有高韌性、高抗裂性能、高耐損傷能力和高耐久性的新型結(jié)構(gòu)材料，將其應(yīng)用在結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域，可顯著改善結(jié)構(gòu)的抗震性能、承載力和耐損傷能力。其受拉具有穩(wěn)定的應(yīng)變硬化特性，極限拉應(yīng)變可達3%以上，高延性混凝土彎曲具有類似鋼材的變形能力，可以有效改善結(jié)構(gòu)脆性問題，提高結(jié)構(gòu)延性和變形能力；高延性混凝土具有優(yōu)異的裂縫控制功效，可以改善結(jié)構(gòu)抗裂抗?jié)B問題；利用高延性混凝土作為鋼筋保護層，利用其優(yōu)良的耐久性能，可延緩鋼筋腐蝕速率，提高結(jié)構(gòu)耐久性。將高延性混凝土應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固中，可顯著改善由于結(jié)構(gòu)脆性引起的多種工程問題。與傳統(tǒng)加固方式相比，高延性混凝土加固技術(shù)具有以下優(yōu)勢：①高延性混凝土加固工藝簡單，加固工序少，其加固工期短，施工周期為傳統(tǒng)加固方法的三分之一左右；②采用高延性混凝土加固時一般不需要穿墻，穿樓板鋼筋，因此加固時很少破壞已有的樓面及地面；③高延性混凝土加固面層厚度薄，不會侵占原來房間的使用面積，一般不會因為上部結(jié)構(gòu)的加固導致基礎(chǔ)荷載增加進而影響地基基礎(chǔ)安全；④綜合造價低，節(jié)省綜合成本10%～30%；⑤高延性混凝土的抗裂及抗?jié)B能力強，加固后可以解決原結(jié)構(gòu)的滲漏開裂現(xiàn)象；⑥該項技術(shù)成熟，目前已經(jīng)有部分相關(guān)地方規(guī)程及圖集發(fā)布實施，在全國20多個省市中小學校舍加固、文物建筑保護、歷史風貌建筑保護、軍隊營房加固、脫貧攻堅農(nóng)村危房改造以及老舊建筑物加固改造等領(lǐng)域已有500個以上的應(yīng)用案例。因此，找到制定一套完整的相關(guān)技術(shù)標準流程和方法尤為必要。

2 編制意義

2.1 貫徹國家政策要求的重要舉措

2012年12月28日，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部等7部門聯(lián)合下發(fā)通知要求“加快推進棚戶區(qū)（危舊房）改造”；《國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)教育部等部門關(guān)于建立中小學校舍安全保障長效機制意見的通知》（國辦發(fā)〔2013〕103號）精神明確提出要進一步提高全區(qū)中小學校舍防震減災(zāi)能力；2015年10月17日，住建部和財政部發(fā)布關(guān)于進一步發(fā)揮住宅專項維修資金在老舊小區(qū)和電梯更新改造中支持作用的通知，明確對老舊住宅改造過程承要注重住宅抗震安全問題；2019年3月7日全國農(nóng)村危房改造脫貧攻堅工作電視電話會議召開，會議要求“堅決打贏農(nóng)村危房改造脫貧攻堅戰(zhàn)”……。《高延性混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的編制可以在安徽省的建筑結(jié)構(gòu)加固中起到重要作用，為安徽省的高延性混凝土加固提供技術(shù)依據(jù)，為安徽省房屋加固改造提供具有創(chuàng)新性和應(yīng)用優(yōu)勢的新方法，推動安徽省危舊房加固、校舍安全加固等工作的穩(wěn)定高效進行。

2.2 填補我省高延性混凝土加固工程標準空白，保障工程質(zhì)量

工程應(yīng)用，標準先行。沒有標準時，高延性混凝土加固技術(shù)的設(shè)計、施工等人員由于缺乏科學的房屋安全論證和必要的技術(shù)標準指導，對高延性混凝土加固技術(shù)的認識不夠全面，對該技術(shù)的使用要求認識不足，相應(yīng)工程應(yīng)用存在著有較大的偶然性和不可傳承性。同時由于施工人員的能力參差不齊，導致在施工方法上存在一定的差異，致使原有的加固效果難以把控，且造成了很多結(jié)構(gòu)安全隱患，故急需結(jié)合我省實際，制訂一部高延性混凝土加固技術(shù)地方技術(shù)標準，以科學規(guī)范的引導和幫助我省廣大技術(shù)人員了解該項技術(shù)的設(shè)計內(nèi)容、性能要求、施工方法，明確施工要求和質(zhì)量驗收規(guī)定，為安徽省高延性混凝土加固工程提供技術(shù)參考，減少因技術(shù)人員經(jīng)驗和認識不足而導致的質(zhì)量和安全隱患。

2.3 為我省結(jié)構(gòu)加固注入新的活力，為提高加固質(zhì)量和降低加固成本保駕護航

《高延性混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的制定對促進我省高延性混凝土加固技術(shù)應(yīng)用具有指導性意義，可為我省的房屋建筑加固領(lǐng)域提供創(chuàng)新方法，且由于其良好的加固效果和簡單的施工工藝，為我省的建筑結(jié)構(gòu)加固質(zhì)量提供強有力的技術(shù)支撐。

3 規(guī)程的主要條款

本規(guī)程的章節(jié)：總則；術(shù)語和符號；基本規(guī)定；原材料；性能；配合比設(shè)計；施工；質(zhì)量檢驗和驗收；高延性混凝土抗壓韌性試驗方法；高延性混凝土彎曲韌性試驗方法；高延性混凝土加固砌體結(jié)構(gòu)；高延性混凝土加固混凝土構(gòu)件。其中“性能”；“質(zhì)量檢驗和驗收”“高延性混凝土加固砌體結(jié)構(gòu)”和“高延性混凝土加固混凝土構(gòu)件”是本規(guī)程的主要技術(shù)內(nèi)容。

本規(guī)程規(guī)定，本規(guī)程適用于高延性混凝土的原材料控制、性能要求、配合比設(shè)計，以及采用高延性混凝土加固房屋建筑和一般構(gòu)筑物的砌體結(jié)構(gòu)和混凝土構(gòu)件設(shè)計、施工和質(zhì)量驗收。其他行業(yè)工程的加固可參照使用。

3.1 高延性混凝土力學性能指標

高延性混凝土主要用于砌體結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的加固與修復(fù)工程。高延性混凝土的主要力學性能指標如下表所示。

高延性混凝土的主要力學性能指標

①表中性能指標均指代表值。

②測試等效彎曲韌性、等效彎曲強度和抗折強度的試件尺寸為40mm×40mm×160mm；測試立方體抗壓強度的標準試件尺寸為100mm×100mm×100mm，且不考慮尺寸換算系數(shù)。

強度等級為Cd50的高延性混凝土，其軸心抗壓強度設(shè)計值fd=27.6N/mm2，軸心抗拉強度設(shè)計值fdt=3.8 N/mm2。

強度等級為Cd50的高延性混凝土，受壓和受拉彈性模量Ed=2.20×104 N/mm2。當有可靠試驗依據(jù)時，彈性模量可根據(jù)實測數(shù)據(jù)確定。

高延性混凝土的泊松比取0.14，當有可靠試驗依據(jù)時，泊松比可根據(jù)實測數(shù)據(jù)確定。

本規(guī)程給出了高延性混凝土4個主要力學性能指標，作為高延性混凝土性能檢驗的依據(jù)。其中等效彎曲韌性和等效彎曲強度為韌性評價指標，抗折強度和立方體抗壓強度為強度評價指標。

配制高延性混凝土時，采用了大量的礦物摻合料取代水泥熟料。由于礦物摻合料的活性較低，使高延性混凝土的早期強度增長較慢，超過28d以后的強度仍有較大幅度增長，因此，以表中60d的性能指標作為高延性混凝土最終的力學性能評價標準，表中3d和28d的力學性能指標可以為高延性混凝土施工進場檢驗提供參考依據(jù)。

高延性混凝土的受壓和受拉彈性模量與其立方體抗壓強度有關(guān)，但由于高延性混凝土基體內(nèi)不含粗骨料，其彈性模量取值與普通混凝土明顯不同，根據(jù)西安建筑科技大學、東南大學、浙江大學等科研院所大量試驗結(jié)果以及國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的檢驗結(jié)果，高延性混凝土的彈性模量Ed相當于同等強度普通混凝土的2/3左右，本規(guī)程給出Cd50高延性混凝土的彈性模量Ed=2.20×104 N/mm2。當有可靠試驗依據(jù)時，彈性模量可根據(jù)實測數(shù)據(jù)確定。

3.2 高延性混凝土彎曲韌性試驗方法

高延性混凝土具有良好的韌性特征，這一點明顯區(qū)別于普通混凝土，為了更好的定期其韌性指標，本規(guī)程開創(chuàng)性地給出了高延性混凝土的彎曲韌性試驗和計算方法，通過彎曲試件的耗能和變形能力綜合評判其韌性指標。

本規(guī)程提出的高延性混凝土彎曲韌性試驗方法，給出了標準試件尺寸為40mm×40mm×160mm。按本規(guī)程方法對試件進行四點彎曲試驗，測得其荷載—撓度曲線，計算出高延性混凝土的等效彎曲強度，再考慮試件撓曲變形對高延性混凝土彎曲韌性的影響，計算試件的等效彎曲韌性，是等效彎曲強度與撓跨比的乘積，與彎曲韌性的定義吻合，與等效彎曲強度一起作為高延性混凝土彎曲韌性的評價指標，能更好地反映高延性混凝土的彎曲韌性，其中u的取值0.85用于構(gòu)件正常破壞時的韌性評定，當用于建筑物防倒塌設(shè)計時可取0.50和 0.20。

3.3 高延性混凝土加固砌體結(jié)構(gòu)

高延性混凝土與砌體結(jié)構(gòu)具有良好的粘結(jié)性能，將高延性混凝土用于砌體結(jié)構(gòu)加固，可利用高延性混凝土的力學性能優(yōu)勢提高砌體結(jié)構(gòu)的整體性和抗倒塌能力。另外，采用高延性混凝土加固砌體結(jié)構(gòu)，加固面層厚度小，施工簡便，對原有結(jié)構(gòu)影響小，可大幅度提高砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能，延長結(jié)構(gòu)使用壽命，節(jié)約加固成本，具有良好經(jīng)濟效益和社會效益。規(guī)程編制組系統(tǒng)開展了高延性混凝土加固砌體結(jié)構(gòu)方面的理論與試驗研究，提出了高延性混凝土加固砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算方法和構(gòu)造措施。

①采用高延性混凝土面層或配筋高延性混凝土面層加固軸心受壓的砌體構(gòu)件時，其正截面受壓承載力應(yīng)按下式驗算：

②采用高延性混凝土面層或配筋高延性混凝土面層加固偏心受壓的砌體構(gòu)件時，其正截面受壓承載力應(yīng)按下列公式計算：

③采用高延性混凝土面層或配筋高延性混凝土面層加固后，墻體的受剪承載力應(yīng)符合下列規(guī)定：

④砌體抗震加固

a.高延性混凝土面層或配筋高延性混凝土面層加固砌體墻的抗震受剪承載力應(yīng)按下式驗算：

b.高延性混凝土面層或配筋高延性混凝土面層加固后的砌體結(jié)構(gòu)樓層和墻段應(yīng)按下列公式計算其綜合抗震能力指數(shù)：

采用高延性混凝土面層或配筋高延性混凝土面層加固后，墻體抗震受剪承載力的基準增強系數(shù)η0按下式計算：

3.4 高延性混凝土加固混凝土構(gòu)件

由于高延性混凝土的峰值壓應(yīng)變遠高于普通混凝土的極限壓應(yīng)變，且高延性混凝土的彈性模量要低于普通混凝土，因此其抗壓強度利用效率有所降低，但是高延性混凝土對提高構(gòu)件延性、提高構(gòu)件耐久性以及在施工工藝的簡便性上有較大優(yōu)勢。同時，高延性混凝土具有較高的剪變模量和抗拉強度，對提高構(gòu)件的受剪承載力方面作用明顯。因此，對于混凝土構(gòu)件，更多的是利用其施工簡單的優(yōu)勢以及對構(gòu)件延性、抗裂及耐久性提高等優(yōu)勢，對混凝土構(gòu)件進行加固或修繕處理。

①采用高延性混凝土加固偏心受壓的剪力墻構(gòu)件時，其斜截面受剪承載力應(yīng)按下列公式計算：

②當增設(shè)配筋高延性混凝土面層三面圍套法加固梁構(gòu)件，并采用加錨式或膠錨式箍筋時，其斜截面受剪承載力應(yīng)符合下列規(guī)定：

③采用高延性混凝土增大截面法加固鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件時，其正截面受壓承載力應(yīng)按下式確定：

④采用高延性混凝土增大截面法加固鋼筋混凝土偏心受壓柱構(gòu)件時，其矩形截面正截面承載力應(yīng)按下列公式確定，同時應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010的）有關(guān)規(guī)定。

4 結(jié)語

目前其他省市發(fā)布的“高延性混凝土應(yīng)用技術(shù)”地方標準，或僅適用于砌體結(jié)構(gòu)加固工程，或僅適用于高延性混凝土材料的應(yīng)用標準，至今為止國內(nèi)尚未出臺專門針對高延性混凝土更加全面詳實的應(yīng)用技術(shù)的更深入、更全面的國家、行業(yè)、地方技術(shù)標準，且由于我省地理位置的特性、傳統(tǒng)建筑風格和房屋結(jié)構(gòu)建造特點與以上省市差異較大，現(xiàn)有國家及其它省市標準均不能全面的指導我省高延性混凝土加固技術(shù)工程應(yīng)用，如陜西省的《高延性混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（DBJ 61/T112-2016）中僅有針對磚砌體和砌塊砌體結(jié)構(gòu)加固的相關(guān)內(nèi)容，而我省現(xiàn)存大量的具有當?shù)孛褡逄厣慕ㄖ约按罅康幕炷两Y(jié)構(gòu)工程安全問題需要加固修復(fù)處理，因此，需要專門出臺一部技術(shù)標準，以填補我省髙延性混凝土應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域空白，彰顯我省的建筑結(jié)構(gòu)加固地方特色。