高延性混凝土修復(fù)框架梁開裂問題研究

俞振發(fā) （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230031）

0 引言

梁裂縫為住宅工程質(zhì)量通病，屬于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量缺陷的一種，輕則影響使用功能及觀瞻，重則對(duì)結(jié)構(gòu)安全性有不利影響，易引起業(yè)主對(duì)房屋質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全的擔(dān)憂。經(jīng)筆者調(diào)研總結(jié)，常見的梁裂縫絕大部分為收縮及溫度裂縫，部分因受力引起的梁裂縫亦僅削弱了構(gòu)件承載力，尚未影響結(jié)構(gòu)安全。處理上述梁裂縫目前常見的方法多為粘貼碳纖維，增大截面，包鋼等，從技術(shù)角度上看雖能有效處理梁裂縫的問題，但均會(huì)在構(gòu)件表面留下加固維修痕跡，后期易引起業(yè)主不必要的擔(dān)憂和相關(guān)的投訴、信訪、司法程序等，增大了處理難度、風(fēng)險(xiǎn)和成本，事倍功半。工程界迫切需要新材料、新工藝、新方法來解決上述矛盾。

隨著2019年12月25日安徽省地標(biāo)《高延性混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（DB34/T 3469-2019）的發(fā)布和2020年6月25日的正式實(shí)施，高延性混凝土這一新型材料正式進(jìn)入了安徽省建筑界的工程應(yīng)用領(lǐng)域。高延性混凝土是以水泥、石英砂等為基體的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，具有高延性、高耐損傷能力、高耐久性、高強(qiáng)度（抗壓、抗拉）以及良好的裂縫控制能力，理論上具備了用其修復(fù)梁裂縫的可行性。

筆者以某產(chǎn)生梁裂縫的框剪結(jié)構(gòu)高層住宅為案例，先現(xiàn)場進(jìn)行檢測鑒定，分析裂縫成因；再提出采用新型高延性混凝土修復(fù)梁裂縫的具體方案并組織加固施工；最終對(duì)加固維修后的框架梁進(jìn)行安全性檢測，判斷其安全性是否滿足要求，以此驗(yàn)證高延性混凝土修復(fù)梁裂縫的可行性。

1 設(shè)計(jì)概況

該工程設(shè)計(jì)為地下一層，地上十一層框剪結(jié)構(gòu)住宅。被測框架梁主要集中在建筑物每層主臥、客廳、陽臺(tái)位置。選取其中有代表性的，客廳與陽臺(tái)交接位置處的兩個(gè)框架梁構(gòu)件進(jìn)行檢測鑒定，其設(shè)計(jì)概況見表1。

被測框架梁設(shè)計(jì)概況 表1

2 框架梁裂縫分布及特征

經(jīng)檢測：被測兩道框架梁裂縫主要出現(xiàn)在梁跨中下口以及梁兩端上口。梁跨中部位裂縫一般由梁底部豎直向上直線開展，基本呈“U”字型，大部分未延伸到梁頂，直裂縫實(shí)測縫寬下大上小。梁兩端部位裂縫一般呈“八”字型斜向?qū)ΨQ開展，大部分未延伸到梁底，裂縫實(shí)測縫寬較小?？缰胁课恢绷芽p數(shù)量較多，兩端斜裂縫數(shù)量相對(duì)較少。測得梁結(jié)構(gòu)層最大縫寬為（0.12～0.30）mm。

3 裂縫成因分析及影響評(píng)價(jià)

根據(jù)被測框架梁裂縫分布特征、本工程設(shè)計(jì)圖紙以及現(xiàn)場檢測和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果綜合分析如下：被測框架梁裂縫系混凝土收縮及結(jié)構(gòu)受力共同作用引起，屬受力裂縫。部分裂縫的產(chǎn)生削弱了框架梁的承載能力，但裂縫開展寬度未超出GB 50292-2015標(biāo)準(zhǔn)允許限值，因此裂縫的產(chǎn)生尚未影響原結(jié)構(gòu)安全，但對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性和觀瞻有影響，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行有效處理。

4 裂縫處理方案

安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院根據(jù)上述鑒定結(jié)論針對(duì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象的框架梁出具了加固維修方案。此次混凝土梁加固方法為高延性混凝土修復(fù)，具體步驟：①對(duì)出現(xiàn)裂縫的混凝土梁進(jìn)行裂縫封閉處理；②鑿毛梁側(cè)和梁底表面混凝土，清理基層；③在梁底及梁側(cè)采用高延性混凝土分層壓抹面層。

根據(jù)該加固維修方案，此次框架梁裂縫修復(fù)采用Cd50級(jí)高延性混凝土。等效彎曲強(qiáng)度（28天）不小于5.0MPa，抗折強(qiáng)度（28天）不小于8.0MPa，抗壓強(qiáng)度（28天）不小于35MPa；等效彎曲強(qiáng)度（60天）不小于5.5MPa，抗折強(qiáng)度（60天）不小于10.0MPa，抗壓強(qiáng)度（60天）不小于50MPa。高延性混凝土的其他性能指標(biāo)應(yīng)符合《高延性混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（DB34/T 3469-2019）的有關(guān)要求。

5 框架梁加固修復(fù)施工

根據(jù)該加固維修方案，實(shí)際加固施工過程中需要重點(diǎn)關(guān)注新舊混凝土結(jié)合面處理，為增加新舊混凝土之間的結(jié)合能力，原構(gòu)件結(jié)合面應(yīng)進(jìn)行鑿毛處理，鑿去一切風(fēng)化酥松層、碳化銹裂層及嚴(yán)重油污層，直至完全露出堅(jiān)實(shí)的基層為止，并在此基礎(chǔ)上鑿毛，形成凹凸面，凹凸差≥4mm，然后用水沖干凈方能進(jìn)行下一步施工。加固施工過程中各流程見圖1～ 圖4。

圖1 對(duì)梁裂縫進(jìn)行封閉處理

圖2 鑿毛梁表面混凝土，清理基層

圖3 高延性混凝土分層壓抹面層

圖4 加固修復(fù)后外觀現(xiàn)狀

6 加固后的框架梁安全性檢測

加固完畢且達(dá)到齡期后，針對(duì)被測框架梁進(jìn)行安全性檢測。檢測前被測框架梁頂部基本平整，無找平層，修復(fù)后的梁表面未見開裂等異常。

檢驗(yàn)時(shí)在框架梁底部安裝三只百分表，其中兩只安裝在梁的兩端，一只安裝在梁的中央位置。采用百分表對(duì)被測框架梁各級(jí)加（卸）載后支座及跨中撓度變化情況進(jìn)行測量，并同時(shí)對(duì)框架梁是否出現(xiàn)新裂縫等異常情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

本次試驗(yàn)荷載按安全性檢驗(yàn)荷載取值，以均布荷載分級(jí)加載，加載共分為五級(jí)，卸載亦共分為五級(jí)。試驗(yàn)時(shí)室內(nèi)客廳板、被測框架梁、室外陽臺(tái)板上方同時(shí)開始均勻加、卸載。試驗(yàn)結(jié)果見表2～表3。

在安全性檢驗(yàn)荷載作用下，被測框架梁在縱向的實(shí)測撓度及全部卸載后彈性恢復(fù)、殘余撓度的檢測結(jié)果見表4，實(shí)測撓度與外加荷載關(guān)系圖見圖5～圖6。

二層頂3-6/B軸框架梁荷載試驗(yàn)結(jié)果匯總表 表2

二層頂24-27/B軸框架梁荷載試驗(yàn)結(jié)果匯總表 表3

框架梁撓度檢測結(jié)果匯總表 表4

在安全性檢驗(yàn)荷載作用下，被測框架梁的撓度實(shí)測值均小于相應(yīng)工況下的理論計(jì)算值；殘余撓度均小于最大撓度的20%。

在安全性檢驗(yàn)荷載作用下，被測框架梁的實(shí)測撓度與外加荷載基本呈線性關(guān)系。

在安全性檢驗(yàn)荷載作用下未發(fā)現(xiàn)被測框架梁達(dá)到GB/T 50152-2012規(guī)定的承載力檢驗(yàn)標(biāo)志，依據(jù)GB/T 50784-2013，受檢框架梁構(gòu)件可評(píng)定為安全性滿足要求。

圖5 二層頂3-6/B軸梁撓度-荷載圖

圖6 二層頂24-27/B軸梁撓度-荷載圖

7 結(jié)語

根據(jù)被測框架梁裂縫的檢測鑒定報(bào)告、加固維修方案、加固修復(fù)施工過程以及加固后的安全性檢測結(jié)果綜合分析：采用高延性混凝土修復(fù)不影響結(jié)構(gòu)安全的梁裂縫時(shí)，加固施工工藝簡單，易操作；修復(fù)后的梁構(gòu)件外觀與原混凝土面無較大區(qū)別，且因其具有高延性、高耐損傷能力的特點(diǎn)，后期使用過程中不易再次出現(xiàn)開裂現(xiàn)象；經(jīng)安全性荷載作用檢驗(yàn)，修復(fù)后的梁構(gòu)件可評(píng)定為安全性滿足要求。事實(shí)證明采用高延性混凝土修復(fù)不影響結(jié)構(gòu)安全的梁裂縫，方法可靠，效果良好，值得大力推廣。