淺談混凝土結(jié)構(gòu)加固方法與技術(shù)
2015-06-09
前言
隨著建筑結(jié)構(gòu)使用期限的增加，建筑物也逐漸出現(xiàn)功能性改變， 如接建、增加荷載等，或出現(xiàn)質(zhì)量問題，如配筋不足、災(zāi)后修補(bǔ)、混凝土強(qiáng)度不夠等，而要保證結(jié)構(gòu)的安全使用，必然結(jié)構(gòu)的加固就成為一項(xiàng)重要的工作。它可以使受到損害的結(jié)構(gòu)構(gòu)件恢復(fù)原有的結(jié)構(gòu)功能或在已有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上提高其結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力能力，以滿足新的使用條件下結(jié)構(gòu)功能的要求。優(yōu)秀的加固具有施工作業(yè)方便、施工技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)效果好、加固質(zhì)量高等方面的特點(diǎn)。 因此，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)加固方法和技術(shù)的研究及探討，已經(jīng)成為我國(guó)對(duì)現(xiàn)有建筑物實(shí)施管理的一項(xiàng)主要工作。
1. 客觀原因
在建筑施工中，比較傳統(tǒng)的加固施工方法就是加大截面法。該方法是在原有構(gòu)件表面新作鋼筋混凝土或鋼筋網(wǎng)砂漿層，用以增大原構(gòu)件的截面面積，達(dá)到提供結(jié)構(gòu)承載能力的目的。這種施工方法具有簡(jiǎn)單方便、施工面廣的特點(diǎn)，適用于多數(shù)建筑的混凝土加固。在進(jìn)行施工的過程中，在設(shè)計(jì)和施工方面必須解決好新加部分與原有部分的協(xié)調(diào)一致。在近年來的實(shí)踐中證明，加固結(jié)構(gòu)在受力的過程中，新舊混凝土的結(jié)合面會(huì)出現(xiàn)各種復(fù)雜的應(yīng)力，其中剪力和拉力是最主要的表現(xiàn)。受力的薄弱環(huán)節(jié)通常是新舊面的結(jié)合部分，一旦界面開裂，將導(dǎo)致新舊兩部分過早分離而單獨(dú)受力，降低結(jié)構(gòu)的整體剛度和承載能力，直接影響加固補(bǔ)強(qiáng)的效果。研究新舊混凝土界面的粘結(jié)性能，建立新的計(jì)算理論和方法，改進(jìn)新舊混凝土界面的粘結(jié)工藝做法，不僅有重要的工程應(yīng)用價(jià)值，而且對(duì)推動(dòng)建筑加固改造業(yè)的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
（1）植筋技術(shù)在加大截面法中的應(yīng)用
在我國(guó)的工程建設(shè)中，化學(xué)植筋作為一種后錨固連接技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，它是在已有混凝土構(gòu)件或構(gòu)件上，以適當(dāng)?shù)目讖胶蜕疃茹@孔，然后用化學(xué)膠粘劑一錨固較，將帶肋鋼筋或長(zhǎng)螺桿植入混凝土中，以達(dá)到與原結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠連接的目的?；瘜W(xué)植筋是利用化學(xué)膠粘劑的粘結(jié)力和鎖鍵作用使植筋與混凝土牢固粘結(jié)，使作用在植筋上的力通過化學(xué)膠粘劑傳遞到已有的結(jié)構(gòu)上。工藝簡(jiǎn)單、錨固快捷、安全可靠是化學(xué)植筋優(yōu)點(diǎn)，因而在結(jié)構(gòu)加固、補(bǔ)強(qiáng)、新舊構(gòu)件連接、補(bǔ)埋鋼筋、后埋鋼構(gòu)件等方面得到了廣泛的應(yīng)用。
?。?）植筋的設(shè)計(jì)與施工
錨固較、錨筋、混凝土基材是植筋的主要材料。通常情況下，植筋破壞的情況主要有以下幾種：植筋周圍混凝土錐體在較大的邊距和中距情況下遭到破壞；植筋與混凝土連接部位的粘結(jié)破壞；植筋拉斷或者剪斷；植筋周圍混凝土劈裂在較小的邊距情況下破壞。
2.常規(guī)加固方法
?。?）加大截面法
加大截面就是在原構(gòu)件的表面澆一層新的混凝土并補(bǔ)加鋼筋，達(dá)到提高建筑物構(gòu)件承載能力的目的。使用這種方法時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)與新混凝土接觸的表面鑿毛，并且每隔一定距離要鑿槽，在新澆混凝土層中加配箍筋及鋼筋。新澆混凝土的強(qiáng)度等級(jí)比原混凝土強(qiáng)度高一級(jí)，石子最大粒徑不宜超過新澆混凝土最小厚度的一半及鋼筋最小間距距3/4。加固配筋采用鋼筋，必要時(shí)再用角鋼或鋼板。根據(jù)混凝土的結(jié)合情況，加大后的截面分為新舊混凝土截面獨(dú)立工作和整體工作兩種情況。此法的優(yōu)點(diǎn)是容易施工，適用范圍廣。缺點(diǎn)是相比較而言操作現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)工作量大，養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，且嵌入的鋼筋銹蝕和混凝土劣化的質(zhì)量是存在很大問題的。
（2）灌漿加固法
當(dāng)混凝土建筑物由于本身有裂縫，需要對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，此時(shí)可進(jìn)行灌漿加固，一般采用密封劑灌漿及結(jié)構(gòu)粘合劑加固修補(bǔ)，在不影響生產(chǎn)使用的情況下可以達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)度，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的適用壽命，施工快捷方面，不需要大型機(jī)械作業(yè)，加固效果安全可靠?？筛鶕?jù)裂縫情況、灌入狀況來調(diào)整壓力，細(xì)微裂縫均可修補(bǔ)，可以直接用眼觀察來控制灌入量。適用于工業(yè)民用交通建筑，橋梁、隧道、堤壩等。
3.新型加固方法設(shè)計(jì)
（1）繞絲加固法
繞絲加固法就是根據(jù)混凝土三向受力可以將其單軸抗壓強(qiáng)度大幅提高，對(duì)于受壓柱可使用Φ4退火鋼絲橫向纏繞構(gòu)件，將其強(qiáng)度大幅度提升。根據(jù)梁的受剪區(qū)斜向箍筋受力相比較豎向箍筋受力較為優(yōu)越的道理，可以在梁外進(jìn)行豎向繞筋或者斜向繞筋，將其抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步提高。正常情況下，使用Φ4 冷拔鋼絲退火后在進(jìn)行繞絲，間距在5～40mm之間。
（2）鋼筋粘貼加固法
鋼筋粘貼加固法就是將鋼筋粘貼在混凝土構(gòu)件原有配筋表面也可將其粘貼在混凝土內(nèi)部的一種加固方法。當(dāng)混凝土構(gòu)件鋼筋保護(hù)層發(fā)生脫落，脹裂或被腐蝕破壞的現(xiàn)象時(shí)，可直接將加固鋼筋粘貼在原有混凝土構(gòu)件配筋表面；如果當(dāng)保護(hù)層混凝土比較完好或原配筋位置不易測(cè)準(zhǔn)時(shí)，可在混凝土構(gòu)件的表面切1~ 2.5 cm 的縫或槽，將鋼筋粘貼在縫內(nèi)或槽內(nèi)，以達(dá)到預(yù)期的效果。通過結(jié)構(gòu)粘接劑傳遞應(yīng)力是粘筋加固的主要途徑。粘筋加固具有以下特點(diǎn)：① 混凝土原構(gòu)件的截面外形尺寸和自重在加固后并沒有增大；②加固鋼筋與原有配筋距離較近協(xié)調(diào)性能好；③對(duì)原混凝土構(gòu)件的損傷較小。該方法主要適用于：①混凝土原構(gòu)件出現(xiàn)碳化、腐蝕、銹蝕比較嚴(yán)重的現(xiàn)象；②因荷載改變從而使原配筋受影響而不能滿足受力要求；③原混凝土構(gòu)件配筋位置不當(dāng)。
?。?）聚合物浸漬法
聚合物浸漬法就是以普通混凝土為基材，添加有機(jī)單位為浸漬液滲入混凝土內(nèi)部并且聚合而成的一種復(fù)合型的加固材料。聚合物浸漬混凝土可將混凝土基材的性能進(jìn)行有效的改善，可將其強(qiáng)度增加到原有的幾倍，同時(shí)將其抗?jié)B性與耐化學(xué)腐蝕性也提高了幾倍。該方法使用過程中由于有機(jī)單體滲入混凝土內(nèi)部，并且聚合后將混凝土原有的空隙填滿，使混凝土的微觀力學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大幅度的提高。聚合物浸漬混凝土加固技術(shù)應(yīng)該歸屬于化學(xué)加固技術(shù)，該方法具有：①在加固過程中對(duì)原混凝土構(gòu)件無任何損傷，其承載力無任何衰弱現(xiàn)象，極為安全可靠；②由于加固材料是滲入混凝土內(nèi)部的，所以無任何應(yīng)力滯后問題；③原構(gòu)件外形尺寸無任何改變。
?。?）碳纖維加固法
碳纖維加固法修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)所用材料主要需要兩種：碳纖維材料與粘貼用樹脂。該方法的優(yōu)點(diǎn)為：① 高強(qiáng)度、高效率，可以將混凝土構(gòu)件的承載力和延性提高數(shù)倍；②工效高并且施工便捷，沒有濕作業(yè)；③耐腐蝕性及耐久性比較強(qiáng)，常溫的酸、堿、鹽對(duì)其無任何影響；④在不改變結(jié)構(gòu)尺寸及外觀的狀態(tài)下，適用面非常廣；⑤可以高效保證施工質(zhì)量；⑥自重量小。缺點(diǎn)為：①在施工規(guī)范及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上缺少可行性依據(jù)；②對(duì)施工人員的技術(shù)要求比較高。
3. 結(jié)語
我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，按照混凝土結(jié)構(gòu)老化的規(guī)律，我國(guó)需要加固的結(jié)構(gòu)逐年增多，，在實(shí)際工程中，遇到加固混凝土結(jié)構(gòu)的問題，需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)部位，不同的使用要求，來進(jìn)行加固方法的選擇以及加固方案的具體設(shè)計(jì)。隨著建筑科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新型建筑材料不斷出現(xiàn)，更好的加固方法將會(huì)有更大拓展，因此加固方法的選擇范圍也將具有更為廣泛的空間。
