受冻混凝土楼盖可靠性鉴定与加固研究

2010-06-19马国庆李乌江

河北建筑工程学院学报 2010年2期

马国庆李乌江

1.河北建筑工程学院;2.东营市众成地产有限公司

在我国北方地区的冬季施工过程中,往往会出现楼盖混凝土因养护不力引起的冻害现象,导致受弯构件刚度和承载能力下降,成为影响结构耐久性的重要因素之一.而此类楼盖大多采用拆除重做的方式处理,在经济和社会方面多有不利影响.本文结合某受冻混凝土楼盖实际工程,提出置换受压区混凝土并增设“暗梁”的方法,解决了新旧混凝土叠合板协同工作的问题,取得了良好的加固效果.

1 工程概况

某住宅楼主体结构形式为砖混结构,一、二层楼盖建筑面积800m2左右.混凝土楼盖的施工日期在2007年12月上旬.混凝土浇筑施工完毕后,由于养护不当导致混凝土受冻.现浇混凝土楼盖的设计强度等级为C20,混凝土板厚为100mm,板底受力钢筋为双向φ 8@150.该建筑楼盖结构平面示意图如图1所示.其中,双线表示240墙体,所示为混凝土构造柱,承重墙上设置圈梁.

图1 受冻混凝土楼盖平面示意图

2 结构现场勘测

2.1 混凝土受冻状态

现场勘察发现,楼盖混凝土构件表面有冰纹,且混凝土表面有颜色发白、不均匀等现象,表明混凝土表面在凝固前已受冻.采用回弹法对楼盖混凝土上层表面强度进行检测[1],混凝土表面强度推定值在10～12MPa之间,个别较差部位在10MPa以下,即未达到设计强度的50%.楼板及圈梁混凝土表面冻痕如图2中(a)、(b)所示.

图2 混凝土楼盖冻害现象

2.2 冻伤深度检测

现场钻取混凝土芯样对楼盖混凝土冻伤深度进行检测[2],混凝土冻伤深度在30mm～40mm之间.取芯现场多次发生芯样在芯筒内断裂甚至粉碎的现象.观察混凝土芯样发现,混凝土内部骨料砾石表面有明显的结冰痕迹,芯样上层敲击易碎,断面疏松,粗骨料或砂浆脱落,颜色略发白.以上现象表明,内部混凝土在凝结后但未取得足够强度时受冻,冰晶使混凝土内部结构严重受损,造成了不可恢复的强度损失.混凝土芯样上层多孔隙,且较大,混凝土板的抗渗性和耐久性都得不到保证.另外,现场勘察发现,混凝土圈梁的冻伤深度明显低于楼板冻伤深度,均在30mm以下.

3 混凝土板承载力计算[3][4]

取7～9/B～C轴线间板B作为计算单元,如图1中所示.按照双向板弹性理论进行抗弯承载力、刚度及挠度的验算,计算结果如表1、2所示.

表1 板B的抗弯承载力验算

表2 板B的刚度及挠度计算

通过前面的计算可知上述混凝土楼板刚度满足要求,根据现场勘测,混凝土板底实配钢筋为双向φ 8@150(即As=335mm2),受力钢筋的配置满足抗弯承载力的要求.计算所得板挠度值f=5.66mm＜14.4mm,亦满足挠度限值要求.但是,从耐久性的角度考虑,规范[5]规定受力构件的混凝土强度等级不应低于C20,而实测混凝土强度仅达到设计强度的50～60%,不满足要求,必须对混凝土楼板进行加固和耐久性处理.

4 加固处理方案

鉴于该工程混凝土的冻害损伤程度,为使加固板能够整体受力,决定采用整体式补强.即在原有钢筋混凝土板上面,经过处理再浇注一层钢筋混凝土板,使两层板合二为一成为一个整体,从而提高其承载力.具体施工方法如下:

1)凿除楼板顶部混凝土30mm厚,且保证凿面不平度大于5mm;

2)在板短边方向凿出间距500mm、宽度为80mm,深度30mm沟槽,形成断面尺寸为80mm×80mm的“暗梁”,内配2φ 14,箍筋为φ 6@200,作为剪力键,从而更好地传递剪力和拉力,增强新旧混凝土的整体性,保证其协同工作;

3)将凿面冲洗干净后,板上表面配φ 6@100双向钢筋网,重新浇筑强度等级为C30的细石混凝土50mm厚;浇注混凝土前,在旧混凝土结合面上涂刷水泥净浆,掺有107胶水或铝粉(为水泥重的0.2‰～0.5‰),作为混凝土界面剂;

4)在凿除混凝土时应进行有效的模板支撑,以承担施工期荷载,防止混凝土板开裂崩塌以及避免板底受拉钢筋处于高应力状态;

5)对于混凝土圈梁可采取相同的混凝土置换办法处理,凿除混凝土厚度为40mm,“暗梁”不再另设;

6)考虑耐久性的要求,在板底抹10mm厚耐久性砂浆抹面,耐久性砂浆的重量配比为:水泥∶砂子∶水∶聚醋酸乙烯=1∶2.5∶0.5∶0.05.

混凝土板处理方法及“暗梁”设置剖面如图3所示.

图3 混凝土板处理方法及“暗梁”设置示意图

5 加固效果分析

混凝土板受压区更换为C30细石混凝土,板厚增加20mm,暂不考虑暗梁中钢筋的作用,仍取1000mm宽板带,对加固后受拉钢筋进行应力计算,计算结果如表3所示.

表3 加固后板受拉钢筋应力验算

板y方向钢筋应力亦用上述方法计算,钢筋应力比为0.466.用表2方法对板刚度和挠度进行验算,均满足规范[5]要求,在此不再赘述.

值得指出的一点是,虽然在加固施工过程中对板进行了模板支护,在后浇层混凝土开始承力之前,原板底钢筋应力超前的现象是不可避免的[6];另外,在对板进行模板支撑后,板底钢筋受粘结因素的影响并不能完全恢复变形.因此,本文建议在加设“暗梁”的基础上,原板底钢筋应力不宜超过0.8fy,以保证加固完成的正常使用过程中,原板底钢筋应力不至于过高.对于支座处的原有钢筋处于受拉区,不存在钢筋应力超前现象,故不再进行应力验算.