浅谈混凝土结构的改造与加固

林晓伟 刘 娜 帅同彬

2008年5月12日14时28分汶川发生8.0级地震。地震涉及四川、甘肃、重庆、云南、陕西、宁夏 6个省(自治区、直辖市)。汶川地震人员伤亡、经济损失都极其严重,建筑物都有不同程度的破坏,恢复重建过程遇到以下几个问题:1)新修订的抗震设计规范将很多地震灾区的抗震设防烈度提高,原有建筑物抗震等级较低;2)20世纪50年代～60年代建造的房屋已接近或超过设计使用年限,结构安全度下降,需要经过抗震鉴定,对不满足的建筑结构需进行加固处理。对于需要加固的混凝土结构,应根据结构的不同情况制定不同的加固方案。

目前我们采用的主要加固方法均为改善和提高结构构件性能的加固方法,主要有植筋、粘碳纤维复合材料、粘钢加固、喷射混凝土扩大混凝土截面、混凝土裂缝压力注胶修补等。

1 植筋

植筋,即钢筋的后生根技术。作为钢筋锚固用的化学材料,必须采用专门配制的改性环氧树脂或改性乙烯基酯类胶粘剂。胶粘剂作用机理较为复杂,可简化理解是由钢筋与胶粘剂、胶粘剂与混凝土之间的粘结力共同作用产生的锚固力,来达到整体(钢筋与混凝土)受力的目的。锚固力包含:胶粘剂与钢筋表面的粘结力、胶粘剂与混凝土界面的粘结力、胶粘剂自身胶结力、各介质之间的摩阻力等。

通过对锚固钢筋抗拉力值的检测,其主要破坏形式有以下三种:1)钢筋破坏:在锚固深度不小于建议锚固深度时,锚固胶粘剂及锚固质量为合格;2)胶体破坏:表现形式为钢筋与胶体脱离、胶体与基材脱离,多发生于锚固深度小于建议锚固深度,且后者多发生于前者;3)基材破坏:在不同锚固深度下均可发生,与基材强度有直接关系。从破坏形式可判定材料整体性能及施工质量是否合格。

2 粘碳纤维复合材料、粘钢加固

这是一种在混凝土四周包以碳纤维复合材料、型钢、钢板从而提高构件性能的加固方法。当混凝土结构的抗弯、抗剪承载力不够或建筑抗震达不到要求时,都可以采用在混凝土结构外面粘贴碳纤维布(板)或型钢(板)的方法进行补强。它可以在不增大构件截面及自重的情况下提高构件的承载力,增强结构的刚度与延性。这种方法具有施工工期短的优点,但是粘钢加固的方法用钢量较大,费用较高。

对混凝土构件,外包钢加固有干式和湿式两种:湿式外包钢法要求钢材与原有构件间采用乳胶水泥、环氧树脂等粘结,使新旧材料间有较好的协同工作能力。干式外包钢法与原有构件无连接,施工简单,新旧材料间协同工作能力较差。

碳纤维片材、板材具有质量轻、施工便捷、不增加构件截面积、强度高、耐腐防锈等优点,但是碳纤维片材、板材易老化,采用本方法加固时会受环境的限制,一般不得直接暴露于阳光或有害介质中,如果长期使用的环境温度超过60℃,应采取有效的防护措施。

3 喷射混凝土扩大混凝土截面

这是一种用与原有构件相同材料增大结构构件截面提高结构承载力的方法。其优点是结构的刚性提高较多且施工成本较低,缺点是增大了原结构的自重,减小了建筑物的使用空间。增大截面的混凝土层通常较薄,采用一般的混凝土施工方法很难做到混凝土自身密实,也很难达到和原有混凝土面结合牢固,因此经常使用喷射混凝土的方法。喷射混凝土具有以下特点:建筑物加固时,常采用在结构(梁、柱、板、墙)表面增加一层钢筋混凝土扩大原有结构的截面积来提高承载力。由于喷射混凝土粘结性强,有较高的强度,故与原有结构面粘结牢固,达到共同承载的目的。

4 混凝土裂缝压力化学灌浆和水泥灌浆修补

这是一种用压送设备将化学浆液和水泥浆液灌入构件裂缝中从而实现堵漏、补强目的的加固方法,可以恢复开裂构件的整体承载力。小裂缝适用于化学灌浆,较粗裂缝适用于水泥灌浆。这种方法操作简单,费用较低,但是需要专业设备和专业的施工队伍。

5 预应力加固法

这是一种在构件外部用无粘结预应力钢拉杆加固构件的方法,它可以在基本不影响建筑物使用空间的条件下,提高构件承载力,减小挠度变形,对大跨度结构加固效果较好。

6 结语

在结构改造时经常要拆除混凝土的某些部分,也可使用无振动的静态切割的方法。此外体外预应力法及隔震、消震法也是工程中经常用到的施工方法,这些方法均属加固改造的常用方法。本文仅对结构加固常用的几种方法进行简单的介绍。应根据具体情况从结构整体考虑制定加固方案。加固设计中尽可能保留和利用原有构件,减少不必要的更换和拆除,应考虑工作加固应力,以及新旧材料协同工作的程度,实现抗震加固的安全、经济、合理、有效。

[1] GB 50367-2006,混凝土结构加固设计规范[S].

[2] CECS 146∶2003,碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[S].

[3] 佟 舟.碳纤维加固钢筋混凝土施工技术[J].山西建筑,2008,34(5):94-95.

[4] 周新钢,司伟建.钢筋混凝土植筋锚固构件受低周反复荷载作用的恢复力特性[J].建筑结构,2002(8):21-22.