混凝土结构加固方法的研究与讨论

周继和 周佳

(1:吉林省德惠市市政管理处，德惠130300;2:吉林建筑工程学院人事处，长春130118)

0 引言

混凝土材料具有耐久性强、耐火性高、可模性好、适应性广等特点，已被广泛地应用在各类建筑结构中.目前通过对各类混凝土结构的长期观测发现，随着混凝土结构使用期限的增长，结构出现较大的病害与损失，导致混凝土结构在某些使用功能上发生了较大的改变，存在设计标准低、结构老化问题明显和长期使用后结构功能的逐渐减弱引起的结构安全等问题，已引起了人们的关注.近代建筑业的发展大致可分为大规模新建、新建与维修改造并重、现代化改造和维修加固为重点的三个时期［1］.混凝土建筑的维修、加固这一课题已经是全球性的问题，世界各国给予了的极大关注［2］.因此，采用科学、经济合理的结构加固技术更为重要，针对不同的结构选用最为合理的加固方法对于保证混凝土结构的健康，防止结构灾害的发生是十分必要和有意义的.因此，本文探讨了几种混凝土结构常见的病害及加固方法，并指出了各种加固方法的优缺点和实用范围，为实际的混凝土结构加固起到相应的指导作用.

1 混凝土结构常见的病害

通过对实际工程的长期使用发现，由于混凝土结构设计不当所带来的缺陷、施工时质量控制不严、自然灾害或结构老化等原因，均会导致混凝土结构在使用过程中出现病害.如果对这些病害不进行处理而是继续使用受力时，这些病害部位将会出现应力集中而发生破坏，影响到整个结构的安全，甚至造成重大的安全事故.混凝土结构常见的病害主要分为以下几种:

(1)露筋.在灌筑混凝土时，钢筋保护层太小或垫块漏放，致使钢筋紧贴模板外露;结构构件截面小，钢筋过密，碎石卡在钢筋上，使水泥砂浆不能充满钢筋周围，造成露筋;或者混凝土配合比不当，产生离折，靠模板部位缺浆或模板漏浆;

(2)强度不够，材料均匀程度差.施工中使用的水泥过期或受潮，导致活性降低;或者砂、石集料级配不好，含泥量大，杂物多，以及外加剂掺量不准确，混凝土配合比不当等因素都会导致此种结构构造的不足.因此，在施工过程中不允许混凝土加料顺序颠倒，搅拌必须要充分.冬期施工时，不允许拆模过早或早期受冻.在同条件养护时，不允许早期脱水或受外力破坏，使同批次混凝土试块的抗压强度平均值低于设计要求强度等级;

(3)麻面.混凝土麻面是由于水分大造成的漏浆、模板表面不光滑或模板未刷脱模剂以及拆模过早造成的混凝土表面不平整现象，一般不至于暴露钢筋.主要原因是由于模板表面粗糙率大或粘附在模板上的杂物清理不干净，使拆模时的混凝土表面被粘坏;或者模板未浇水湿润或充分湿润不够，混凝土构件表面的混凝土水分被模板吸收，使混凝土失水过多进而出现麻面，有时模板间存在较大的缝隙，沿缝隙处发生漏浆;

(4)蜂窝.混凝土蜂窝是指振捣不足、内部气泡太多或水分大离析造成的内部蜂窝状空洞，表面有露筋现象.主要是由于混凝土配合比差，砂、碎石及水泥材料加水量计量不准，造成砂浆少、碎石多;混凝土不均匀搅拌时间短，导致和易性差，振捣不密实或漏振，或振捣时间短，或者下料不当或过高，使碎石不能集中，造成碎石砂浆离析，混凝土未分层下料，振捣不实，模板缝隙未堵严，水泥浆流失;钢筋较密，使用的碎石粒径过大或坍落度过小;基础、柱、墙根部未稍加间歇就继续灌筑上层混凝土等原因，均可导致混凝土结构局部出现酥松、砂浆少、碎石多、碎石之间形成空隙类似蜂窝状的窟窿;

(5)缺棱掉角.此种病害主要是由于浇筑混凝土时采用木质模板，由于木模板未充分湿润，同时混凝土后期养护又不好，造成脱水，强度低或模板吸水膨胀将边角拉裂;或者在冬季低温施工时，过早拆除了侧面非承重模板棱角被粘掉.因此在拆模时，尽量避免边角受外力或重物撞击，使用模板时需要均匀地涂刷隔离剂以避免此种病害的发生;

(6)孔洞.孔洞是由于在钢筋较密的部位或预留孔洞和埋件处，混凝上下料被隔住，未振捣就继续浇筑上层混凝土所导致.其中混凝土的离析，砂浆分离，碎石成堆，严重跑浆，又未进行振捣也会形成孔洞.如果混凝土一次下料过多、过厚、过高，同时振捣器振动不到位，则会形成松散孔洞;如果在混凝土浇筑过程中掉入了木块、泥块等杂物，混凝土被卡住等原因，也会使混凝土结构内部有尺寸较大的空隙，局部没有混凝土或蜂窝特别大，钢筋局部或全部裸露.

2 常用的混凝土结构加固修补方法

根据目前常用的加固方法，可以将其分成如下几类:

(1)加大截面法.该方法主要通过增加旧结构的横截面面积来提高或者改善结构的承载力性能，适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固.该施工工艺简单、适应性强，有较成熟的设计和施工经验等特点，但现场施工的湿作业时间长，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小;

(2)置换混凝土法.该方法是将有缺陷的混凝土材料换除，其加固后的结构不影响建筑物的净空，但存在施工的湿作业时间长的缺点.适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固;

(3)外包型钢法.该加固方法是在混凝土表面安装型钢，加固后的结构受力可靠，同时施工简便、现场工作量较小，但用钢量较大，适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸的结构，但又需要大幅提高其承载能力的混凝土结构;

(4)粘贴钢板法.该方法将钢板通过结构胶粘贴在混凝土表面，其施工快速、现场无湿作业，对生产和生活影响小，且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响，但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平.适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固;

(5)粘贴碳纤维法.该方法将高强碳纤维材料粘贴在结构的表面，除与粘贴钢板有相似的优点外，还具有耐腐蚀、耐潮湿、耐用、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点，但需要专门的防火处理.适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物;

(6)预应力加固法.该方法是对原有结构施加预应力，降低被加固构件的应力水平，不仅使加固效果好，而且还能较大幅度地提高结构整体承载力，但加固后对原结构外观有一定影响.适用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固;

(7)植筋加固法.此方法采用结构胶将钢筋植入原有结构中，增加原有结构内部的配筋率，并完成简捷、有效的连接与锚固技术，在植筋过程中可植入普通钢筋，也可植入螺栓式锚筋.此方法可以针对在施工中漏埋钢筋或钢筋偏离设计位置，以及构件加大截面后加固所需要的补筋;上部结构扩跨、顶升对梁、柱的接长，房屋加层接柱和高层建筑增设剪力墙的植筋等需要;

(8)裂缝修补法.此方法针对混凝土裂缝的起因、性状和大小，采用封护方法进行修补，避免结构因开裂导致使用功能和耐久性降低，并得以恢复的加固方法.该方法适用于已有混凝土结构中各类裂缝的修补工作，但对受力裂缝除修补外，还要采用相应的加固措施;

(9)混凝土表面处理法.此修补加固法指采用化学、机械、喷砂、真空吸尘及射水等方法清理混凝土表面污痕、油迹、残渣，以及其它附着物的专门技术;

(10)混凝土表层密封法.此方法指采用柔性密封剂充填、聚合物灌浆、涂膜等方法对混凝土进行防水、防潮和防裂处理的技术;

(11)增加支承加固法.该方法通过增加新的支撑结构来改变原有结构的构造，此方法加固简单可靠，但易损害建筑物的原貌和使用功能，并可能减小使用空间.适用于具体条件的混凝土结构加固.

3 结构加固改造工程加固方案的选择

结构加固应遵守“方案制定的总体效应原则”、荷载取值和承载力验算的基本原则有“材料的选用和取值原则”、“与抗震设防结合的原则”、“结构加固方案应技术可靠、方便施工原则”、“经济合理，减少对原有建筑损伤原则”以及“其他原则’，等基本原则［3］，具体如下:

在进行具体的加固设计之前，必须先进行加固方案的选择.因为加固方案的优劣，将直接影响加固设计所达到的效果.确定加固方案，首先要有完善的检测数据及必要设计依据，在方案设计时应充分考虑加固方法的技术要求以及施工过程中各要素之间的关系;其次，加固部分和原有结构之间存在一个时间差的问题，应对原有构件的剩余寿命进行检测与评估，使加固部分的使用寿命与原建筑相匹配;再次，工程结构加固过程中往往问题复杂，涉及诸多因素，在影响结构加固方案优劣的因素中，有些因素可得到定量值，而由于实际问题的复杂性及客观存在的模糊性，有些因素则较难得到定量值，设计人员应对此加以考虑，给出合理的估计和评判.

在进行加固设计时，如原有结构的材料种类、性能与原设计相一致，则按原有设计取值计算.当原结构无材料强度资料时，则需要进行现场材料强度的检测与实测，然后再结合现有的规范进行取值.加固材料的选用要求:加固结构所用钢材应选用I级或II级钢;混凝土强度等级要比原结构的混凝土强度等级高一级，且加固上部结构构件的混凝土强度等级不应低于C20，加固混凝土中不应掺入火山灰、粉煤灰和高炉矿渣等混和材料，在选用粘结材料或化学灌浆料时，要求材料的粘结强度应高于被粘结结构混凝土的抗拉强度和抗剪强度，并检验其与混凝土间的粘结强度.

4 结语

目前，关于混凝土结构加固的方法有很多，每种方法都有一定的使用条件，各有利弊.在进行结构加固与改造的过程中，应对建筑物的使用情况做详细的调查，对原有建筑物的结构性能进行鉴定和检查，在此基础上，分析病害产生的原因及种类，然后再确定最为合适的加固方案与加固方法.加固方法的选择，应综合考虑到加固前的鉴定结果和改进意见，以及加固后的改善效果和经济投入、工期、施工方便性等方面的因素.

［1］张益多，刘荣桂.混凝土结构加固技术研究及应用综述［J］.江苏大学学报，2003(6):2-6.

［2］刘凌云.混凝土结构加固技术研究及工程实践［D］.郑州:郑州大学，2010.

［3］卫龙武，吕志涛，郭彤.建筑物评估、加固和改造［M］.江苏:江苏科学技术出版社，2006:7-54.

［4］和铭新.加大截面法在加固工程中的应用［J］.中国水运，2007，7(11):118-119.

［5］陈华茂.钢筋混凝土梁高效预应力加固工程实例［J］.江西测绘，2006，66(4):60-61.

［6］赵海东，杨金贤.FRP复合材料在砌体结构加固中的实践应用［J］.四川建筑科学研究，2011，37(2):107-110.

［7］许淳.碳纤维加固钢筋混凝土梁的试验研究［J］.试验技术与试验机，2006，46(1).39-41.