聚合物砂浆加固密肋空心砖楼板试验研究

2015-12-05李军华刘刚武启明

天津建设科技 2015年2期

□文/李军华刘刚武启明

聚合物砂浆加固密肋空心砖楼板试验研究

□文/李军华刘刚武启明

文章针对密肋空心砖楼板不同的结构损坏情况，提出加固方案并进行现场荷载试验研究。通过试验研究表明，后抹聚合物砂浆与原肋梁混凝土粘结效果好，能有效阻止加固后密肋空心砖楼板开裂；通长更换或局部更换钢筋能够在荷载作用下有效传力，加固方案对密肋空心砖楼板的承载力及刚度均有所提高。

密肋空心砖楼板；聚合物砂浆；加固；试验

天津历史风貌及文物建筑部分采用密肋空心砖楼板。密肋空心砖楼板是由一层较薄的钢筋混凝土板或混凝土板与密集的钢筋混凝土肋梁及肋梁间填充的空心砖组成。肋梁间填充的空心砖既能作为上部（钢筋）混凝土板及肋梁的模板又能达到建筑上的隔音与隔热要求。

目前，上述建筑部分密肋空心砖楼板存在不同程度的结构损坏情况，主要为肋梁底部混凝土保护层剥落、钢筋外露、锈蚀等现象。传统加固修复方法对历史风貌及文物建筑密肋空心砖楼板的破坏程度较大、甚至需要替换原有构件，而且施工工程量大、费用较高。本文对聚合物砂浆加固密肋空心砖楼板的方法进行现场荷载试验研究。

1　试验方案

1.1试验区域选择

天津市科学技术协会办公楼（原东莱银行，天津市文物保护单位，重点保护历史风貌建筑），为主体3层、带半地下室混合结构办公楼，零层、首层楼盖、二层部分楼盖、三层屋盖均采用现浇钢筋混凝土密肋空心砖楼盖结构。现该建筑零层至三层密肋空心砖楼（屋）盖板普遍出现肋梁底部钢筋混凝土保护层及空心砖开裂、脱落及肋梁底部受力钢筋严重锈蚀等结构损坏现象，已严重影响密肋空心砖楼（屋）盖板的正常使用。

结合该建筑密肋空心砖楼盖板现状结构损坏情况及现场实际情况，选取零层2～4轴、C～D轴区域楼盖板进行现场荷载试验。试验区域范围内共存在7根肋梁（不包括边肋），楼盖板净宽约为2 260 mm，跨度为4200mm，净跨约为3700mm。肋梁中心距约为300 mm，肋梁宽度介于60～75 mm，肋梁净高约为100 mm，其上钢筋混凝土楼板厚度约为70mm。每个肋梁底部均配有1根直径为16mm的竹节钢筋。试验区域密肋空心砖楼板见图1。

图1　试验区域密肋空心砖楼板剖面

将试验区域楼盖上的装修及抹灰层剔除。采用混凝土切割机沿肋梁设置方向并于肋梁中间切割宽度约为5 mm的纵向贯通缝，将试验区域分为试验板带1、试验板带2。每个试验板带均由3个肋梁、肋梁之间的空心砖及肋梁上部钢筋混凝土板组成，试验板带宽度约为900mm。零层楼板试验区域切割情况见图2。

图2　零层楼板试验区域切割情况

1.2加固方案

试验板带1通长更换肋梁底部原有1根直径16 mm的竹节钢筋为1根H RB400级直径为16 mm的钢筋，为加强通长更换钢筋的锚固，在肋梁端部墙体剔凿120 mm（平行于肋梁方向）×60mm（垂直于肋梁方向）×60 mm（高度方向），将通长钢筋弯折90°后锚入支座120 mm并采用C35级灌浆料浇筑密实。沿肋梁方向设置剪力销φ6 mm@500 mm（200 mm），剪力销从原肋梁底面算起植筋深度为120 mm，植筋采用改性环氧类A级结构胶粘剂。通长钢筋更换完毕后在肋梁底部压抹I级聚合物砂浆。试验板带1加固方案见图3。

试验板带2局部更换支座附近存在混凝土保护层剥落及钢筋锈蚀现象区域肋梁底部原有直径16 mm的竹节钢筋为H RB400级直径为16 mm的钢筋。局部更换钢筋与原有钢筋采用双面焊接连接，搭接长度为100 mm，其他构造同试验板带1。试验板带2加固方案见图4。

图3　试验板带1加固方案

图4　试验板带2加固方案

1.3加载方案

采用砂袋对试验板带进行加载，每级荷载均为8袋50 kg（共400 kg，等效为1.2 kN/m2的均布荷载）的砂袋。砂袋分层码放。每级荷载加载或卸载完成后均静停15min，加载全部完成后静停12h。试验板带加固施工完成28d后进行加固后的现场荷载试验。试验板带加载1加固前加载至第五级荷载（6.0 kN/m2），试验板带1、2加固后均加载至第七级荷载（8.4kN/m2）。

1.4量测方案

采用位移计对加载及卸载过程中试验板带的挠度进行测量。试验板带1及试验板带2均在3个肋梁底部支座及跨中分别布置1个位移计，中间肋梁底部两侧1/3跨分别布置一个位移计。

采用电阻应变片对加载及卸载过程中试验板带肋梁底部原有钢筋、通长更换或局部更换受力钢筋的应变进行测量。试验板带电阻应变片布置见图5。

图5　试验板带应变片布置

2　材料强度检测情况

现场截取试验板带肋梁底部原有竹节钢筋，对其进行抗拉试验，试验结果见表1。由表1可见，试验板带肋梁底部原有竹节钢筋材料性能指标接近于H PB235级钢筋。

表1　钢筋试验情况MPa

依据JG/T289—2010《混凝土结构加固用聚合物砂浆》、GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》对该聚合物砂浆的抗压强度、抗折强度进行试验，试验试块抗压强度分别为40.4、40.3、43.6 MPa，抗折强度分别为8.1、8.6、7.5MPa。

对聚合物砂浆与肋梁混凝土的粘结强度进行检测，试验结果表明，聚合物砂浆与肋梁混凝土粘结强度主要介于1.01～1.19MPa，个别为1.54、1.93MPa。

3　试验结果

3.1试验现象

1）试验板带1加固前。第二级荷载（2.4 kN/m2）加载完成后西侧边肋距C轴支座0.5 m处出现剪切斜裂缝，最大裂缝宽度为3 mm，裂缝长度为0.3 m（以下称为1号裂缝）；东侧边肋距D轴支座0.3 m处剪切裂缝，最大裂缝宽度为2 mm，裂缝长度为0.3 m（以下称为2号裂缝）；东侧边肋距C轴支座1.2m处剪切裂缝，最大裂缝宽度1.5mm，裂缝长度0.3m；第四级荷载（4.8 kN/m2）加载完成西侧边肋跨中掉小空心砖砖块、掉渣；第五级荷载（6.0kN/m2）加载完成后板底掉渣明显，1号裂缝最大裂缝宽度为4mm。静停12h后，1号裂缝向支座延伸0.7 m，最大裂缝宽度为0.3 mm；2号裂缝长度为0.5 m；西侧边肋D轴支座处出现剪切斜裂缝，最大裂缝宽度为2 mm，裂缝长度为0.9 m。试验板带1加固前荷载试验现象详见图9a。由试验现象可见，密肋空心砖楼板加固前肋梁内未配置抗剪钢筋，在较大荷载作用下易产生剪切裂缝。

2）试验板带1加固后。试验板带1加固后荷载试验加载及卸载过程中肋梁混凝土及后抹聚合砂浆无开裂及剥落现象，试验板带1加固前荷载试验肋梁出现的裂缝也未发展。试验板带1加固后荷载试验现象见图9b。

3）试验板带2加固后。第三级荷载（3.6 kN/m2）加载完成后西侧小肋靠C轴支座处肋梁出现沿钢筋铺设方向混凝土开裂现象，最大裂缝宽度为0.25 mm，裂缝长度为0.45 m；第四级荷载（4.8 kN/m2）加载完成后中间肋梁跨中底部混凝土沿钢筋铺设方向出现开裂现象，最大裂缝宽度为0.2mm，裂缝长度为0.1m。

3.2荷载-挠度曲线

试验板带荷载-跨中挠度曲线见图6，图6括号内荷载等级适用于试验板带1加固前的情况。由图10可见，对于试验板带1加固前后而言，第一级荷载（1.2 kN/m2）加载至第四级（4.8 kN/m2）的荷载-跨中挠度曲线呈直线且基本一致，表明试验板带1处于弹性阶段且加固前后刚度基本一致；加载至第五级荷载（6.0 kN/m2）时，试验板带1加固前后的跨中挠度分别为3.43、3.02 mm，试验板带1加固后跨中挠度比加固前降低了12%，表明试验板带1加固后的刚度有所提高。

对于试验板带1加固后与试验板带2加固后而言，整个加载过程中，试验板带2加固后的跨中挠度均明显小于试验板带1加固后的跨中挠度，加载过程中试验板带2加固后的跨中挠度比试验板带1加固后分别降低了43.2%～55.3%，表明试验板带2加固后的刚度较试验板带1加固后有明显提高，原因是试验板带1加固时通长更换的钢筋与肋梁混凝土的粘结力较试验板带2未更换钢筋区域的粘结力有所降低，试验板带1加固后的通长更换钢筋与肋梁混凝土的共同作用效果较试验板带2加固后有所下降，进而影响了试验板带1加固后的刚度。

图6　试验板带荷载-跨中挠度曲线

3.3钢筋应变

试验板带荷载试验肋梁底部受力钢筋应变变化情况见图7。由图7可见，加载过程中，试验板带跨中肋梁底部受力钢筋一直处于受拉状态且应变逐级增大，表明加固后通长或局部更换钢筋能够有效传力；试验板带1加固后及试验板带2加固后支座附近处的肋梁底部纵向钢筋在加载及卸载过程中一直处于受压状态，表明支座对楼板的约束作用较强。