预张紧钢丝绳网片-聚合物砂浆面层法加固密肋板的应用*

苏冠兴 董卫东 孙勇 王宪玲

（1.江苏苏科结构设计事务所有限公司 南京210008；2.江苏省苏科建设技术发展有限公司南京210008；3.江苏省建筑科学研究院院有限公司 南京210008）

引言

密肋板是指为了增加板的刚度，减小板跨，降低板厚，在板底增设小梁，配筋后浇注的钢筋混凝土板。《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）［1］中规定了密肋楼盖面板的最小厚度为50mm，肋高最小为250mm。20世纪五六十年代，由于社会经济水平有限，为了节省成本，在一些工业及民用建筑中使用了密肋板，目前部分建筑仍在使用中，其使用年限超过了建筑结构的设计使用年限。密肋板产生了混凝土碳化深度过大、钢筋局部锈蚀、混凝土酥松脱落等问题。预张紧钢丝绳网片-聚合物砂浆面层法是一种新型的结构加固工艺，在加固工程中的应用越来越广泛，《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367-2013）［2］详细规定了其计算方法、构造措施等内容，是值得推广应用的加固技术。预张紧钢丝绳网片-聚合物砂浆面层法是指在结构构件表面布置预张拉的钢丝绳，钢丝绳张拉完毕后表面粉刷聚合物砂浆，使聚合物砂浆与预张紧的钢丝绳协同工作。在钢丝绳安装过程中进行预张紧，张拉力必须达到一个比较高的水平，不仅给加固构件提供一定的预应力，使构件受力性能明显改善，而且使得加固构件在开始受力时，钢丝绳能够立即受力参与工作，从而保证加固材料与被加固构件良好的协同工作效果。本文主要分析预张紧钢丝绳网片-聚合物砂浆面层法的技术优势，及其对加固密肋板楼盖的适用性和经济性，并在实际工程中应用。

1 加固方法适用性分析

1.1 密肋板楼盖现状

密肋板楼盖具有跨度小、板厚薄、小梁多等特点，并能节省混凝土及钢筋用量，在20世纪五六十年代有着广泛应用。大部分采用密肋板楼盖的建筑已经超过了设计使用年限，因密肋板楼盖板厚较小，梁的宽度及高度较小，其保护层厚度较小，长期使用后，混凝土碳化深度较大，在达到设计使用年限时，一般会影响钢筋性能，产生钢筋锈蚀等情况。同时因当时混凝土强度低、浇筑质量差，长时间使用且使用环境差，混凝土容易产生酥松、脱落等情况，更加速了钢筋的锈蚀。同时，按照当时的设计规范活荷载小，一般小于1.5kN／m2，而现行荷载规范［3］要求的活载最小为2.0kN／m2；同时现在的装修恒载也比当时建造时大，其承载力已经不能满足现在的使用要求。

因此，综合设计使用年限、钢筋及混凝土现状、现在的使用要求等方面，当时所使用的密肋板楼盖已不能满足现在的使用要求，需进行加固设计。

1.2 加固方法分析

对于密肋板楼盖主要的处理方式有加固和拆除新建两种，拆除新建能够比较好地解决承载力等问题，但是拆除会产生大量的建筑垃圾，造成极大的浪费，并且施工工期长，因建筑已建成在役，施工难度大。传统的加固方法主要有粘贴纤维复合材加固法和粘贴钢板加固法。原楼板厚度较小，采用粘贴纤维复合材加固法和粘贴钢板加固法能显著提高楼板的承载能力，但是因楼板保护层脱落、钢筋锈蚀等，加固前应首先采用聚合物砂浆或者修补胶对原楼板进行修复，实际纤维复合材或者钢板粘贴在聚合物砂浆或修补胶上，涉及到修补材料与原混凝土的粘结力及纤维复合材或钢板与修补材料的粘结力，其加固的实际效果有待研究。

同时采用粘贴纤维复合材加固法和粘贴钢板加固法其结构用胶应至少每隔十年检查一次，并且其防火性能差，并且由于原板厚较小，其耐火性能更差。综上，因密肋板楼盖的特点，采用传统的加固方法有明显的缺陷性，存在安全隐患，并不适用于密肋板楼盖的加固。而拆除新建工期长、造价高、产生大量建筑垃圾，造成极大浪费，不满足现在倡导的环保和可持续发展要求。

1.3 预张紧钢丝绳网片-聚合物砂浆面层法加固优势

采用预张紧钢丝绳网片-聚合物砂浆面层法加固可以有效解决密肋板楼盖存在的问题，其具有如下明显的技术优势［4］：

（1）镀锌钢丝绳（或不锈钢钢丝绳）包裹上聚合物砂浆不易发生锈蚀问题，聚合物砂浆为无机材料，其寿命与混凝土相当，且耐酸碱腐蚀，不存在如结构胶等有机加固材料的老化问题，从而保证了结构加固后的耐久性，且具备在恶劣环境如酸碱腐蚀性环境下使用的能力。

（2）聚合物砂浆与混凝土一样，有良好的耐高温耐湿性能，可以应用于防火要求较高的建筑，不存在如结构胶等有机加固材料的耐高温性能差等问题，有效弥补了密肋板厚度较小耐火能力不足的问题。

（3）预张紧钢丝绳在安装时对钢丝绳进行张拉，张拉力值使钢丝绳中产生足够的张拉力以抵消非线性变形，当被加固构件受力产生变形时，钢丝绳能够立即受力与之共同工作，最大限度地解决受力滞后问题，同时使密肋板受力性能大大改善。

（4）预张紧钢丝绳网聚合物砂浆加固不仅可以显著提高承载力，而且，由于聚合物砂浆外加层厚度在受力计算时可以按整体截面高度考虑，因而可以显著地提高被加固构件的刚度，较粘贴纤维复合材加固法和粘贴钢板加固法有明显的优势。

（5）由于聚合物砂浆本身强度高、与混凝土粘接性好，可以修复结构表面的缺陷，因此对被加固母体表面没有平整度要求，可以加固有缺陷或强度低的混凝土结构，对加固龄期较长的混凝土结构有着独特的优势，解决了密肋板混凝土酥松、脱落的问题。

通过以上分析可以看出，采用预张紧钢丝绳网片-聚合物砂浆面层法加固密肋板楼盖较传统加固方法有着明显的技术优势，可以有效解决超过使用年限的密肋板存在的各种问题，显著提高密肋板的承载能力，满足后续使用年限的要求。

2 工程实例

2.1 工程概况及存在问题

南京大学南园十三舍为四层砖混结构建筑，始建于1959年，为学生宿舍，采用密肋板楼盖，板厚为70mm，肋梁截面为70mm×250mm，间距为700mm，其平面布置如图1所示。经检测鉴定单位检测，该建筑密肋板损坏严重，主要存在以下问题：

（1）混凝土肋梁梁底及混凝土板板底存在不同程度的混凝土脱落及钢筋锈蚀现象，如图2所示；

（2）混凝土碳化深度均大于25mm（大于钢筋保护层厚度），如图3所示；

（3）抽检部分楼面肋梁纵筋实测钢筋直径为9.5mm（未锈蚀处为10mm），箍筋实测直径为5.5mm（未锈蚀处为6mm），如图2所示；楼面板底短向钢筋直径为7.5mm（未锈蚀处为8mm），长向钢筋为直径为4.5mm（未锈蚀处为8mm），如图4所示。

图1 密肋板平面布置Fig.1 Ribbed plate layout

图2 肋梁梁底混凝土脱落且钢筋锈蚀外露Fig.2 Concrete girder bottom ribs off and exposed steel corrosion

图3 板底混凝土损伤Fig.3 Concrete slab bottom damage

图4 板底钢筋锈胀、混凝土脱落Fig.4 Plate reinforcement corrosion，concrete shedding

经鉴定，该建筑2～4层楼盖目前损伤主要为钢筋锈胀、混凝土板底及肋梁梁底混凝土局部脱落、部分密肋板损伤严重。根据目前板构件及肋梁构件损伤严重程度，其构件安全性等级评为cu级或du级，应立即采取措施对密肋板进行加固处理。加固荷载取值采用现行荷载规范的要求，并依据改造后的装修要求计算楼面恒载，经计算现在的密肋板承载能力不能满足要求，亦表明应进行加固处理。

2.2 加固设计

针对该建筑密肋板存在的问题及现场实际情况，经对比各种加固方法的优缺点，决定采用预张紧钢丝绳网片-聚合物砂浆面层法加固。依据《混凝土结构加固设计规范》的规定计算［2］，本次加固采用钢丝绳规格为6X7+1WS，直径为3mm，板底钢丝绳间距为20mm，如图5a所示。密肋梁底采用钢丝绳规格为6X7+1WS，直径为4mm，板底钢丝绳间距为20mm，如图5b所示。选用改性环氧类聚合物砂浆，其抗压强度不小于55MPa，与钢丝绳粘结抗剪强度标准值不小于9MPa，其他性能指标应满足《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》（GB 50728-2011）的规定，粉刷聚合物砂浆，厚度为30mm。对存在混凝土脱落、胀裂，钢筋锈蚀的梁板，加固前应凿除胀裂、疏松混凝土；对钢筋进行除锈处理，并采用聚合物砂浆修补平整。凿除前应做好卸载及支撑措施。

图5 钢丝绳布置Fig.5 Rope arrangement

2.3 施工工艺

现场施工时应对钢丝绳网片进行锚固、张紧，如图6所示。根据定位放线尺寸打孔，安装张拉角钢和固定角钢，将钢丝绳一端穿过固定角钢孔洞，钢丝绳穿过孔洞后用液压钳把铝接头和钢丝绳压紧，将钢丝绳另一端穿入调节螺杆端头拉环后再穿铝接头，再用液压钳把铝接头和钢丝绳压紧，最后将调节螺杆装入张拉端角钢。用扳手拧调节螺母至钢丝绳为紧绷状态，张拉时可通过垂直于被张拉钢丝绳与压条的垂直度观察每根钢丝绳的受力是否均匀，钢丝绳的预张紧力为1.418kN，偏差不得大于±10%。

图6 现场钢丝绳布置Fig.6 Site wire rope layout

粉刷聚合砂浆时按产品配比要求配置聚合物砂浆，分层喷涂于加固部位，仰面喷涂时，每道厚度以不大于10mm为宜，后一道喷抹应在前一道初凝后进行，使层与层之间达到更好的结合效果，最后一层一次抹平收光，砂浆喷涂设备应采用湿式预混，以便于层与层之间达到更好的结合效果，最后一层一次抹平收光，如图7所示，砂浆喷涂设备应采用湿式预混砂浆喷浆机喷涂，喷涂宜在界面剂涂刷后1h内进行，可根据现场温度、湿度等情况适当调整。因聚合物砂浆强度较高，收缩性大，涂抹完毕后，根据聚合物砂浆产品说明结合现场实际情况，确定养护时间，保持砂浆层湿润状态。确保聚合物砂浆不会出现开裂等情况。

加固完成后，密肋板厚度由70mm增大为100mm，肋梁截面由 70mm×250mm增大为130mm×280mm，增大了楼盖刚度，钢丝绳进行了预拉紧，经计算板的承载能力显著提高，同时修复了板钢筋及混凝土损伤。现场进行了堆载试验，考虑装修荷载为 1.5kN／m2，活荷载为2.0kN／m2，现场堆载为 4.5kN／m2，板的挠度满足规范要求，未发现裂缝等问题。加固后密肋板厚度增加，聚合物砂浆粉刷层保证了原混凝土不再继续碳化，钢筋不再锈蚀，保证了其耐久性，充分满足了后续使用30年的要求。

图7 加固完成后现场Fig.7 After completion of the scene reinforcement

3 结语

因节省混凝土及钢筋用量，密肋板楼盖在20世纪有着广泛应用，但因其楼板较薄，肋梁尺寸小，长期使用容易产生混凝土脱落、钢筋锈蚀等问题，且部分建筑已超过了其使用年限，密肋板楼盖有待加固处理。传统粘贴纤维复合材加固法和粘贴钢板加固法有其局限性，不适用于密肋板楼盖的加固。而预张紧钢丝绳网片-聚合物砂浆面层加固法有着明显的技术优势，其材料耐久性好、抗火能力强、对加固基层的要求低，可以解决密肋板楼盖存在的问题，使原混凝土、钢丝绳和聚合物砂浆面层协同工作，显著提高密肋板楼盖的承载能力，满足了后续使用年限的要求。该方法在南京大学南园十三舍加固中成功应用，可以推广使用。

［1］GB 50010-2010混凝土结构设计规范［S］.中国建筑工业出版社，2010 GB 50010-2010 Code for design of concrete structures［S］.China Architecture＆Building Press，2010

［2］GB 50367-2013混凝土结构加固设计规范［S］.中国建筑工业出版社，2013 GB 50010-2013 Degin code for strengthening concrete structure［S］.China Architecture＆Building Press，2013

［3］GB 50009-2012建筑结构荷载规范［S］.中国建筑工业出版社，2012 GB 50009-2012 Load code for the design of building structures［S］.China Architecture＆Building Press，2012

［4］危晓丽，宁海永，卢海波.预张紧钢丝绳网片-聚合物砂浆外加层加固技术在工程中的应用［J］.建筑结构，增刊，2010，40（6）：648-650 Wei Xiaoli，Ning Haiyong，Lu Haibo.Application of strengthen technique of polymeric mortar and prestressed steel cable mesh［J］.Building Structure，Suppl，2010，40（6）：648-650

［5］曹忠民，李爱群，王亚勇.高强钢绞线网-聚合物砂浆抗弯加固的承载力计算［J］.四川建筑科学研究，2007（5）：56-59 Cao Zhongmin，Li Aiqun，Wang Yayong.Analysis of flexural strength of RCmembers strengthened with high strength steelwire mesh and polymermortar［J］.Sichuan Building Science，2007（5）：56-59