超高性能混凝土在某混合结构加固中的应用

兰明生

（福州市建筑科学研究院有限公司，福建 福州 350000）

1 工程概况

福州雕刻总厂地块改造提升项目-1 号楼位于福州市六一中路209 号， 约建于上世纪60年代，结构形式为混合结构，建筑面积约为1 181 m2，建筑层数为地上2 层。 承重墙的宽度为240 mm，采用实心黏土砖进行砌筑，A 轴和E 轴的柱子为砖柱，C 轴的柱子为混凝土柱，基础采用柱下、墙下条形基础， 设有地圈梁， 在砖墙顶部设置350 mm高的圈梁，楼盖为预制钢筋混凝土板，屋盖为木屋盖，屋面为瓦屋面。 总建筑高度为7.18 m，1 层层高为3.4 m，2 层层高为3.5～6.1 m， 室内外地坪高差为0.28 m。该建筑物的使用功能为商铺，属于A 类建筑，抗震设防烈度为7 度，场地类别为Ⅲ类，抗震设防类别为丙类,框架抗震等级为三级，地震分组为第三组。

2 承重墙加固方案确定

鉴于施工质量、施工工期、工程造价和耐久性等多方面因素综合考虑，本工程承重墙加固方案选用超高性能混凝土(UHPC)面层加固法。外墙为单面加固，内墙为双面加固，UHPC 的厚度为20 mm。

3 超高性能混凝土(UHPC)配合比设计

3.1 水泥

本工程水泥选用安徽海螺水泥股份有限公司生产的P·Ⅱ52.5 水泥，袋装水泥，水泥无受潮结块现象，水泥检测结果如下：氧化钙含量为63%，二氧化硅含量为21.92%， 细度为2.6%， 比表面积为335.1 m2/kg，烧失量为2.49%，密度为3.12 g/cm3，初凝和终凝时间分别为180 min 和247 min， 安定性合格，3 d 抗压和抗折强度分别为32.7 MPa 和6.6 MPa。

3.2 矿物掺合料

本工程矿物掺合料选用巩义市仁义耐火材料有限公司生产的白硅灰， 硅灰应选择比表面积较大，从而保证UHPC 的流动性能满足设计要求。 白硅灰检测结果如下：二氧化硅含量为94.5%，氧化钙含量为0.26%，含水率为2%，比表面积为11 998 m2/kg，烧失量2.4%，需水量比为115%，密度为2.1 g/cm3。

3.3 骨料

本工程骨料选用海城市诚信微细目石粉厂生产的石英砂，石英砂应洁净和干燥。 石英砂检测结果如下：三氧化二铁含量为0.008%，二氧化硅含量为99.03%，烧失量为0.15%，密度为2.71 g/cm3，其中细砂目数为70～140 目， 粗砂目数为40～70 目，石英粉目数为400 目，耐火度为1 550 ℃。

3.4 纤维

本工程纤维选用东莞市合创塑胶有限公司生产的共聚甲醛纤维（POM），POM 纤维的检测结果如下：伸长率为13%，抗拉强度为1 150 MPa，工作温度为-45～95 ℃，耐碱性能为99%，密度为1.43 g/cm3，弹性模量为8.4 GPa。

3.5 外加剂

本工程外加剂选用厦门科之杰新材料有限公司生产的减水剂，减水剂的检测结果如下：含气量为2.1%，收缩率比115%，减水率为28.5%，泌水率比为51%。

3.6 超高性能混凝土配合比设计

根据规范GB/T31387—2015 和技术标准T/CECS 10107—2020 的相关规定， 对本工程超高性能混凝土进行配合比设计，为了满足砖砌体抹面施工要求和加固效果， 要求制备出来的UHPC 的扩展度≥650 mm 和混凝土抗压强度≥120 MPa。 经过数值模拟和试验后确定超高性能混凝土配合比设计为水泥∶石英砂∶纤维∶白硅灰∶减水剂∶拌合水=1 400∶832∶27.8∶36∶27∶202， 各种原材料称量后按照UHPC 制备方案进行搅拌，根据规范要求制作6 个抗压强度试件，28 d 的UHPC 试件抗压强度为128.3 MPa，满足≥120 MPa 的设计要求。

4 超高性能混凝土(UHPC) 在混合结构加固中的应用

4.1 超高性能混凝土制备

严格按照UHPC 配合比设计对各种材料进行准确计量， 将白硅灰、P·Ⅱ52.5 水泥和石英砂等材料投入强制式混凝土搅拌机中进行搅拌，搅拌时间为2～3 min，使得骨料与胶凝材料混合均匀；接着往搅拌机中注入减水剂和拌合水，继续搅拌5～7 min，使得拌合物成浆体，流动性接近目标值；最后均匀和缓慢地添加纤维到搅拌机中，使得纤维分散均匀地进入浆体中，纤维添加完成后应继续搅拌2 min，制备完成的拌合物即为超高性能混凝土。 本工程制备所得的UHPC 的流动度实测值为208 mm，拌合物流动性满足施工要求。

4.2 基层处理

采用专用设备将承重墙表面的粉刷层铲除，将砖砌体表面的粉尘全部清理干净，检查砖砌体的整体性和质量，如果墙体存在裂缝，则应根据裂缝性质与宽度做出妥当处理，一般处理方法为压力灌浆或者塞缝等。 如果砖块间的勾缝存在松动现象，则应全部剔除， 灰缝应采用专业工具剔深约10 mm，残灰采用钢丝刷处理干净；墙体存在损坏或者砖块有松动迹象，则应采取局部修补或者局部拆砌的处理方法。 采用高压水对砖墙进行冲洗，确保表面洁净。 对于墙体上深度≤30 mm 的孔洞，采用1∶2 水泥砂浆进行填塞，表面与砖墙平齐。

4.3 超高性能混凝土施工

在砖墙上涂刷一道专用的界面剂， 该界面剂主要成分为水泥和胶水， 主要作用是增强基层与UHPC 层的黏结强度， 待界面剂干燥后即可开始UHPC层的施工。本工程UHPC 层厚度为20 mm，分2 遍压抹，每层厚度为10 mm，UHPC 压抹前应保证墙体湿润而无明水， 第2 道UHPC 压抹应在第1 道UHPC初凝前进行操作，一般间隔时间≤4 h。由于阴阳角如果设置施工缝， 后续容易在该处出现开裂现象，因此，该部位应一次性连续压抹，一次成活。如果UHPC压抹过程需要设置施工缝情况下， 那么接缝位置应留锯齿状毛茬，施工缝不得设置在阴阳角处。

4.4 养护

由于超高性能混凝土在凝固过程中会散发大量热量，如果养护不及时，将导致混凝土因缺水而出现开裂现象，因此，待超高性能混凝土压抹完成12 h 应及时进行浇水养护， 常用的养护工具为低压水枪喷雾器，一天喷水养护3 次，使得超高性能混凝土一直处于湿润状态，养护时间≥7 d，确保超高性能混凝土的强度满足设计要求。

5 结语

本工程采用超高性能混凝土对承重墙进行加固后， 外墙受压承载力由加固前的213 kN/m 提高到951.4 kN/m，抗震承载力由由加固前的7.5 kN/m 提高到39.1 kN/m，内墙受压承载力由加固前的193 kN/m 提高到1 985.4 kN/m， 抗震承载力由由加固前的6.2 kN/m提高到78.6 kN/m，承载力提高较为显著。 承重墙加固完成后，墙体平整美观，未发现开裂现象，UHPC 抗压强度为126.5～131.4 MPa, 满足≥120 MPa 设计要求。 实践表明，超高性能混凝土面层加固法操作简单，施工速度快，不仅省去布设钢筋网和支设模板等复杂手续，还能显著提高墙体受压承载力，降低工程造价，值得在类似项目进行推广。