论如何做好混凝土结构加固技术

摘要: 随着我国建筑行业的快速发展,混凝土在工程建设中占有重要的地位, 混凝土结构一般在使用30～ 50 年以后会产生明显的劣化与损伤。因此,混凝土结构加固技术已经已经成为我国的建设重点之一,以下是笔者对混凝土结构加固技术做出如下分析, 以供同行参考。

关键词: 建筑工程；混凝土；加固方法; 加固技术

1结构加固概述

加大截面法是在现有混凝土构件外加钢筋混凝土, 增大原混凝土构件截面面积, 达到提高结构承载力的目的, 加大截面法的优点是容易施工, 适用面广, 可广泛用于一般梁、板、柱、墙等混凝土结构的加固。缺点是现场作业工作量大, 养护期长, 对生产和生活有一定影响; 对结构外观及房屋净空也有一定影响, 且嵌入的钢筋锈蚀和混凝土劣化的危险性很大。加在截面法的加固效果与原结构在加固时的应力水平, 结合面构造处理, 施工工艺, 材料性能以及加固时是否卸载等因素直接相关。加大截面法在设计构造方面必须解决好新加部分与原有部分的整体工作共同受力问题。试验研究表明, 加固结构在受力过程中, 结合面会出现拉、压、弯、剪等各种复杂应力, 其中关键是剪力和拉力。今后欲使这一加固技术更有效的分法是使用具有高张拉应变能力, 低收缩性能的材料。

2常规加固方法

2. 1粘钢加固法

1960年，国外发明了外粘钢板加固钢筋混凝土结构的方法, 就是用薄钢板或其它钢衬通过一种双组份环氧粘合剂粘于混凝土结构表面产生三相材料, 混凝土2胶2钢板的复合系统。该法具有方案设计及结构计算简单, 不损伤原混凝土构件, 施工方法简便, 周期短, 现场作业量小, 对原构件外形尺寸影响小等优点。在国际上是一种适用面较广的先进加固方法, 不仅建筑, 而且公路桥梁也普遍采用。已经证明粘在混凝土梁受拉表面的钢板能提高抗弯能力,同时也能提高抗弯刚度并相应减少挠度和开裂。混凝土粘结钢板必须满足3个因素: (1) 被粘结表面必须清洁。(2) 环氧至少有混凝土强度的粘结强度。(3) 为避免脆性的板分离破坏, 板必须长而薄, 或采用足够的锚固, 来充分发挥钢板的性能。试验研究表明: 胶粘锚固钢板是钢板锚固的最好方式。粘钢板主要实际问题是: (1) 重量太大, 且为方便操作和处理, 在长度上有所限制。(2) 现在加固采用低碳钢, 且有与生俱来的锈蚀特性, 因此产生了一个额外的维护工作。(3) 现在难以肯定粘结的耐久性,以及在钢板与胶体界面潜在的锈蚀。(4) 环氧树脂等用固化剂结硬后, 强度虽高, 但有跪性, 且一般粘结剂适用面不够广。

2.2预应力加固法

预应力加固具有加固、卸载、改变结构内力的三重效果, 适用大跨结构加固。用预应力钢筋在构件外进行张拉, 可以起到增加主筋, 提高正截面及斜截面强度, 同时也提高了刚度,是一种积极的加固方法。但预应力钢筋中的预应力设置多少, 却要受结构受力年限而定, 即要考虑混凝土的变化影响。预应力筋的应力不宜大于150MPa,对于已负荷很久的超静定结构, 宜为50～100M Pa。外加预应力技术已成功地应用于校正现有结构中超出的不满意的挠度, 改进对疲劳和开裂的抗力。外加预应力优点为: (1) 施工方法简单、成熟;(2) 用X 射线或其它无损检测技术可以在结构运行期检验; (3) 拉杆或绞线可替换。缺点源于结构的外部: 易于锈蚀, 易燃, 易于损坏外观。外部施加预应力系统对外界侵蚀性成分与防火的保护通常用外包混凝土或喷射混凝土。其锈蚀问题可通过使用纤维加筋塑料来解决。但目前对纤维加筋塑料的机械性能并不十分了解, 还有待进一步研究。

2. 3外包钢加固法

外包钢加固法是以型钢(一般为角钢) 外包于构件四角(或两角) 的加固方法。在我国, 外包钢加固法也是一种使用面较广的传统加固方法, 优点是: 施工简便, 现场工作量较小, 受力较为可靠, 适用于使用上不允许增大原构件截面足寸, 却不要求大幅度的提高截面承载能力的混凝土结构加固。外包钢加固分湿式和干式2 种情况。湿式外包钢加固: 外包钢与构件之间是采用乳胶水泥粘贴或环氧树脂化学灌浆等方法粘结, 以期型钢与原构件能整体工作共同受力; 干式外包钢加固: 型钢与原构件之间无任何粘结, 有时虽填有水泥砂浆, 但并不能确保结合面剪力和拉力的有效传递, 外包钢架与原构件不能整体工作, 彼此只能单独受力。与湿式外包钢相比, 干式外包钢施工更为简便, 但承载能力提高不如湿式外包钢有效。外包钢加固结构, 尤其是框架结构, 节点区受力最为复杂, 构造处理相当别扭。

2. 4置换加固法

在梁或偏心受压柱中, 用置换法可以达到局部直接补强的效果。例如当成批构件混凝土强度等级达不到设计要求时, 通过检测, 选出最低等级的构件, 然后按弯矩图确定最危险截面, 这些截面的受压区用高一级新混凝土置换老混凝土, 切剖面应成直角平整, 然后用喷射混凝土灌满, 试验证明, 尽管仅在局部置换, 仍是十分有效的。在置换法中, 构件需切割成方口或要将柱切断。

2. 5间接加固法

间接加固法是用增加构件, 增设支承点, 以减小结构计算跨度, 减轻被加固构件的负担, 达到减小结构内力和提高其承载能力的加固方法。其优点是简单可靠; 缺点是使用空间会受一定影响。这种方法适用于梁、板、桁架、网架等水平结构的加固。该法按支承结构的变形性能, 又分为刚性支点和弹性支点两种情况。刚性支点法是通过支承结构的轴心受压或轴心受拉将荷载直接传给基础或柱子的一种加固方法。弹性支点法是以支承结构的受弯或桁架作用间接传递荷载的一种加固方法。

3新型加固方法

3. 1绕丝加固法

根据混凝土三向受压可以提高其单轴抗压强度的原理, 对于受压柱, 可以用Φ4 退火钢丝横向缠绕构件, 以提高其强度。根据梁的受剪区斜向箍筋受力优于竖向箍筋的道理, 可根据需要在梁外进行斜向绕筋或竖向绕筋, 以提高其抗剪强度。一般, 采用Φ4冷拔钢丝退火后进行绕丝, 间距为5～ 40 mm (中2中)。试验证明, 这一方法不仅对圆柱、方柱有效, 对长方形柱亦有效。为了提高效果可在长方形四个面的中点纵向设置Φ25 圆钢, 并将四角凿去少许。同济大学加固研究所肖建庄的试验表明, 用绕线加固的梁, 如果不用钢楔楔紧, 混凝土难以与绕丝共同工作, 直到加载后期钢丝方才发挥作用, 但仍表现出良好的延性。在受压时, 钢丝主要超约束作用。试验表明加固效果与绕丝直径和密度有直接关系。

3. 2粘贴钢筋加固技术

是指将钢筋粘贴在构件原有配筋表面或粘贴在混凝土内部的一种加固方法。当钢筋保护层脱落, 胀裂或遭腐蚀破坏时, 可将加固钢筋直接粘贴在原有配筋表面; 当保护层混凝土比较完好或原配筋位置不易测准时, 可在混凝土表面切缝(1～2. 5 cm 深) 或凿槽, 将钢筋粘贴在缝内或槽内, 以达到加固目的。粘筋加固主要也是通过结构粘接剂传递应力。粘筋加固具有以下特点: (1) 完成加固工作后加固筋处于原构件内部, 因此该技术是一项内加固技术; (2) 基本不加大原构件的截面外形足寸和自重; (3) 加固筋贴紧或邻近原有配筋, 与原有配筋协同工作性好; (4) 尽可能少损伤原混凝土构件。由于粘筋加固的上述特点, 主要适用于: (1) 原构件混凝土遭受碳化或腐蚀, 钢筋严重锈蚀; (2) 因荷载改变而造成原配筋不能适应受力要求; (3) 施工原因造成的配筋位置不当。

3. 3聚合物浸渍混凝土加固技术

聚合物浸渍混凝土是指以普通混凝土为基材,以有机单位为浸渍液渗入混凝土内部并且聚合而成的一种有机――无机复合材料。聚合物浸渍混凝土与混凝土基材的性能试验对比结果表明: 聚合物浸渍混凝土对混凝土基材的性能改善是显著的, 强度可提高数倍, 抗渗性及耐化学腐蚀性也有大幅度提高。由于有机单体渗入混凝土内部, 并且聚合后基本填满了混凝土原有的空隙, 极大地改善混凝土的微观力学结构。因此, 浸渍混凝土能够显著地提高原混凝土基材的力学强度。聚合物浸渍混凝土加固技术是一项纯粹的化学加固技术, 具有: (1) 施工过程完全不损伤原混凝土构件, 不削弱原构件承载力, 安全可靠; (2) 加固材料渗入混凝土内部, 不存在应力滞后问题; (3) 不影响原构件外形足寸。由于其加固的主要用于提高混凝土强度及耐久性, 因此适用于配筋无误, 但混凝土质量达不到要求的任何混凝土构件。

3. 4玻璃钢加固法

凌璃钢是由玻璃纤维加环氧树脂形成轻质高强度的新材料, 具有自重轻, 强度高, 耐腐蚀, 与混凝土线膨胀系数接近, 使得二者能共同工作, 施工方便,周期短, 抗渗性好等优点, 因而具有广阔的应用前景。

4 结束语

因我国加固技术出现的历史并不长, 在各种不同的加固方法中, 对修复与加固混凝土结构的实质经验有限, 很多加固方法特别是较新型的加固技术缺少必要的试验，因此，如何做好混凝土结构加固，需要建筑工程工作者不断学习、总结经验和对建筑工作的孜孜不倦的追求。