淺談混凝土結構加固方法與技術
2015-06-09
前言
隨著建筑結構使用期限的增加，建筑物也逐漸出現功能性改變， 如接建、增加荷載等，或出現質量問題，如配筋不足、災后修補、混凝土強度不夠等，而要保證結構的安全使用，必然結構的加固就成為一項重要的工作。它可以使受到損害的結構構件恢復原有的結構功能或在已有結構基礎上提高其結構構件的抗力能力，以滿足新的使用條件下結構功能的要求。優(yōu)秀的加固具有施工作業(yè)方便、施工技術先進、經濟效果好、加固質量高等方面的特點。 因此，對混凝土結構加固方法和技術的研究及探討，已經成為我國對現有建筑物實施管理的一項主要工作。
1. 客觀原因
在建筑施工中，比較傳統(tǒng)的加固施工方法就是加大截面法。該方法是在原有構件表面新作鋼筋混凝土或鋼筋網砂漿層，用以增大原構件的截面面積，達到提供結構承載能力的目的。這種施工方法具有簡單方便、施工面廣的特點，適用于多數建筑的混凝土加固。在進行施工的過程中，在設計和施工方面必須解決好新加部分與原有部分的協(xié)調一致。在近年來的實踐中證明，加固結構在受力的過程中，新舊混凝土的結合面會出現各種復雜的應力，其中剪力和拉力是最主要的表現。受力的薄弱環(huán)節(jié)通常是新舊面的結合部分，一旦界面開裂，將導致新舊兩部分過早分離而單獨受力，降低結構的整體剛度和承載能力，直接影響加固補強的效果。研究新舊混凝土界面的粘結性能，建立新的計算理論和方法，改進新舊混凝土界面的粘結工藝做法，不僅有重要的工程應用價值，而且對推動建筑加固改造業(yè)的發(fā)展有著重要的現實意義。
（1）植筋技術在加大截面法中的應用
在我國的工程建設中，化學植筋作為一種后錨固連接技術應用比較廣泛，它是在已有混凝土構件或構件上，以適當的孔徑和深度鉆孔，然后用化學膠粘劑一錨固較，將帶肋鋼筋或長螺桿植入混凝土中，以達到與原結構構件可靠連接的目的?；瘜W植筋是利用化學膠粘劑的粘結力和鎖鍵作用使植筋與混凝土牢固粘結，使作用在植筋上的力通過化學膠粘劑傳遞到已有的結構上。工藝簡單、錨固快捷、安全可靠是化學植筋優(yōu)點，因而在結構加固、補強、新舊構件連接、補埋鋼筋、后埋鋼構件等方面得到了廣泛的應用。
?。?）植筋的設計與施工
錨固較、錨筋、混凝土基材是植筋的主要材料。通常情況下，植筋破壞的情況主要有以下幾種：植筋周圍混凝土錐體在較大的邊距和中距情況下遭到破壞；植筋與混凝土連接部位的粘結破壞；植筋拉斷或者剪斷；植筋周圍混凝土劈裂在較小的邊距情況下破壞。
2.常規(guī)加固方法
?。?）加大截面法
加大截面就是在原構件的表面澆一層新的混凝土并補加鋼筋，達到提高建筑物構件承載能力的目的。使用這種方法時，混凝土結構與新混凝土接觸的表面鑿毛，并且每隔一定距離要鑿槽，在新澆混凝土層中加配箍筋及鋼筋。新澆混凝土的強度等級比原混凝土強度高一級，石子最大粒徑不宜超過新澆混凝土最小厚度的一半及鋼筋最小間距距3/4。加固配筋采用鋼筋，必要時再用角鋼或鋼板。根據混凝土的結合情況，加大后的截面分為新舊混凝土截面獨立工作和整體工作兩種情況。此法的優(yōu)點是容易施工，適用范圍廣。缺點是相比較而言操作現場濕作業(yè)工作量大，養(yǎng)護時間較長，且嵌入的鋼筋銹蝕和混凝土劣化的質量是存在很大問題的。
?。?）灌漿加固法
當混凝土建筑物由于本身有裂縫，需要對裂縫進行修補，此時可進行灌漿加固，一般采用密封劑灌漿及結構粘合劑加固修補，在不影響生產使用的情況下可以達到預期的強度，延長結構的適用壽命，施工快捷方面，不需要大型機械作業(yè)，加固效果安全可靠?？筛鶕芽p情況、灌入狀況來調整壓力，細微裂縫均可修補，可以直接用眼觀察來控制灌入量。適用于工業(yè)民用交通建筑，橋梁、隧道、堤壩等。
3.新型加固方法設計
?。?）繞絲加固法
繞絲加固法就是根據混凝土三向受力可以將其單軸抗壓強度大幅提高，對于受壓柱可使用Φ4退火鋼絲橫向纏繞構件，將其強度大幅度提升。根據梁的受剪區(qū)斜向箍筋受力相比較豎向箍筋受力較為優(yōu)越的道理，可以在梁外進行豎向繞筋或者斜向繞筋，將其抗剪強度進一步提高。正常情況下，使用Φ4 冷拔鋼絲退火后在進行繞絲，間距在5～40mm之間。
（2）鋼筋粘貼加固法
鋼筋粘貼加固法就是將鋼筋粘貼在混凝土構件原有配筋表面也可將其粘貼在混凝土內部的一種加固方法。當混凝土構件鋼筋保護層發(fā)生脫落，脹裂或被腐蝕破壞的現象時，可直接將加固鋼筋粘貼在原有混凝土構件配筋表面；如果當保護層混凝土比較完好或原配筋位置不易測準時，可在混凝土構件的表面切1~ 2.5 cm 的縫或槽，將鋼筋粘貼在縫內或槽內，以達到預期的效果。通過結構粘接劑傳遞應力是粘筋加固的主要途徑。粘筋加固具有以下特點：① 混凝土原構件的截面外形尺寸和自重在加固后并沒有增大；②加固鋼筋與原有配筋距離較近協(xié)調性能好；③對原混凝土構件的損傷較小。該方法主要適用于：①混凝土原構件出現碳化、腐蝕、銹蝕比較嚴重的現象；②因荷載改變從而使原配筋受影響而不能滿足受力要求；③原混凝土構件配筋位置不當。
?。?）聚合物浸漬法
聚合物浸漬法就是以普通混凝土為基材，添加有機單位為浸漬液滲入混凝土內部并且聚合而成的一種復合型的加固材料。聚合物浸漬混凝土可將混凝土基材的性能進行有效的改善，可將其強度增加到原有的幾倍，同時將其抗?jié)B性與耐化學腐蝕性也提高了幾倍。該方法使用過程中由于有機單體滲入混凝土內部，并且聚合后將混凝土原有的空隙填滿，使混凝土的微觀力學結構進行了大幅度的提高。聚合物浸漬混凝土加固技術應該歸屬于化學加固技術，該方法具有：①在加固過程中對原混凝土構件無任何損傷，其承載力無任何衰弱現象，極為安全可靠；②由于加固材料是滲入混凝土內部的，所以無任何應力滯后問題；③原構件外形尺寸無任何改變。
（4）碳纖維加固法
碳纖維加固法修補混凝土結構所用材料主要需要兩種：碳纖維材料與粘貼用樹脂。該方法的優(yōu)點為：① 高強度、高效率，可以將混凝土構件的承載力和延性提高數倍；②工效高并且施工便捷，沒有濕作業(yè)；③耐腐蝕性及耐久性比較強，常溫的酸、堿、鹽對其無任何影響；④在不改變結構尺寸及外觀的狀態(tài)下，適用面非常廣；⑤可以高效保證施工質量；⑥自重量小。缺點為：①在施工規(guī)范及設計標準上缺少可行性依據；②對施工人員的技術要求比較高。
3. 結語
我國是一個發(fā)展中國家，按照混凝土結構老化的規(guī)律，我國需要加固的結構逐年增多，，在實際工程中，遇到加固混凝土結構的問題，需要根據不同的結構部位，不同的使用要求，來進行加固方法的選擇以及加固方案的具體設計。隨著建筑科學技術的不斷進步，新型建筑材料不斷出現，更好的加固方法將會有更大拓展，因此加固方法的選擇范圍也將具有更為廣泛的空間。
