鋼筋鋼絲網(wǎng)預(yù)填骨料混凝土復(fù)合加固方法討論

蘆 超 李海軍

(1.廣東博意建筑設(shè)計院武漢分公司，湖北武漢 430070;2.中國五環(huán)工程有限公司，湖北武漢 430223)

0 引言

混凝土結(jié)構(gòu)加固的方法多種多樣，常用的就有加大截面法，外包鋼加固法，預(yù)應(yīng)力法，粘纖維布法和鋼筋鋼絲網(wǎng)砂漿加固法等等。傳統(tǒng)的加固方法都具有各自的優(yōu)缺點和適用范圍，我們應(yīng)根據(jù)不同的工程問題，選擇適合實際工程特點的加固方法和施工工藝。

目前，一種利用無機膠凝材料——高性能水泥復(fù)合砂漿進行混凝土結(jié)構(gòu)加固的方法已經(jīng)進入廣泛研究應(yīng)用，它作為一種新型的加固技術(shù)正在為人們所廣泛接受。鋼筋(絲)網(wǎng)復(fù)合砂漿加固混凝土構(gòu)件具有高強、適用面廣、耐久性好、抗腐蝕等優(yōu)越的性能［1］，但其優(yōu)越性仍還有一定程度的改善和提高。首先，該方法使用小直徑(2 mm～6 mm)鋼筋網(wǎng)，約25 mm厚鋼絲網(wǎng)水泥砂漿層來加固受力不大的薄壁結(jié)構(gòu)，使鋼筋(絲)水泥砂漿層配筋率較低，加固承載力的提高幅度有限，無法滿足受力較大的大型混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固補強;其次，由于采用人工壓抹或外噴砂漿的施工方法，會造成現(xiàn)場濕作業(yè)面積大，工效不高，加固質(zhì)量難以保證;最后，砂漿與老混凝土的界面粘結(jié)程度好壞及構(gòu)件的整體工作性能仍需要做進一步深入的研究工作。

本文首次嘗試提出一種復(fù)合加固的新方法，將預(yù)填骨料混凝土引入到混凝土結(jié)構(gòu)柱加固修補中。該方法具有與鋼筋(絲)網(wǎng)砂漿加固相似的優(yōu)點，在較薄的加固層內(nèi)，使用大直徑鋼筋以提高配筋率來大幅提高被加固構(gòu)件的承載力;另一方面在安裝好的鋼筋籠內(nèi)預(yù)填充粗骨料，再進行高壓灌注高性能砂漿，形成的預(yù)填骨料混凝土—鋼筋鋼絲網(wǎng)砂漿加固層集成了二者彼此優(yōu)良特性，具有高強度、低收縮、粘結(jié)性強、延性以及耐久性好等諸多的優(yōu)點。

1 預(yù)填骨料混凝土簡介

預(yù)填骨料混凝土是預(yù)先將粗骨料在制作好的模具內(nèi)填好、搗實，然后將配制好的水泥砂漿在一定壓力下灌注入粗骨料空隙內(nèi)而形成的一種特殊混凝土。區(qū)別于普通混凝土，PAC是一種不同尋常的修補材料，其粗骨料含量較高，且骨料之間是點對點直接接觸，因而混凝土的彈性模量較高且干縮變形比普通混凝土低50%［2］。

作為一種二次施工方法，預(yù)填骨料混凝土在歐美一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)有70多年的歷史，具有較為成熟的工藝。1940年美國農(nóng)墾局在胡佛大壩的溢洪道上使用PAC回填了大面積的沖刷區(qū)，其修補工程量為34 m(長)×10 m(寬)×11 m(深)。1946年美國科羅拉多州尼德蘭的巴克大壩迎水面擴建工程中，在52 m高的壩體上使用PAC重做了1.8 m厚的面層。1950年日本的一些工程公司購買了PAC的使用權(quán)來建造大量的橋墩，至20世紀(jì)70年代，日本的本州—四國橋梁管理局也進行了廣泛的研究，使PAC在大型橋梁的施工中一時達(dá)到了頂點［3］。此后，澳大利亞，中國等許多國家都相繼開始關(guān)注PAC的使用，它被廣泛的應(yīng)用于水利水電工程、橋梁隧道工程、地基處理及大體積混凝土結(jié)構(gòu)加固工程等，而在一些振搗困難，施工質(zhì)量無法保證的地方效果尤為明顯。

2 傳統(tǒng)加固方法

1)加大截面法。

加大截面法是采用鋼筋混凝土材料來增大原結(jié)構(gòu)的截面面積，以達(dá)到提高構(gòu)件剛度和承載力的目的。優(yōu)點是施工工藝簡單、適用面廣，可廣泛應(yīng)用于一般的梁、板、柱、墻等混凝土結(jié)構(gòu)的加固;缺點是現(xiàn)場濕作業(yè)工作量大，施工復(fù)雜，工期較長，同時截面過于增大(梁、柱不應(yīng)小于60 mm厚)會對結(jié)構(gòu)外觀及房屋凈空有一定影響，給生產(chǎn)和生活帶來不便。

2)外包鋼加固法。

外包鋼加固法是將型鋼外包于構(gòu)件四角(或兩角)的加固方法，適用于使用上不允許增大構(gòu)件截面尺寸，卻又要求大幅度提高截面承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。其優(yōu)點是施工簡便，受力可靠，作業(yè)時間短，且對凈空影響較小;缺點是用鋼量大，在無防護措施的情況下，環(huán)境溫度不宜高于60℃。

3)纖維布加固法。

碳纖維布加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，使兩者共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉強度，由此達(dá)到對建筑物進行加固、補強的目的。碳纖維布加固適用于承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎或受拉構(gòu)件的加固，其優(yōu)點是自重輕，施工工藝簡單、快速，現(xiàn)場基本無濕作業(yè)，且對凈空無影響;缺點是粘結(jié)膠以有機樹脂為基體，所以加固構(gòu)件的延性、耐久性、耐火性和耐熱性(60℃時環(huán)氧樹脂軟化)都不理想，且加固成本較高。

3 鋼筋鋼絲網(wǎng)預(yù)填骨料混凝土加固法

鋼筋鋼絲網(wǎng)預(yù)填骨料混凝土加固法是一種二次施工方法，預(yù)先焊接鋼筋籠，外包鋼絲網(wǎng)，然后在模具內(nèi)將粗骨料填好、搗實，最后將配制好的高性能砂漿在一定壓力下灌注入粗骨料空隙內(nèi)而形成的一種特殊混凝土，達(dá)到提高構(gòu)件承載力和滿足正常使用要求的目的。該方法具有與鋼筋(絲)網(wǎng)砂漿加固相似的優(yōu)點，加固層厚度為50 mm左右，在無需過大增加構(gòu)件截面的前提下，可以通過提高配筋率來大幅提高被加固構(gòu)件的承載力。

1)原材料及設(shè)備。

a.原材料。

普通硅酸鹽水泥;一級粉煤灰;硅灰;UEA膨脹劑;高效減水劑;砂子，細(xì)度模數(shù)宜為1.7 ～1.8，最大粒徑不超過 2.5 mm;粗骨料，粒徑為10 mm～30 mm碎石;二級以上熱軋鋼筋;鍍鋅焊接鋼絲網(wǎng);模板，漆面硬木多層膠合板或鋼模板等。

b.制漿設(shè)備。

高速攪拌機(60 r/m～120 r/m)，流動錐。

c.灌漿設(shè)備。

高壓砂漿泵，耐蝕閥門，大量程壓力表，耐高壓膠管，可拆裝灌漿口，專用高壓封口塞。

2)制漿。

在灌漿加固之前，灌注砂漿必須要滿足一定的性能要求。參考美國材料試驗協(xié)會等相關(guān)規(guī)范，須嚴(yán)格控制砂漿攪拌速度、時間，測試砂漿流動度、泌水率、保水性、膨脹性、抗壓強度等性質(zhì)，適時關(guān)注環(huán)境變化對砂漿性能和灌漿的影響。而且還要通過試驗實測預(yù)填骨料混凝土棱柱體的強度和密實性。

3)灌漿。

采用預(yù)填骨料混凝土加固混凝土柱之前，灌注用的砂漿必須要滿足一定的要求，參考美國材料試驗協(xié)會相關(guān)規(guī)范，須嚴(yán)格控制砂漿流動度、泌水率、保水性、膨脹性、抗壓強度等性質(zhì)，填充的石子需要篩洗、曬干，粒徑范圍10 mm～30 mm，而且還要實測預(yù)填骨料混凝土棱柱體的強度和密實性。灌漿加固施工應(yīng)事先編制施工組織設(shè)計，嚴(yán)格按照灌漿施工技術(shù)要求施工。

a.先將原柱表面鑿毛，露出粗骨料，然后用高壓水沖洗以去除其表面浮漿及油污等雜質(zhì);

b.按照設(shè)計要求將主筋和箍筋先焊接成型，將鋼絲網(wǎng)包裹在鋼筋籠外面(在鋼絲網(wǎng)片搭接處，用細(xì)鐵絲每間隔約20 mm～40 mm綁扎一次，此外對于使用了多層鋼絲網(wǎng)時，在非搭接處也按約80 mm綁扎一次，搭接長度45 mm);

c.將制作好的模板拼裝起來，合理設(shè)置灌漿口和出漿口高度，接縫處應(yīng)采用密封膠和螺桿進行拉結(jié)密封，防止漏漿;

d.將篩洗好的石子分層填入鋼筋籠內(nèi)，并搗實;

e.先按設(shè)計配合比攪拌灌注砂漿，再進行砂漿灌注(嚴(yán)格控制灌漿壓力和速度);

f.拆模及養(yǎng)護。

4 結(jié)語

PAC方法的運用在歐美、日本已經(jīng)是相當(dāng)?shù)钠毡椋粡V泛的使用在水利水電工程、橋梁工程，樁基礎(chǔ)以及地基處理等等領(lǐng)域，具有較為成熟的工藝。像瑞士西卡(SIKA)集團、德國巴斯夫(BASF)公司等都進行了系統(tǒng)性的研究，具有成熟的技術(shù)以及工程實踐經(jīng)驗，配制出高性能無收縮自密實成品灌漿料，美國材料與試驗協(xié)會(ASTM)也制定了一系列比較完整的PAC制配和測試規(guī)范。

然而，我國預(yù)填骨料混凝土應(yīng)用還處于早期階段，僅是簡單的應(yīng)用于水利工程、樁基礎(chǔ)和地基處理等方面。作為一種新的加固技術(shù)除了特別適宜水下結(jié)構(gòu)加固外，該方法對柱子的加固也具有獨特的優(yōu)點，且灌注砂漿相對于壓抹、噴射砂漿的施工方法，具有更佳的密實性和可操作性。因而，作為一種集成創(chuàng)新的加固方法，SWPAC工藝用于混凝土結(jié)構(gòu)進行加固是值得進一步研究和推廣的。

［1］尚守平.鋼絲(筋)網(wǎng)復(fù)合砂漿加固混凝土構(gòu)件［A］.第7屆全國建筑物鑒定與加固改造學(xué)術(shù)會議論文集［C］.重慶:重慶出版社，2004:742-749.

［2］Reported by ACI Committee 304.Guide to the Use of Preplaced Aggregate Concrete for Structural and Mass Concrete Applications［J］.ACI Materials Journal，1991，88(6):39-41.

［3］ACI RAP-9，Spall Repair by the Preplaced Aggregate Method［S］.

［4］ASTM C938-02，Standard Practice for Proportioning Grout Mixtures for Preplaced-Aggregate Concrete［S］.

［5］ASTM C939-02，Standard Test Method for Flow of Grout for Preplaced-Aggregate Concrete(Flow Cone Method)［S］.

［6］ASTM C940-98a，Standard Test Method for Expansion and Bleeding of Freshly Mixed Grouts for Preplaced-Aggregate Concrete in the Laboratory［S］.

［7］ASTM C941-02，Standard Test Method for Water Retentivity of Grout Mixtures for Preplaced-Aggregate Concrete in the Laboratory［S］.

［8］ASTM C942-99，Standard Test Method for Compressive Strength of Grouts for Preplaced-Aggregate Concrete in the Laboratory［S］.

［9］ASTM C943-02，Standard Practice for Making Test Cylinders and Prisms for Determining Strength and Density of Preplaced-Aggregate Concrete in the Laboratory［S］.

［10］熊光晶，嚴(yán) 州，朱湛賢.鋼絲網(wǎng)鋼筋砂漿加固混凝土圓柱的抗軸壓試驗研究［J］.汕頭大學(xué)學(xué)報，2006，21(4):70-74.