鋼絲網鋼纖維砂漿加固鋼筋混凝土梁試驗研究

易治民， 陳升平

(湖北工業大學土木工程與建筑學院， 湖北 武漢 430068)

由于各種原因對鋼筋混凝土構件的損害使得結構物安全和耐久性受到嚴重的威脅，對結構物的鋼筋混凝土構件加固使之能繼續使用就成為當前一個需要解決的課題．常用的鋼筋混凝土結構的加固方法有增大截面加固法、外粘型鋼加固法、置換混凝土加固法、外加預應力加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼纖維復合材料加固法和植筋錨固技術等[1-2]．鋼絲網水泥砂漿加固混凝土構件是對需加固的構件外加鋼絲網[3-5]，再用砂漿覆蓋鋼絲網，使鋼絲網和砂漿與混凝土構件一起受力，從而增加構件的開裂荷載、極限荷載，增加構件的延性，減小構件的變形等．該方法適用面廣、使用方便、價格低廉，是加固現有混凝土結構的一種理想材料．水泥砂漿的抗拉強度和極限拉應變低，加入亂向分布的短纖維可顯著提高它的抗彎強度、極限拉應變以及彎曲韌度[6-7]．鋼纖維水泥砂漿與普通水泥砂漿相比，彎曲強度、彎曲韌度可顯著提高，裂縫寬度可顯著減?。虼耍娩摻z網鋼纖維水泥砂漿加固混凝土結構可顯著提高原有構件的極限承載力，增強結構抗滲、抗凍、抗裂性和延性，是值得推廣使用的一種有效加固技術．

1 試驗

對鋼絲網鋼纖維砂漿加固鋼筋混凝土受彎梁進行試驗研究，通過試驗現象及結果來對該方法進行評價．試驗通過一根對比梁和兩根加固梁，采用三面包裹加固的方式，從加固承載力、裂縫發展及梁剛度等方面進行分析．

1.1 試驗用材料

試驗采用的梁底受拉鋼筋為直徑10 mm的光圓鋼筋，混凝土為C25的混凝土，配比為1∶2.41∶4.29∶0.63．鋼筋的屈服確定平均值為282.3 N/mm2，極限強度平均值為433.6 N/mm2，混凝土立方體強度平均值為29.1 N/mm2．對于復合砂漿配比的選擇是在文獻[8]混雜纖維增強水泥砂漿試驗的基礎上，根據試驗結果來確定，最終確定水泥：砂：水：微硅粉：減水劑的配合比為1.0∶1.5∶0.42∶0.1∶0.026．由于基體水泥砂漿的配合比和強度是影響加固效果的主要因素，因此本試驗中鋼纖維的摻量不變，采用的摻量為1.0%．鋼纖維為鍍銅鋼纖維，長度為15 mm，直徑d為0.6～0.9 mm，長徑比50～80．試驗所用的鋼絲網為編制鋼絲網，直徑1.0 mm, 網格間距 12.5 mm，鋼絲網和鋼纖維如圖1所示．

圖 1 加固用鋼絲網和鋼纖維

在試驗前事先裁剪一組長300 mm，包含6根鋼絲的單層網片進行抗拉試驗，試驗結果見表1.

表1 鋼絲網試驗結果

1.2 加固方式

做3根普通的RC梁，分別是1根不加固的對比梁，1根鋼絲網鋼纖維砂漿加固試驗梁,1根鋼纖維砂漿加固試驗梁．梁的尺寸為b×h=100 mm×180 mm,l=2 000 mm；水泥采用P.O425，砂為中粗砂，石頭采用粒徑為5～20 mm的碎石，受拉鋼筋為 3?10光圓鋼筋，架立筋為2?6，箍筋采用直徑為6 mm一級光圓鋼筋(HPB235)，間距為100 mm．為研究純彎效果，梁純彎段只在梁底配置受彎縱筋，縱向配筋率ρ=1.3%，梁頂鋼筋均切除．為測定加載時RC梁底受拉縱筋的應變變化，在純彎段的受力鋼筋處貼上應變片．加固梁表面采取鑿毛處理后，采用三面包裹加固，加固層厚度為25 mm．施工完畢后養護28 d進行試驗．RC梁尺寸以及加固截面如圖2所示．

圖 2 RC梁尺寸和鋼筋構造以及加固截面示意圖

1.3 試驗方法及量測內容

以油壓千斤頂為加載設備，通過力分配梁將荷載分傳給試件，千斤頂放在構件的中間，試驗過程中用測力環測定荷載．試驗過程中鋼筋的應變測定采用江蘇東華DH3818靜態應變測試儀進行測定．加載采用分級加載的方式，每級加載后停留一定時間，再讀取鋼筋應變值，加載到梁屈服荷載后，采用跨中撓度控制等級加載．加載示意見圖3．在試驗過程中進行以下內容的量測：撓度測量，梁底受拉鋼筋應變測量，裂縫觀察．

圖 3 加載示意圖

2 試驗結果分析

對比梁L1呈現出普通適筋梁的破壞特征，先后經歷彈性工作階段、帶裂縫工作階段和鋼筋屈服后到梁破壞階段．

采用鋼纖維砂漿加固的L2梁與L1梁荷載撓度曲線類似，但開裂荷載提高較多，由于鋼纖維在裂縫處的拉扯作用，對裂縫的擴展起到很好的延緩作用．梁L2在同樣荷載下撓度要小于對比梁L1，表明梁剛度大于同荷載下的L1梁．

采用鋼絲網加固梁L3，開裂荷載有顯著的增加，之后裂縫的開展較慢，在梁的其他部位出現多條細小的裂縫；開裂后梁剛度有所變小，但相較于梁L1和梁L2，撓度要?。豢v向受拉鋼筋應變也比L1和L2梁小，這說明鋼絲網分擔了原鋼筋的部分荷載．試驗結果見圖4和表2.

圖 4 荷載撓度曲線

從表2的試驗數據可以看出，鋼絲網鋼纖維砂漿加固方法能提高加固梁的各項承載力，特別是開裂荷載最明顯，鋼纖維砂漿加固梁L2提高2倍，鋼絲網鋼纖維砂漿加固梁提高2.7倍；對于鋼纖維砂漿加固混凝土構件能顯著提高開裂荷載，但是對于屈服荷載和極限荷載提高不明顯，甚至和普通適筋梁相當，這主要是由于在開裂后鋼纖維砂漿基本退出工作，加固梁和普通梁受力性能相類似；L3梁相對于L1梁的屈服荷載和極限荷載在鋼絲網的參與下有所提高，但提高不多．

表2 試驗結果

Pcr表示開裂荷載試驗值，R為加固梁與對比梁的開裂荷載比值，Py表示屈服荷載試驗值，Pu表示極限荷載試驗值

3 極限荷載計算

梁達到屈服荷載后，隨荷載的增加，中和軸上升，力臂增加，彎矩略有增加，受壓區邊緣達到混凝土受壓極限壓應變，混凝土被壓壞，此時彎矩達最大值，隨后梁破壞，失去承載力．這就是鋼筋混凝土梁的第三工作階段，其最大彎矩即為梁正截面的極限承載力．此階段，鋼絲網和鋼筋均屈服，混凝受壓區達極限壓應變，受壓應力應變曲線比較飽滿，受拉區混凝土大部退出工作，在計算時不予考慮．在計算極限彎矩時，仿效普通鋼筋混凝土梁，將混凝土受壓區應力應變曲線等效為矩形應力分布．為簡化計算不考慮梁側加固筋的影響，等效后的矩形應力分布如圖5所示．

圖 5 梁截面矩形等效應力應變分布關系圖

梁截面軸向力的平衡條件為

α1fcbx=fyAs+fsmAsm,

式中，α1對于小于C50的混凝土取1.0．極限彎矩

式中：C為壓區混凝土合力，fy為鋼筋拉應力，fc為混凝土壓應力fsm為鋼絲網拉應力，x為混凝土矩形受壓區高度，h為截面高度，hsm為鋼絲網截面到梁頂高度，h0為鋼筋截面到梁頂高度，b為梁截面寬度As為鋼筋截面積，Asm為鋼絲網截面積計算值與試驗結果見表3． 表中未列出L2梁是由于不考慮加固砂漿層的影響，L2梁和L1梁受力狀況類似．從表中可以看到計算值小于試驗值，結果偏于保守，可能是在計算時沒有考慮梁側加固層的影響，有待進一步的研究．

表3 計算值與試驗結果

4 結論

1)對于鋼纖維砂漿加固鋼筋混凝土梁能較大幅度提高構件的開裂荷載，提高幅度為普通梁的2倍，能充分發揮鋼纖維的阻裂和延性優點，開裂后對于裂縫的擴展具有較好的減緩作用；配以鋼絲網的鋼纖維砂漿對梁開裂荷載能提高2.7倍．

2)鋼絲網鋼纖維砂漿加固的梁能提高梁的受彎承載力，屈服強度和極限強度分別是普通梁的104.9%和105.4%，但提高程度不多．

3)鋼絲網鋼纖維砂漿能有效抑制鋼筋混凝土梁的裂縫開展，加固梁與普通梁相比，裂縫形態出現細而密的特點；同樣的荷載下，加固梁的撓度要小于普通鋼筋混凝土梁，說明鋼絲網鋼纖維砂漿加固層能有效增大梁的剛度，減小變形．

[參考文獻]

[1] 卜良桃，周 靖，葉 蓁.混凝土結構加固設計規范算例.[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[2] 唐業清，萬墨林.建筑物改造與病害處理[M]．北京：中國建筑工業出版社，2000.

[3] 尚守平，曾令宏，彭 暉，等.復合砂漿鋼絲網加固RC受彎構件的試驗研究[J].建筑結構學報，2003,24(6)：87-91

[4] Sharma A K. Tests of reinforced concrete continuous beams with and without ferrocement [J].Concrete International, l992, 14(3):36-40.

[5] Mothana Ahmed AI—Kubaisy, Mohd Zamin Jumaa. Ferrocement lam inate strengthens RC beams [J]. Concrete International，2000, 22(6): 37-43.

[6] 葛 濤,譚可可,唐 廷,等.鋼纖維水泥基復合材料力學性能試驗[J]. 混凝土，2006(9):62-64.

[7] 許清風，傅傳國，蔣永生. 鋼纖維砂漿強度的試驗研究[J].東南大學學報(自然科學版)，1999,29(4)：1-4.

[8] 田 剛．鋼絲網鋼-聚丙烯混雜纖維增強水泥砂漿試驗研究[D]．武漢，湖北工業大學土木工程與建筑院，2012.