鋼筋網結合水泥基丙乳砂漿加固修復磚石砌體結構的試驗設計

李志強 胡慶龍 王 明 李牽慧 金 楠

（河北建筑工程學院 河北張家口 075000）

1 引言

目前由于遺存至今的磚石砌體建筑結構甚多，且在環境、荷載等因素（臺風和地震破壞、雨水侵蝕、廢氣蝕損、微生物破壞等）的長期作用，均使得墻體結構承載能力逐漸減退，結構本身已很脆弱亟需加固修復，另一方面，充分利用既有建筑物，開展既有建筑加固修復已日益得到重視，提出科學而安全的抗震對策，做好這些砌體建筑的維修和加固工作，具有重要的現實意義。

本研究基于砌體結構加固技術的現狀，結合近年來水泥基灌漿材料的開發應用和加固工程的具體實踐，提出采用雙面鋼筋網結合水泥基丙乳砂漿面層綜合加固修復磚石砌體結構的技術研究，根據相關規范的構造設計與分析，確定合理的研究方案，一方面可以進一步對丙乳砂漿材料性能及其配合比進行對比分析，進一步還可以研究其與鋼筋網綜合加固砌體效果，可以有效提高其承載能力并且方便實現砌塊墻體結構的快捷修復為今后的加固工程也可帶來相應的經濟效益，推動該領域的進一步發展。

2 國內外砌體結構加固方法簡析

目前國內外砌體結構常用的加固方法有：粘貼纖維復合材料加固法、拆砌或增設抗震墻加固法、修補和灌漿加固法、雙面鋼筋網水泥砂漿加固法、外加柱加固法、包角或鑲邊加固法、支撐或支架加固法、隔震和消能減震加固法。粘貼纖維復合材料加固法能夠改善墻體的抗震性能，但此法無法加強墻體間拉結和結構整體性，且溫度達到120℃時強度幾乎完全喪失。拆砌或增設抗震墻加固法能夠使墻體的承載力明顯改善，但前者需臨時支撐，施工麻煩；后者往往由于增設墻體影響房屋使用。外加柱加固法、包角或鑲邊加固法，一般是通過約束提高結構整體性，改善墻體的水平抗側性能。對于預應力撐桿加固法在砌體柱構件的承載力加固方面有著較為顯著的效果；對于應力狀態較為集中的構架而言較為適用。隔震和消能減震加固法是通過設置隔震層，將原先結構所承受的地震強度和能量集中到隔震層上，當地震發生時結構受力和變形不斷增大，耗能裝置處于彈性范疇內，首先消耗能量，使得原結構在經過減震裝置耗能之后，受到沖擊的能量得到大幅降低，從而達到抗震的目的。

3 鋼筋網-丙乳砂漿加固特性

水泥基丙乳砂漿是近年來建筑結構加固修復的新材料，其在粘結性能、抗裂性、防水性及耐磨性等方面存在較為明顯的優勢，相較于對應的樹脂基材料而言，其成本較低且耐老化、便于制作、工藝便捷，及質量可靠度高等優點。

鋼筋網結合砂漿面層加固砌體結構是目前應用較為廣泛且可靠度較高的加固技術之一，通過鋼筋、砂漿、原砌體構件的共同工作，可有效解決砌體結構的抗震構造問題，使得原砌體結構的整體性也能進一步提升。

鋼筋網結合水泥基丙乳砂漿加固相較于結合普通砂漿加固而言，構件在經過面層夾板墻加固后，墻體的抗拉強度有著一定量的提升，且其砂漿的收縮性較小，彈性模量有所降低，墻體的抗裂性明顯提高，而且丙乳砂漿與原結構的墻體、砂漿等老舊建筑材料的粘結力度比普通砂漿更強；同樣的砂漿使用期限內其便于施工操作，快捷修補，無毒害，成本較低，密封作用好，能夠進一步阻止鋼筋銹速率，防止墻體結構過快的發生剝蝕現象。除此之外，對于有裂縫的舊墻，丙乳砂漿在做抹面層加固的同時還可以做裂縫的修補，使得墻體的抗裂性、抗壓性均得到提升。

4 加固設計分析

為完成磚墻體加固設計對比分析，現做如下試驗設計：

4.1 試件設計

（1）丙乳砂漿與普通砂漿試塊設計為邊長70.7mm的立方體試塊，按照預先配置好的配合比，三件為一組在標準條件下養護28d，測定相應強度；

（2）T型磚砌體墻尺寸如圖1：（磚為普通黏土磚截面尺寸為：240×115×53）

圖1

在地震作用下，墻體節點及縱橫墻交接處為主要破壞點，由于T型墻體在縱橫墻交接處鋼筋網片斷開，為保證鋼筋在節點處連接穩定性，增設墻體節點構造柱，能夠進一步保證墻體的抗震性能。T型節點細部構造圖如圖2所示。

（3）鋼筋網配筋布置

夾板墻體的鋼筋按種類分有箍筋、墻體拉結筋、分布鋼筋、縱向受力鋼筋四類。除縱向受力鋼筋采用12mm外，其余鋼筋均采用6mm光圓鋼筋；

鋼筋網按照150×150的間距布置，鉆眼以梅花形布置，以布置墻體橫向拉結鋼筋，箍筋眼以150mm間隔布置，縱墻鉆眼分布如圖3所示。

4.2 試驗所控制的變量

圖2

圖3

表1

4.3 加載裝置

本次試驗采用低周反復加載，水平加載設備錨固在反力墻上。2個地錨螺栓用來固定基礎梁。TUTS電液伺服儀主要控制水平低周往復加載，加載力控制最大量程為500kN，位移控制最大量程為±150mm。豎向加載的液壓千斤頂的量程為1000kN，作用在分配鋼梁上。計算試件自重和加載設備的重量，計算加載值扣除試件自重和加載設備的重量。然后施加往復水平荷載，水平荷載由作動器提供，規定水平推力為正方向，拉力為反方向。水平力加載過程是分級加載，并通過液壓伺服加載系統自帶的測力傳感器控制其力值和位移值，將所測數據輸入電腦便可繪制荷載-位移曲線。

4.4 試驗加載制度

加載正式開始前，對試件進行預載，加載器位移為5mm，加載1～2次。加載過程中認真檢查測量儀器、采集儀器是否正常以及連接裝置是否安全。先施加豎向軸力加載，然后在水平加載，在水平加載過程中豎向壓應力取0.3MPa保持不變。采用位移控制法進行加載。

4.5 測點布置

具體測點布置如下：

（1）墻體砂漿面層與鋼筋的應變測點

試驗中，應變值由電阻式應變片測量，各應變片通過導線接到靜態電阻應變片儀上，由顯示器顯示出讀數。砂漿面層應變片在一側沿墻體對角線等距布置5個應變花，在另一側縱橫墻交接處兩墻體中間對稱布置4個應變花，鋼筋應變片分別在縱筋和橫向筋沿一條對角線分布。

（2）位移測點

為量測試件的水平側向位移，安裝3個位移計，沿試件高度安裝，地梁處安裝一個，以量測墻底位移；墻體1/3之一高度處安裝一個，墻體頂部安裝一個。

5 施工工序

首先按照150×150的間距彈線→鉆眼以梅花形布置→電動氣泵將鉆眼內的灰塵清理干凈，然后蘸取丙酮清洗鉆眼→植入墻體拉結鋼筋和構造柱的鋼筋→插入墻體的分布鋼筋、構造柱豎向鋼筋，后進行綁扎→外側將模板用鋼管等支撐穩固，注意在模板上預留灌注砂漿的口→水泥基丙乳砂漿灌注、振搗，遠離灌注口處模板上要留排氣觀察口，直徑15mm左右→2d后拆除模板，保養一周→進行加載試驗。

6 結束語

對于老舊砌筑墻體，先用灌漿材料對墻體裂縫進行處理，墻體的抗裂能力得到提高，然后采用增設墻節點處構造柱及墻面敷設鋼筋砂漿層的加固措施，綜合處理后，墻體的抗壓承載力、抗變形能力、抗震性等均得到顯著的提高。本文主要討論了鋼筋網結合水泥基丙乳砂漿加固磚石砌體結構的應用，并以T型墻體為例，給出了相關試驗方案的設計及其操作步驟，豐富了砌體墻節點區域加固設計，為推進砌體結構加固領域的綜合效益做進一步探索。

[1]廖書堂．夾板墻鋼筋布置探討[J].四川建筑科學研究，1980，6（4）：63～70.

[2]朱伯龍，吳明舜，蔣志賢．磚墻用鋼筋網水泥砂漿面層加固的抗震能力研究[J]．地震工程與工程振動，1984，4（1）：71～80.

[3]何烈奇.X形鋼筋網高強砂漿加固磚墻的實驗研究[D].浙江工業大學，2013.

[4]程紅強，杜小剛，侯超普.丙乳改性水泥砂漿試驗研究[J].混凝土，2010（5）：98～100.

[5]苗懷軍.淺談丙乳砂漿的特性及其應用[J].科研與推廣，2004，2（24）：33.

[6]陳慶華.鋼筋網（正交與斜放）水泥砂漿面層加固磚墻的抗震性能試驗研究[D].長安大學，2010.

[7]《砌體結構加固設計規范》（GB50702-2011）[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.