超高性能混凝土在房屋建筑加固中的應用

摘 要：本文研究了溫控抗裂劑對UHPC力學性能和水化進程的影響規律，闡述了UHPC在房屋建筑加固施工中的應用。結果表明：4%摻量的溫控抗裂劑對抗壓強度有一定的負面影響，提高了UHPC的抗拉強度，使UHPC放熱平緩。利用UHPC加固某房屋建筑墻體承載力顯著提升，無裂縫出現。

關鍵詞：超高性能混凝土；力學性能；水化進程；房屋建筑文章編號：2095-4085（2024）06-0079-03

0 引言

近年來，隨著使用年限的增長和服役環境的侵蝕加劇，國內部分房屋建筑結構受壓承載力和抗震性能下降，無法滿足規范要求。目前主要利用ECC面層加固法等進行加固，效果不明顯［1］。目前，亟需尋找一種高強、高耐久的材料進行房屋建筑結構加固。

超高性能混凝土（UHPC）力學性能優異，耐久性高，受到了廣泛關注。位三棟［2］發現UHPC加固的磚砌體墻試件承載力提升130%，加固面層與墻體粘結性能良好。鄭七振［3］等發現UHPC提高了抗震性能。UHPC應用于房屋建筑加固前景良好，但UHPC水化放熱更為集中，易產生溫差裂縫［4-5］。如何抑制UHPC的溫差裂縫是目前需要解決的難題之一。

本文選用溫控抗裂劑來改善UHPC的集中放熱問題，研究了溫控抗裂劑對UHPC抗壓和抗拉強度的影響，探明了含溫控抗裂劑UHPC的水化放熱過程，并以某房屋建筑結構加固工程為例，驗證了UHPC的加固效果。

1 試驗部分

1.1 原材料

UHPC所用原材料為PO52.5普通硅酸鹽水泥、硅灰SiO2含量≥95%、20～80目石英砂、鍍銅平直型鋼纖維（長13mm， 直徑0.2mm）、聚羧酸型高性能減水劑、城市自來水以及溫控抗裂劑（含一定量的有機纖維、 有機物和膨脹劑）。

1.2 UHPC的制備

每方UHPC的配合比為：水泥700kg、硅灰200kg、石英砂1 000kg、減水劑25kg、鋼纖維180kg、水170kg。溫控抗裂劑摻量分別為0%、2%（18kg）和4%（36kg）。

1.3 試驗方法

UHPC的抗壓強度依據GB/T 50081-2019進行；抗拉強度參考T/CECS 10107-2020進行。水化產物通過X射線衍射測試（XRD）定性分析；水化過程通過等溫微量熱儀測試。

2 結果與分析

2.1 溫控抗裂劑對超高性能混凝土力學性能的影響

不同摻量的溫控抗裂劑對UHPC試塊抗壓強度和抗拉強度的影響如圖1所示。從圖中可知，UHPC抗壓強度可達136MPa。此外，隨溫控抗裂劑摻量的增加，UHPC在同齡期的抗壓強度均有所下降，但下降幅度不明顯，基本在5%內。溫控抗裂劑顯著提高了UHPC的抗拉強度。當其摻量為4%時，抗拉強度為11.57MPa， 對照組的抗拉強度為8.6MPa， 提高了34.5%。

2.2 溫控抗裂劑對超高性能混凝土水化放熱的影響

含溫控抗裂劑UHPC的水化反應進程如下圖2所示。溫控抗裂劑對UHPC的水化放熱曲線有顯著的影響。對照組UHPC的熱流曲線基本符合三個階段的特征，而摻加了溫控抗裂劑后，第二階段的放熱峰明顯平緩，表明水化反應不集中，呈現典型的緩慢放熱特征，有利于抑制UHPC澆筑件整體溫度的上升趨勢，從而減少裂縫的出現。總熱量圖表明，溫控抗裂劑對UHPC的總放熱量有明顯的降低作用，摻加了4%溫控抗裂劑的UHPC放熱量為118.1J/g，下降幅度為16.1%。綜上所述，溫控抗裂劑改變了UHPC的水化放熱過程，平緩放熱，降低了總放熱量，有利于控制房屋建筑加固中UHPC開裂的風險。

2.3 超高性能混凝土在房屋建筑加固中的應用

利用制備的UHPC進行房屋建筑加固，如圖3所示。首先在房屋側面架設模板，將UHPC漿體倒入模板中，分多次進行，盡量減少水平分層。注意控制UHPC攪拌和澆筑的速率，保證攪拌-澆筑一體化進展。通過覆蓋土工布并不斷散水的方式進行UHPC養護。

UHPC加固房屋墻體后沒有出現可視化的裂縫，表明溫控抗裂劑改善了UHPC的溫差裂縫問題，使用效果良好。此外，UHPC加固后的房屋墻體承載力由之前的230kN/m提高到900kN/m，承載力大幅提升，表明UHPC有顯著的加固效果，可以應用在常規的房屋建筑加固中。本文制備的UHPC為下一步房屋建筑加固施工提供了一種新的解決辦法。

3 結語

（1）UHPC的抗壓強度隨溫控抗裂劑摻量增加有所下降；抗拉強度顯著提升，相比對照組提高了34.5%。

（2）摻加溫控抗裂劑的UHPC水化放熱平緩，總熱量明顯下降，有利于抑制溫差裂縫的出現。利用改進的UHPC加固房屋建筑有良好的加固效果。

參考文獻：

［1］鄧明科，樊鑫淼，高曉軍，等.ECC面層加固受損磚砌體墻抗震性能試驗研究［J］.工程力學，2015，32（4）：120-129.

［2］位三棟，馬躍強，彭斌，等.超高性能混凝土加固歷史保護建筑磚砌體承重墻性能試驗研究［J］.建筑結構學報，2018，39（S2）：284-289.

［3］鄭七振，房明超，彭斌，等.歷史建筑砌體墻加固試驗抗震性能研究［J］.工業建筑，2019，49（11）：169-176.

［4］中國混凝土與水泥制品協會超高性能水泥基材料與工程技術（CCPA-UHPC）分會.2022年中國超高性能混凝土（UHPC）技術與應用發展報告（上）［J］.混凝土世界，2023（7）：19-27.

［5］中國混凝土與水泥制品協會超高性能水泥基材料與工程技術（CCPA-UHPC）分會.2022年中國超高性能混凝土（UHPC）技術與應用發展報告（下）［J］.混凝土世界，2023（8）：18-23.