浅谈混凝土结构加固方法与技术
2015-06-09
前言
随着建筑结构使用期限的增加，建筑物也逐渐出现功能性改变， 如接建、增加荷载等，或出现质量问题，如配筋不足、灾后修补、混凝土强度不够等，而要保证结构的安全使用，必然结构的加固就成为一项重要的工作。它可以使受到损害的结构构件恢复原有的结构功能或在已有结构基础上提高其结构构件的抗力能力，以满足新的使用条件下结构功能的要求。优秀的加固具有施工作业方便、施工技术先进、经济效果好、加固质量高等方面的特点。 因此，对混凝土结构加固方法和技术的研究及探讨，已经成为我国对现有建筑物实施管理的一项主要工作。
1. 客观原因
在建筑施工中，比较传统的加固施工方法就是加大截面法。该方法是在原有构件表面新作钢筋混凝土或钢筋网砂浆层，用以增大原构件的截面面积，达到提供结构承载能力的目的。这种施工方法具有简单方便、施工面广的特点，适用于多数建筑的混凝土加固。在进行施工的过程中，在设计和施工方面必须解决好新加部分与原有部分的协调一致。在近年来的实践中证明，加固结构在受力的过程中，新旧混凝土的结合面会出现各种复杂的应力，其中剪力和拉力是最主要的表现。受力的薄弱环节通常是新旧面的结合部分，一旦界面开裂，将导致新旧两部分过早分离而单独受力，降低结构的整体刚度和承载能力，直接影响加固补强的效果。研究新旧混凝土界面的粘结性能，建立新的计算理论和方法，改进新旧混凝土界面的粘结工艺做法，不仅有重要的工程应用价值，而且对推动建筑加固改造业的发展有着重要的现实意义。
（1）植筋技术在加大截面法中的应用
在我国的工程建设中，化学植筋作为一种后锚固连接技术应用比较广泛，它是在已有混凝土构件或构件上，以适当的孔径和深度钻孔，然后用化学胶粘剂一锚固较，将带肋钢筋或长螺杆植入混凝土中，以达到与原结构构件可靠连接的目的。化学植筋是利用化学胶粘剂的粘结力和锁键作用使植筋与混凝土牢固粘结，使作用在植筋上的力通过化学胶粘剂传递到已有的结构上。工艺简单、锚固快捷、安全可靠是化学植筋优点，因而在结构加固、补强、新旧构件连接、补埋钢筋、后埋钢构件等方面得到了广泛的应用。
（2）植筋的设计与施工
锚固较、锚筋、混凝土基材是植筋的主要材料。通常情况下，植筋破坏的情况主要有以下几种：植筋周围混凝土锥体在较大的边距和中距情况下遭到破坏；植筋与混凝土连接部位的粘结破坏；植筋拉断或者剪断；植筋周围混凝土劈裂在较小的边距情况下破坏。
2.常规加固方法
（1）加大截面法
加大截面就是在原构件的表面浇一层新的混凝土并补加钢筋，达到提高建筑物构件承载能力的目的。使用这种方法时，混凝土结构与新混凝土接触的表面凿毛，并且每隔一定距离要凿槽，在新浇混凝土层中加配箍筋及钢筋。新浇混凝土的强度等级比原混凝土强度高一级，石子最大粒径不宜超过新浇混凝土最小厚度的一半及钢筋最小间距距3/4。加固配筋采用钢筋，必要时再用角钢或钢板。根据混凝土的结合情况，加大后的截面分为新旧混凝土截面独立工作和整体工作两种情况。此法的优点是容易施工，适用范围广。缺点是相比较而言操作现场湿作业工作量大，养护时间较长，且嵌入的钢筋锈蚀和混凝土劣化的质量是存在很大问题的。
（2）灌浆加固法
当混凝土建筑物由于本身有裂缝，需要对裂缝进行修补，此时可进行灌浆加固，一般采用密封剂灌浆及结构粘合剂加固修补，在不影响生产使用的情况下可以达到预期的强度，延长结构的适用寿命，施工快捷方面，不需要大型机械作业，加固效果安全可靠。可根据裂缝情况、灌入状况来调整压力，细微裂缝均可修补，可以直接用眼观察来控制灌入量。适用于工业民用交通建筑，桥梁、隧道、堤坝等。
3.新型加固方法设计
（1）绕丝加固法
绕丝加固法就是根据混凝土三向受力可以将其单轴抗压强度大幅提高，对于受压柱可使用Φ4退火钢丝横向缠绕构件，将其强度大幅度提升。根据梁的受剪区斜向箍筋受力相比较竖向箍筋受力较为优越的道理，可以在梁外进行竖向绕筋或者斜向绕筋，将其抗剪强度进一步提高。正常情况下，使用Φ4 冷拔钢丝退火后在进行绕丝，间距在5～40mm之间。
（2）钢筋粘贴加固法
钢筋粘贴加固法就是将钢筋粘贴在混凝土构件原有配筋表面也可将其粘贴在混凝土内部的一种加固方法。当混凝土构件钢筋保护层发生脱落，胀裂或被腐蚀破坏的现象时，可直接将加固钢筋粘贴在原有混凝土构件配筋表面；如果当保护层混凝土比较完好或原配筋位置不易测准时，可在混凝土构件的表面切1~ 2.5 cm 的缝或槽，将钢筋粘贴在缝内或槽内，以达到预期的效果。通过结构粘接剂传递应力是粘筋加固的主要途径。粘筋加固具有以下特点：① 混凝土原构件的截面外形尺寸和自重在加固后并没有增大；②加固钢筋与原有配筋距离较近协调性能好；③对原混凝土构件的损伤较小。该方法主要适用于：①混凝土原构件出现碳化、腐蚀、锈蚀比较严重的现象；②因荷载改变从而使原配筋受影响而不能满足受力要求；③原混凝土构件配筋位置不当。
（3）聚合物浸渍法
聚合物浸渍法就是以普通混凝土为基材，添加有机单位为浸渍液渗入混凝土内部并且聚合而成的一种复合型的加固材料。聚合物浸渍混凝土可将混凝土基材的性能进行有效的改善，可将其强度增加到原有的几倍，同时将其抗渗性与耐化学腐蚀性也提高了几倍。该方法使用过程中由于有机单体渗入混凝土内部，并且聚合后将混凝土原有的空隙填满，使混凝土的微观力学结构进行了大幅度的提高。聚合物浸渍混凝土加固技术应该归属于化学加固技术，该方法具有：①在加固过程中对原混凝土构件无任何损伤，其承载力无任何衰弱现象，极为安全可靠；②由于加固材料是渗入混凝土内部的，所以无任何应力滞后问题；③原构件外形尺寸无任何改变。
（4）碳纤维加固法
碳纤维加固法修补混凝土结构所用材料主要需要两种：碳纤维材料与粘贴用树脂。该方法的优点为：① 高强度、高效率，可以将混凝土构件的承载力和延性提高数倍；②工效高并且施工便捷，没有湿作业；③耐腐蚀性及耐久性比较强，常温的酸、碱、盐对其无任何影响；④在不改变结构尺寸及外观的状态下，适用面非常广；⑤可以高效保证施工质量；⑥自重量小。缺点为：①在施工规范及设计标准上缺少可行性依据；②对施工人员的技术要求比较高。
3. 结语
我国是一个发展中国家，按照混凝土结构老化的规律，我国需要加固的结构逐年增多，，在实际工程中，遇到加固混凝土结构的问题，需要根据不同的结构部位，不同的使用要求，来进行加固方法的选择以及加固方案的具体设计。随着建筑科学技术的不断进步，新型建筑材料不断出现，更好的加固方法将会有更大拓展，因此加固方法的选择范围也将具有更为广泛的空间。
