摘　要:結(jié)合某商貿(mào)城加固的工程實(shí)踐, 介紹了化學(xué)灌漿和外包碳纖維布在加固混凝土梁過(guò)程中的技術(shù)處理措施和設(shè)計(jì)計(jì)算,以供同類工程參考.

關(guān)鍵詞:化學(xué)灌漿;碳纖維布;加固;鋼筋混凝土梁

中圖分類號(hào): TU312+ . 3　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B

1　工程概況

　　某商貿(mào)城為框架- 剪力墻結(jié)構(gòu),建筑層數(shù)為十三層,該工程于2003年底主體完工. 框架主梁截面尺寸450 mm ×1 000 mm,跨度為11. 6 m,混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C30,其中部分框架主梁拆模后,發(fā)現(xiàn)梁端及跨中出現(xiàn)數(shù)條橫向裂縫,裂縫寬度約0. 1～0. 2 mm,且已基本穩(wěn)定;梁端及中部次梁兩側(cè)出現(xiàn)數(shù)條明顯的斜向裂縫,裂縫寬度約0. 1～0. 3 mm,裂縫擴(kuò)展延伸到超過(guò)1 /3 梁高的位置,而且該梁的剪跨比大于3,斜裂縫已明顯影響到梁的斜截面受剪承載力;梁腹部還有一些因混凝土干縮和溫度等原因產(chǎn)生的裂縫,裂縫不貫穿且高度不大,見圖2、圖3.

　　經(jīng)調(diào)查及對(duì)原設(shè)計(jì)復(fù)查,發(fā)現(xiàn)框架梁開裂的主要原因有以下幾方面: 1)梁正截面和斜截面承載力雖基本滿足規(guī)范要求,但沒有富余; 2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采用綜合法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),第六層與第八層框架梁混凝土強(qiáng)度推定值分別為29. 0 MPa、24. 0 MPa,不能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C30的要求; 3)隔墻由泡沫混凝土砌塊改為空心磚,荷載增加; 4)拆模過(guò)早,施工荷載較大,施工過(guò)程中鋼筋綁扎不夠規(guī)范. 鑒于上述情況,根據(jù)文獻(xiàn)[ 1 ]的相關(guān)要求,需要對(duì)這些框架梁進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)處理.

2　加固方案

　　經(jīng)綜合考慮,確定使用化學(xué)灌漿和碳纖維布對(duì)梁進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng),制定如下加固方案:

　　1)對(duì)于斜向裂縫,先采用化學(xué)注漿加固,再采用碳纖維布補(bǔ)強(qiáng);

　　2)對(duì)于梁端及跨中出現(xiàn)橫向裂縫,由于沒有發(fā)展跡象,不會(huì)顯著影響構(gòu)件承載力或結(jié)構(gòu)安全,并且構(gòu)件的使用環(huán)境良好,因此只需先用環(huán)氧樹脂將其封閉,再采用碳纖維布補(bǔ)強(qiáng);

　　3)對(duì)于因混凝土干縮和溫度原因產(chǎn)生的裂縫,不需要加固.

3　化學(xué)灌漿修補(bǔ)加固的設(shè)計(jì)和施工

3. 1　灌漿材料

　　根據(jù)斜裂縫細(xì)而深的特點(diǎn),采用甲基丙烯酸甲脂灌漿,該材料不僅可灌性好,而且擴(kuò)散能力強(qiáng),可用于裂縫寬度≥0. 05 mm的裂縫補(bǔ)強(qiáng),又由于其固化物強(qiáng)度高,與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度高,因此能充分恢復(fù)混凝土的整體性. 灌漿材料配合比設(shè)計(jì)見表1.

表1　灌漿材料配合比

Table 1　M ix ra tio of grouting ma ter ia ls

3. 3　灌漿步驟

1)清縫

　　用鋼絲刷等工具,清除裂縫表面的塵土、浮渣、松散層及污物等,然后再用刷子蘸酒精、甲苯等溶液清洗混凝土表面并保持清潔、干燥.

2)埋設(shè)灌漿嘴

　　沿裂縫按200～350 mm間距埋設(shè)灌漿嘴[ 2 ] 埋設(shè)時(shí)先在灌漿嘴底盤上抹一層厚約1 mm的環(huán)氧樹脂膠泥,再將灌漿嘴的進(jìn)漿孔騎縫粘貼在預(yù)定位置.

3)封縫

　　采用環(huán)氧樹脂膠泥封閉,先在裂縫兩側(cè)(寬20～30 mm)涂一層環(huán)氧樹脂基液,后抹一層厚1 mm左右,寬20～30 mm的環(huán)氧樹脂膠泥,抹膠泥時(shí)應(yīng)防止產(chǎn)生小孔和氣泡,盡量使刮面平整,保證裂縫封閉可靠.

4)漿液配制

　　按漿液的凝固時(shí)間和進(jìn)漿速度來(lái)確定漿液一次的配備數(shù)量.

5)灌漿

　　接好灌漿管,打開轉(zhuǎn)芯閥,先用壓縮空氣將裂縫吹干凈. 然后根據(jù)裂縫區(qū)域的大小確定灌漿的方式、次序,在一條裂縫上灌漿,應(yīng)由梁端開始向中部推進(jìn). 灌漿壓力可試用0. 05～0. 1 MPa,壓力調(diào)整時(shí)應(yīng)逐漸升壓,不可驟然加壓. 灌漿時(shí),應(yīng)待下一個(gè)排氣嘴出漿時(shí)立即關(guān)閉轉(zhuǎn)芯閥. 灌縫結(jié)束后,拆下灌漿嘴,用環(huán)氧樹脂膠泥將灌漿嘴處封口.

4　框架梁碳纖維補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)

　　框架梁截面尺寸450 mm ×1 000 mm, 根據(jù)檢測(cè)報(bào)告,混凝土強(qiáng)度等級(jí)按C25取值, 考慮到混凝土強(qiáng)度等級(jí)的降低和隔墻荷載的增加, 經(jīng)計(jì)算得知, 框架梁正截面承載力需要提高10%左右, 梁端由隔墻荷載增加引起的剪力增加約25 kN.

4. 1　材料特性

　　1)本工程使用的碳纖維布其主要性能指標(biāo)要求見表2.

表2　碳纖維布主要性能指標(biāo)

Table 2　Pr imary performance of CFRP

　　2)粘貼用樹脂其主要性能指標(biāo)見表3.

4. 2　框架梁斜截面補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)

　　1) 確定碳纖維布需承擔(dān)的剪力Vbcf需要碳纖維布承擔(dān)的剪力來(lái)源有: (1) 因混凝土強(qiáng)度降低引起(V1 ) ; (2) 隔墻荷載增加(V2 ) .V1 = 0. 7 ( ft - f′t ) bh0= 0. 7 (1. 43 - 1. 27) ×400 ×960 ×10- 3= 43kNV2 = 25kNVbcf = V1 +V2 = 43 + 25 = 78kN

　　2）確定碳纖維片材的應(yīng)變?chǔ)?I>cfv根據(jù)文獻(xiàn)[3 ]

　　其中:梁受剪計(jì)算截面的剪跨比λb > 3,取λb= 3.碳纖維布的極限拉應(yīng)變

 　　3) 確定碳纖維布受剪承載力根據(jù)文獻(xiàn)[3 ]

　　其中:< = 0. 85 (U型粘貼)ηcf = 1 (粘貼層數(shù)為一層)

　　碳纖維布條帶寬度wcf = 200 mm;

　　碳纖維布厚度tcf = 0. 25 mm;

　　碳纖維布彈性模量Ecf = 2. 35 ×105 MPa;

　　側(cè)面粘貼碳纖維布的高度hcf = 880 mm;

　　碳纖維布凈間距scf = 300 mm;

　　抗剪承載力滿足要求. 施工工藝見圖1、圖2.

4. 3　框架梁正截面補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)

　　根據(jù)文獻(xiàn)[ 4 - 5 ]采用等強(qiáng)度替代法,粘貼三層200 mm寬, 0. 25 mm厚碳纖維布來(lái)補(bǔ)強(qiáng)框架梁正截面.

Acf ×fcfk / k = As fy

　　其中:碳纖維布截面面積

Acf = 3 ×200 ×0. 25 = 150 mm2

　　碳纖維布設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度fcfk = 3 500MPa,折減系數(shù)k = 2HRB335級(jí)鋼設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度fy = 300MPa經(jīng)計(jì)算得到As = 875 mm2 , 框架梁底部原有鋼筋14　25,配筋面積為6 860 mm2.875 /6 860 = 12. 8%正截面承載力滿足要求. 施工工藝見圖3.

圖1　粘貼型式

Fig. 1　Bond types of CFRP

5　碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固施工工藝及步驟

5. 1　施工工藝

5. 2　施工步驟

1) 施工準(zhǔn)備

　　首先應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)和被加固構(gòu)件的實(shí)際情況,制定相應(yīng)的施工方案和施工計(jì)劃,再按加固設(shè)計(jì)放線定位,同時(shí)準(zhǔn)備所需的材料、機(jī)具等.

2)表面處理

　　先清除被加固構(gòu)件表面剝落、疏松及蜂窩等劣化混凝土,清除表層的浮漿、油污等雜質(zhì),露出混凝土結(jié)構(gòu)新面,然后用修補(bǔ)材料將構(gòu)件表面修復(fù)平整,再將欲粘貼碳纖維布處的混凝土表面打磨平整,轉(zhuǎn)角部位要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀,圓弧半徑應(yīng)不小于20 mm[ 6 ] . 最后將混凝土表面清理干凈并保持干燥.

3)涂刷底層樹脂

　　按產(chǎn)品供應(yīng)商提供的使用說(shuō)明配制底層樹脂,再用滾筒將底層樹脂膠均勻涂于混凝土表面,需在底層樹脂表面指觸干燥后進(jìn)行下一步工序.

4)找平處理

　　按產(chǎn)品供應(yīng)商提供的使用說(shuō)明配制修補(bǔ)樹脂,對(duì)底層樹脂表面凹陷部位采用修補(bǔ)樹脂找平,特別是轉(zhuǎn)角處要用修補(bǔ)樹脂修復(fù)為光滑的圓弧,圓弧半徑應(yīng)不小于20 mm. 等修補(bǔ)樹脂表面指觸干燥后進(jìn)行下一步工序.

5)粘貼碳纖維布

　　按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布,按產(chǎn)品供應(yīng)商提供的使用說(shuō)明配制浸漬樹脂,并均勻涂抹于欲粘貼的部位,將碳纖維布粘貼在浸漬樹脂上,邊貼布邊用專用輥筒順著纖維方向多次輥壓,排除氣泡,并使浸漬樹脂充分滲透碳纖維布. 輥壓時(shí)不得損傷碳纖維布. 多層粘貼重復(fù)上述步驟,但應(yīng)該在上一層纖維布上浸漬樹脂指觸干燥后進(jìn)行.粘貼完成后,再在最后一層碳纖維布表面涂刷一層浸漬樹脂并灑上一層細(xì)砂.

6　結(jié)束語(yǔ)

　　為了檢測(cè)加固后結(jié)構(gòu)的使用性能,業(yè)主委托某具有資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn),檢測(cè)荷載為恒載2. 0 kN /mm2、活載2. 0 kN /mm2 ,用袋裝河砂模擬均布荷載. 測(cè)試結(jié)果顯示:梁腹部加固部分未發(fā)現(xiàn)新增斜向裂縫,舊裂縫基本無(wú)發(fā)展;橫向裂縫略有發(fā)展,其中梁端裂縫寬度約0. 15～0. 22 mm,跨中裂縫寬度約0. 13～0. 18 mm,但所有裂縫寬度均小于規(guī)范允許值0. 25 mm. 最大撓度為5. 8mm,位于框架梁跨中,小于規(guī)范允許值38. 7 mm. 檢測(cè)結(jié)論為:該結(jié)構(gòu)能夠滿足承載力和正常使用要求.

　　本工程加固后于2004年5月交付使用,框架梁至今未發(fā)現(xiàn)新增裂縫,撓度也未發(fā)現(xiàn)明顯變化,這說(shuō)明加固后的框架梁在長(zhǎng)期荷載作用下能夠滿足正常使用功能要求.

參考文獻(xiàn):

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　　[2] CECS25: 90混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范[S]. 北京:中國(guó)計(jì)劃出版社, 1990.

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　　[4] 曹雙寅. 結(jié)構(gòu)可靠性鑒定與加固技術(shù)[M]. 北京:中國(guó)水利水電出版社, 2001.

　　[5] 王　赫. 建筑工程事故處理手冊(cè)[M]. 二版. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2002.

　　[6] 趙　彤,謝　劍. 碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固混凝土結(jié)構(gòu)新技術(shù)[M]. 天津:天津大學(xué)出版社, 2001.