直接加固法修复钢筋混凝土结构的应用实例

                         作者：潘谷铭 沈海峰 胡炜波

【摘要】危房加固是根据破损原因和破损情况,选取适宜的加固方法,本文介绍采用增大截面法与碳纤维加固钢筋混凝土结构,保证房屋使用安全，达到实用的目的,为钢筋混凝土整体结构加固提供。
【关键词】碳纤维；增大截面法；加固修复；结构

【Abstract】According to the failure causes and failure conditions, the suitable reinforcedmethod should selected in order to reach teconomic and application purposes and to ensure the safety application of the buildings. The papermainly introduced the reinforced features of the  carbon fiber sheet (CFS) and the increasing cross sectionmethod to reinforce the concrete structure, which could provide the engineering  references for the reinforced method in the future.
【Key words】Carbon fiber sheet；Increased cross sectionmethod；Reinforcement and repair；Structure
        1. 前言随着化改造和维修加固蓬勃，加固这门新学科在我国发展异常迅速,在混凝土结构加固、危旧房改造及工程事故处理等大量的工程实践中,取得很大的成果。混凝土结构的加固分为直接加固与间接加固两类，设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法和配套的技术。本文采用加大截面加固法与碳纤维片材加固结构。
        2. 碳纤维加固碳纤维材料(CFRP)用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家，我国起步很晚，国家建筑诊断与改造工程技术研究中心引进开发了此项目，强高效，适用面广，质量易保证,施工便捷，工效高，没有湿作业，不需现场固定设施，施工占用场地少，耐腐蚀及耐久性能极佳。
        3. 工程实例加固方案湖州某服装有限公司职工公寓楼工程，主体结构(三层、四层)混凝土强度经建设工程质量监督站检测中心检测，未达到设计值，经建筑设计研究设计院对本工程进行验算，确定需进行加固处理。整体结构加固的施工顺序如图所示，另外，二/三/四层D轴原240mm砖墙改为120mm砖墙。
        3.1结构加固方案选择框架柱是受压构件,同时承受轴向力、弯矩和剪力作用。就破坏特性而言,它是由于钢筋或混凝土的强度达到极限而破坏的,但若柱的轴压比很大,当荷载超过其临界荷载后,构件就会发生失稳破坏。主要采用化学植筋增大截面法加固柱与梁。增大截面加固法是采用增大构件或建筑物的截面和配筋,以提高其强度、刚度、稳定性和抗裂性来满足构件正常使用要求的一种加固形式。框架梁在主要承受弯矩的阶段,有可能产生垂直裂缝,当荷载增大后,框架梁可能沿垂直裂缝发生正截面受弯破坏；在弯矩和剪力共同作用的区段内,框架梁常产生斜裂缝,随着载荷的增大,框架梁还可能发生斜截面破坏。综合考虑一层柱、二层柱、三层柱、四层柱采用化学植筋增大截面法加固，四层板、屋顶板采用碳纤维片材进行加固；所用材料采用混凝土强度等级C30；钢筋I级钢筋——HPB235级钢筋；II级钢筋——HRB级钢筋；其它铁件为Q235钢；碳纤维布型号为CFC2.235-010-100，其主要力学性能参数
        3.2梁柱加固工艺。梁柱加固示意图如图1所示，植筋工序为：植筋定位→在相应部位提供工作平台→凿除植筋部位混凝土保护层→钻孔→清孔→注胶→插筋→后续工序施工。其操作要点为:(1)钢筋表面应洁净，无损坏，油渍，铁锈等，在使用前清除干净，带有颗粒状或片状及老锈的钢筋不得使用，加工好的钢筋应平直，无局部曲折，现场安装钢筋时按设计图，钢筋表核对安装，专人复核。(2)受力钢筋保护层要先做好砂浆垫块控制，保证钢筋的正确位置。凡是采用焊接的钢筋接头，应按规定要求进行取样试验，同时钢筋焊接应检查焊条的合格证，附上焊条（剂）的合格证。(3)钢筋单面焊接，焊接长度不小于10倍钢筋直径。(4)楼板钻孔时，应进行放线定位，控制穿孔钢筋位于孔边，以便于混凝土能从孔中注入。(5)植筋工艺,植筋定位→在相应部位提供工作平台→凿除植筋部位混凝土保护层→钻孔→清孔→注胶→插筋→后续工序施工。
        3.3板的加固与操作要点
        3.3.1加固施工工艺与操作要点。板的加固一般采用板面加固的方法，碳纤维片材宜采用多条密布方案。因为板面上一般设计为40~50mm厚的垫层及15~30mm的面层，板面缺陷部分在垫层和面层范围内加固，既不影响使用，又比较经济，且施工方便。

        梁柱加固示意图其施工程序为:在板底中部，用顶撑作支撑以消除旧板厚挠度并承受施工荷载(顶撑沿次梁跨度方向每米设置一根); (1)混凝土基底处理，用钢凿、风镐或冲击钻等工具将板面有缺陷部分凿毛，凿毛深度一般为5mm左右，清扫后用高压水冲洗干净。缝宽小于0.20mm的裂缝，用环氧树脂进行表面涂抹密闭；大于或等于0.20mm的裂缝用环氧树脂灌缝；对贴片范围的定位，划墨线，按修复，补强设计要求进行；(2)涂底层涂料，用滚筒刷均匀地涂抹底层涂料；指触干燥时间因气温不同，一般在3h到1d之间变化；底层涂料固化后，在构件表面有凝结凸起时，要用砂纸磨光。磨光后若露触混凝土基面，应再补涂底层涂料；(3)构件表面的残缺修补，构件表面凹陷部位（蜂窝，麻面，小孔等）应用环氧腻子填平，修复至表面平整。内角（段差，起拱等）要用环氧腻子填补，使之平顺。在残缺修补中使用环氧腻子时，要在气温5℃以上，相对湿度RH＜85%的条件下施工。腻子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙纹，应再用砂纸打磨平整。(4)粘贴碳纤维片，贴片前应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸裁切碳纤维片，每段长度一般以不超过6m为宜。纤维片纵向接头必须搭接10cm以上。用罗拉（专用工具）沿着纤维方向在碳纤维片上滚压多次，使粘贴树脂充分渗浸入碳纤维束中；纤维片施工30分钟（根据干燥程度）后，用滚筒刷均匀涂抹粘结树脂，用脱泡罗拉沿纤维方向用力滚压2~3次，使纤维内部补充，渗浸粘结树脂；进行空鼓检查，并进行处理。(5)养护，粘结碳纤维片后，需养护24h达到初期固化，并应保证固化期间不受干扰；在每道工序以后树脂固化之前，宜用塑料薄膜等遮挡以防止风沙或雨水侵袭；碳纤维片粘贴后达到设计强度所需自然养护的时间需要1周。在此期间应防止贴片部分受到硬性冲击。
        3.3.2碳纤维片材锚固要点。    对于板，在碳纤维片材延伸长度范围内应通长设置垂直于受力碳纤维方向的压条。压条宜在延伸锚固长度范围内均匀布置，且在延伸长度端部必须设置一道。［3］每道压条的宽度不宜小于受弯加固碳纤维布条带宽度的1/2，压条的厚度不宜小于受弯加固碳纤维布厚度的1/2。当碳纤维布的延伸长度小于按公式（1）所得长度的1/2时，应采取可靠的附加机械锚固措施。  ld=Ecfεcf·Acfτcf·bcf（1） ld——碳纤维片材从强度充分利用截面向外延伸所需的粘结长度； εcf——充分利用截面处碳纤维片材的拉应变； τcf——碳纤维片材与混凝上间的粘结强度设计值，取0.5MPa；bcf——受拉面上粘贴的碳纤维片材的宽度；对板取1000mm板宽范围内粘贴的碳纤维片材宽度。
        4. 结论危房加固的方法很多,但首先是进行房屋安全鉴定检查、检测出房屋的破损情况,并查明原因，选取合适的加固方法, 本项目经现场检查，加固工程一次通过率达95%以上，个别有缺陷点经重新处理后均能达到质量验收标准。以达到既实用又能保证房屋使用安全的目的。

［1］杨勇新,王敬,张小冬.碳纤维布加固混凝土结构耐久性能初步研究［J］.港工技术,2002,(2):25-27.
［2］赵彤,郑宏,戴自强,等.碳纤维布增强钢筋混凝土柱正截面承载力的试验研究［J］.建筑结构, 2000, 30(7): 35~39.
［3］CECS25-90,混凝土结构加固技术规范［S］.
［4］万墨林,韩继云.混凝土结构加固技术［M］.北京:建筑出版社.