结构加固新概念

四、复合砂浆钢筋网薄层加固混凝土结构湖南大学尚守平2009.3.背景背景我国建国已超过50年，大量的桥梁结构和建筑结构进入中老年期，需进行维修加固。对已建好的各类建筑物、构筑物进行维修、加固，保持其正常使用功能，延长其使用寿命，对我国而言，不但可以节约投资，而且能够减少土地的征用，对缓解日益紧张的城市用地矛盾有着重要的意义。建筑物需要进行结构加固主要有以下原因：设计不当；施工过程中出现问题；使用要求或作用荷载发生改变；建筑物的老化、腐蚀、损伤积累、火灾、地震、战争等灾难性影响在结构加固修复领域，目前常用的直接加固法主要有粘贴CFRP、粘贴钢板以及加大截面法。前两种方法有许多优点，但均采用有机结构胶粘贴，而有机结构胶有其致命的弱点，即在温度达60°C以上时开始软化，强度和刚度急剧下降，不利于耐火及高温环境，且有机物质对室内环境存在空气污染问题，故使用范围受到一定限制。加大截面法虽然不存在上述问题，但却不具备前述两种方法基本不增加构件尺寸的优点。CFRP–碳纤维增强塑料CarbonFiberReinforcedpolymer采用有机结构胶粘贴，而有机结构胶有其致命的弱点，即在温度达60°C以上时开始软化，强度和刚度急剧下降，不利于耐火及高温环境，且有机物质对室内环境存在空气污染聚合物砂浆钢丝绳网加固法聚合物砂浆——有机物成分为主的一种加固用砂浆。（老化、污染）钢丝绳网——高强、卷曲（弹性摸量与普通钢材差不多、施工时须蹦直）价格——较高相对特点——粘聚强度高，与被加固构件黏结好。高能性水泥复合砂浆是以硅酸盐水泥和高性能混凝土掺合料为主要成分及外加剂和少量，加水和砂（粒径D≤2.5mm）拌合而成的一种具有良好工作度的砂浆，硬化养护有机纤维至设计强度后，具有高强度、低收缩、高抗裂性、密实性好，并与原构件混凝土表面有较高的粘结强度。它是一种不同于普通水泥砂浆的加固用特种砂浆。HPFL——高性能水泥复合砂浆薄层HighPerformanceFerro-cementLaminate钢筋高性能水泥复合砂浆用的钢筋应优先选用HRB335级热轧带肋钢筋或HPB235级（Q235级）的热轧钢筋；当有工程经验时，也可使用HRB400级或RRB400级的热轧带肋钢筋；优先选用HRB335级热轧带肋钢筋或HPB235级（Q235级）的热轧钢筋是考虑到在使用荷载下钢筋的应力不可能太高，否则结构的裂缝会过大，影响正常使用功能和耐久性。HPFL加固法工艺简单，施工方便,加固构件性能可靠可装在任意冲击电锤上的凿毛件HPFL加固混凝土结构的特点：1)环保节能性能好。目前结构加固修复使用了大量的有机结构胶，这些有机结构胶会长期逸出有害气体，对于室内环境有很大污染，对人体健康也不利。高性能复合砂浆是无机材料，用HPFL对危、旧房屋建筑加固修复，不会逸出有害气体，不会对环境和人体健康产生影响。2）防火性能好。目前应用较广的粘纤维增强复合材料加固法中，结构胶均采用以环氧树脂为主剂，环氧树脂在温度大于60度时会呈现软化现象，而建筑物外部，特别是桥梁一般受到阳光直射，外部温度大于60度的可能性很大，不利于采用树脂胶作粘贴剂，而且结构胶作为有机材料，对防火十分不利。用HPFL加固，其成分都是无机材料，对高温的影响不敏感，有利于防火。其主材之一的钢筋，一般采用普通钢筋，具有很好的延性，抗震性能好。•3）耐久性能好。高性能复合砂浆的主要成分属无机胶凝材料，与混凝土材性十分接近，故不会形成材质不相容的隔离界面，不会产生相互排斥。砂浆与原混凝土的毛细管能相互连通，渗透性好，并且水泥胶体有自愈合的功能，与基材的协调性好，因此比有机加固材料的抗老化、耐久性更好。使用该种加固修补方法对结构进行处理后，不需要像采用粘钢法所需要的定期防锈维护，节省了大笔维护费用，•4）经济适应性强。HPFL加固混凝土结构，是一种有效的加固方法，该方法几乎不增大构件的重量与截面尺寸，工艺简单，施工便捷，施工质量容易保证；经济效益好，价格便宜，与粘纤维增强复合材料加固法相比，每平米HPFL的价格是碳纤维的1/5～1/8；而且其本身可以起到对内部混凝土结构的保护作用，达到双重加固修补的目的，节省了大笔维修费用。•（2）建设部工中国程建设标准化协会委托湖南大学编制《HPFL加固砼结构规程》外加剂结构加固用复合砂浆中，一般应掺加矿物外加剂、膨胀剂、化学外加剂和纤维。复合砂浆用的外加剂可采用矿物外加剂、膨胀剂、化学外加剂、聚合物乳液和可用分散聚合物胶粉。为保证高性能水泥复合砂浆和原构件的可靠粘结，应在界面剂涂刷后初凝之前压抹复合砂浆。复合砂浆用界面处理剂，一般应采用水泥基界面处理剂。采用的水泥为普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥。最近，美国ACI提出了在钢筋混凝土结构的表层配筋技术(Skinreinforcement)。在钢筋混凝土结构的表层配筋可大大增强混凝土构件的抗裂能力和耐久性，提高结构钢筋的使用强度。钢筋网25mm200-300mm复合砂浆钢筋网薄层HPFL•相关论文发表情况[1]钢筋网水泥复合砂浆加固RC偏心受压柱的试验研究.建筑结构学报，2005，26（2）（EI收录）[2]一种适用于钢丝(筋)网水泥加固RC结构的纤维增强复合砂浆和界面剂.土木工程学报，2005，38（5）[3]钢筋网复合砂浆加固钢筋混凝土方柱抗震性能的研究.建筑结构学报,2006年8月，27（4）[4]ExperimentalInvestigationIntoTheStrengtheningOfRCColumnsUsingCompositeMortarLaminatesReinforcedWithMeshReinforcements.ACIspecialpublication.[5]钢丝网复合砂浆加固RC梁二次受力受弯试验研究.建筑结构学报，2005，26（4）[6]钢丝网复合砂浆加固混凝土受弯构件非线性分析.工程力学，2005，（6）[7]钢丝网水泥砂浆片材用于结构加固的研究综述.建筑结构,2004，34（3）：7－11[8]钢筋网复合砂浆加固受弯足尺RC梁二次受力试验研究，建筑结构学报，2006，27（5）[9]复合砂浆钢筋网加固抗弯RC梁的非线性分析，工程力学，2006（9）[10]销钉在钢筋网水泥复合砂浆加固混凝土构件中的性能研究，建筑结构，2006（3）[11]国内外关于钢丝网水泥砂浆用于RC结构加固的研究.世界地震工程，2004，20(2)[12]高性能复合砂浆高温后的抗压强度试验研究.铁道科学与工程学报，2006，4[13]复合砂浆钢筋网加固混凝土梁抗剪计算模型探讨.科学技术与工程，2006，3[14]HPFL加固某RC框架梁施工技术.工业建筑，2006，4•规程主要内容（1）高性能水泥复合砂浆材性；（2）HPFL加固混凝土受弯构件性能，包括缩尺构件和足尺构件，一次受力和二次受力的承载力极限状态和正常使用极限状态性能；（3）HPFL加固混凝土受压构件的承载力和抗震性能；（4）HPFL加固构件的疲劳性能、耐火性能；（5）施工工艺及检验和验收要求。●规程的试应用情况湘阴弯河试验中学教学楼●郴州摩泰大酒店加固改造工程4、支撑规程的相关课题及研究成果（1）高等学校博士学科点专项科研基金：新型钢丝网复合砂浆加固压弯构件的动力特性研究；（2）湖南省交通厅科研基金：HPFL加固混凝土构件研究；（3）湖南省建设厅科技基金：钢筋（丝）网复合砂浆加固RC梁的受弯试验研究；（4）湖南省科技计划重点项目：HPFL加固混凝土结构构件抗剪承载力研究；（5）长沙市科技计划项目：HPFL加固混凝土结构研究及产业化（6）中国联合工程公司项目：HPFL加固混凝土结构研究试验研究结果及鉴定结论：1、HPFL与原结构混凝土能够很好地结合并且能可靠地共同工作，造价低廉，施工简易方便；2、HPFL与被加固的混凝土构件都属于无机材料，相互兼容及协调性好，能够显著地减少结构的变形；3、相对于CFRP而言，用HPFL加固的混凝土构件耐高温性能好，不易老化剥离；4、HPFL与被加固的混凝土构件都属于无机材料，不会长期挥发出有机物质，对室内环境影响小；5、HPFL与被加固的混凝土构件基本上不增加结构的体积，对空间尺寸影响小。–）首次进行了足尺RC压弯构件的抗震加固试验研究，研究不同因素对加固柱抗震性能的影响规律，揭示了加固层的抗震加固作用机理和受力性能。–6）在试验研究基础上建立了各种加固柱的正截面承载力计算公式，建立了被加固柱本构模型和抗震加固柱恢复力模型计算方法和计算公式•2006年12月22日，湖南省科学技术厅组织和主持召开了由湖南大学完成的“高性能水泥复合砂浆钢筋网加固RC梁抗剪性能研究”科研项目的成果鉴定会。与会专家听取了工作和技术报告，审查了有关的技术文件，经质疑和认真讨论，形成如下鉴定意见：1.在试验研究和数值分析基础上，提出了抗剪加固的实用设计公式。公式计算值与试验结果吻合良好，研究成果为编制国家行业标准《高性能水泥复合砂浆钢筋网加固混凝土结构技术规程》提供了依据；鉴定结论说：“该研究成果达到国际先进水平，建议进一步完善高性能水泥复合砂浆钢筋网加固RC结构相关的集成技术研究，加快应用推广。”•相关论文发表情况[1]钢筋网水泥复合砂浆加固RC偏心受压柱的试验研究.建筑结构学报，2005，26（2）（EI收录）[2]一种适用于钢丝(筋)网水泥加固RC结构的纤维增强复合砂浆和界面剂.土木工程学报，2005，38（5）[3]钢筋网复合砂浆加固钢筋混凝土方柱抗震性能的研究.建筑结构学报,2006年8月，27（4）[4]ExperimentalInvestigationIntoTheStrengtheningOfRCColumnsUsingCompositeMortarLaminatesReinforcedWithMeshReinforcements.ACIspecialpublication.[5]钢丝网复合砂浆加固RC梁二次受力受弯试验研究.建筑结构学报，2005，26（4）[6]钢丝网复合砂浆加固混凝土受弯构件非线性分析.工程力学，2005，（6）[7]钢丝网水泥砂浆片材用于结构加固的研究综述.建筑结构,2004，34（3）：7－11[8]钢筋网复合砂浆加固受弯足尺RC梁二次受力试验研究，建筑结构学报，2006，27（5）[9]复合砂浆钢筋网加固抗弯RC梁的非线性分析，工程力学，2006（9）[10]销钉在钢筋网水泥复合砂浆加固混凝土构件中的性能研究，建筑结构，2006（3）[11]国内外关于钢丝网水泥砂浆用于RC结构加固的研究.世界地震工程，2004，20(2)[12]高性能复合砂浆高温后的抗压强度试验研究.铁道科学与工程学报，2006，4[13]复合砂浆钢筋网加固混凝土梁抗剪计算模型探讨.科学技术与工程，2006，3[14]HPFL加固某RC框架梁施工技术.工业建筑，2006，4[15]HPFL加固某RC框架梁加固中的应用研究.施工技术，2006[16]Nonlinearanalysisofreinforcedconcretebeamstrengthenedwithferrocementundersecondaryloading.ProceedingsoftheNinthInternationalSymposiumonStructuralEngineeringforYoungExperts,Fuzhou[17]适用于钢丝(筋)网水泥加固RC结构的纤维增强复合砂浆和界面剂的研究.第十届全国纤维混凝土会议论文集，上海：同济大学出版社，2004[18]HPFL加固混凝土结构研究.第8届全国建筑结构鉴定与加固改造学术会议论文集，哈尔滨，2006[19]钢筋混凝土柱两种不同抗震加固方法的比较.结构工程师增刊，2005，12[20]某中学教学楼加固设计.湖南大学学报增刊，2005，5谢谢！