呂明超

(青神鑫統(tǒng)領(lǐng)建材有限公司，四川 青神 612400)

損傷混凝土結(jié)構(gòu)加固性能及加固后耐久性研究

呂明超

(青神鑫統(tǒng)領(lǐng)建材有限公司，四川 青神 612400)

混凝土誕生的一個(gè)多世紀(jì)以來，由于老化、環(huán)境侵蝕、自然災(zāi)害、人為因素的影響，混凝土構(gòu)件存在著普遍的損傷問題。因此混凝土的發(fā)展史也是損傷混凝土的加固史，混凝土加固技術(shù)貫穿了混凝土發(fā)展的始終。但是在混凝土加固活動(dòng)中加固主體一般比較重視加固后的混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)加固以后的整體耐久性并不重視，這種現(xiàn)象讓加固活動(dòng)本身的積極意義大幅度削弱。針對(duì)這一現(xiàn)象，本文從混凝土結(jié)構(gòu)加固性能和耐久性能出發(fā)，結(jié)合損傷混凝土加固和加固后的耐久性實(shí)際，對(duì)損傷混凝土結(jié)構(gòu)加固性能及加固后耐久性進(jìn)行簡要分析。

損傷混凝土 加固性能 耐久性

前言：上世紀(jì)五十年代我國就開始了大規(guī)模的土木工程建設(shè)，改革開放以后城市化進(jìn)程加快，建筑業(yè)更是進(jìn)入到一個(gè)高速發(fā)展的階段。但是在建筑行業(yè)高速發(fā)展的同時(shí)各式各樣的結(jié)構(gòu)損傷問題也頻頻發(fā)生，當(dāng)前我國擁有近400億平方米的城鎮(zhèn)建筑物，其中30%～50%的建筑物出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷或者功能退化。損傷混凝土的修復(fù)以及修復(fù)后混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性成為建筑領(lǐng)域關(guān)注的重大問題，因此對(duì)損傷混凝土結(jié)構(gòu)加固性能及加固后耐久性的研究具有鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。

1 概述

通過增加截面積的方法對(duì)損傷混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的加固方法。具體而言是在加固活動(dòng)中通過對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)的分析，對(duì)混凝土的構(gòu)件的受力截面進(jìn)行截面積擴(kuò)展和加固，以保證在當(dāng)前受力條件下混凝土構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)因?yàn)樵诰唧w施工中加固結(jié)構(gòu)對(duì)受損混凝土構(gòu)件的加固是全方位包裹式的，加固結(jié)構(gòu)能夠隔絕受損混凝土構(gòu)件與環(huán)境接觸的途徑，所以在提升混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性也有極大的提升。本文將設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對(duì)采用增加截面積方法進(jìn)行加固后受損混凝土構(gòu)件的加固性能和加固后的耐久性進(jìn)行試驗(yàn)分析[1]。

2 試件設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)共制作試驗(yàn)用鋼筋混凝土柱14根，截面尺寸為150mm×150mm，全長1000mm?？v向主筋為4Φ12（HRB335），箍筋采用Φ8（HPB235）,間距150mm，混凝土厚度在25mm以上，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C30。

3試件損傷與加固設(shè)計(jì)

3.1 試件損傷模擬

在試驗(yàn)構(gòu)件設(shè)計(jì)完成以后，采用“電滲-恒電流-干濕循環(huán)”加速銹蝕法根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)試驗(yàn)用混凝圖試件進(jìn)行銹蝕損傷模擬。對(duì)試件柱600mm目標(biāo)銹蝕區(qū)域內(nèi)的縱筋和箍筋同步進(jìn)行非均勻銹蝕，處理的時(shí)間共持續(xù)9周。

3.2 試件加固設(shè)計(jì)

采用增加截面積的方法對(duì)損傷混凝土試件進(jìn)行加固處理，加固后的試件主尺寸為250mm×250mm。由于在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中經(jīng)過模擬損傷處理的試件的銹蝕程度分為5%和10%兩種銹蝕類型，所以具體的加固設(shè)計(jì)也有所區(qū)別。當(dāng)混凝土構(gòu)件中的鋼筋銹蝕程度在5%左右的時(shí)候，因?yàn)殇P蝕物強(qiáng)化了鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)度，所以試件的整體強(qiáng)度并沒有太多的下降。所以對(duì)于銹蝕度5%的試件先對(duì)混凝土構(gòu)件中存在缺陷的位置進(jìn)行清理，直至清理到密實(shí)部位并清理其完好表面的浮渣、塵土。銹蝕度達(dá)到10%以上的混凝土構(gòu)件，內(nèi)部鋼筋的銹蝕已經(jīng)導(dǎo)致鋼筋發(fā)生膨化，破壞構(gòu)件內(nèi)部結(jié)構(gòu)?？拷摻畹幕炷廉a(chǎn)生開裂、松動(dòng)現(xiàn)象。處理方法是，鑿除鋼筋附近因銹脹而開裂和松動(dòng)的混凝土保護(hù)層，清理至沒有損傷的密實(shí)混凝土,同時(shí)也除去浮渣、塵土。在處理完成之后采用C35標(biāo)號(hào)混凝土、4Φ12變形鋼筋對(duì)其進(jìn)行加固處理。

4加固后試件減速劣化

試件在自然養(yǎng)護(hù)28天以后，對(duì)采用增加截面積方法進(jìn)行加固的試件進(jìn)行加速劣化試驗(yàn)，對(duì)加固以后的混凝土試件進(jìn)行加固性能和耐久性能的試驗(yàn)。試驗(yàn)采用ECWD加速銹蝕方法，著重對(duì)混凝土試件中間的600mm區(qū)域進(jìn)行非均勻銹蝕，以最大限度的保證試驗(yàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)惡劣環(huán)境的模擬性。為了保證試驗(yàn)的有效性和試驗(yàn)取值的正確性，試驗(yàn)時(shí)間共持續(xù)三個(gè)月。在試驗(yàn)活動(dòng)中因?yàn)榛炷翗?gòu)件原有的混凝土和鋼筋結(jié)構(gòu)被加固構(gòu)件完全包裹，其所受到的環(huán)境因素影響趨近于零，所以停止內(nèi)部原有鋼筋的通電銹蝕[2]。

加速劣化活動(dòng)一共分五個(gè)批次，試驗(yàn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)分別為0周（0%理論銹蝕率）、3.5周（5%理論銹蝕率）、7周（10%理論銹蝕率）、10.5周（15%理論銹蝕率）、14周（20%理論銹蝕率），在加速劣化過程中應(yīng)該精密的控制通電銹蝕的進(jìn)度，保證在相應(yīng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)之內(nèi)混凝土試件的銹蝕度在設(shè)計(jì)銹蝕率附近，以保證加速劣化活動(dòng)的整體進(jìn)度，以及在對(duì)混凝土試件自然劣化狀態(tài)的高度一致性，保證最終測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。試件內(nèi)部的銹蝕率主要通過稱重法進(jìn)行測量。在加速劣化活動(dòng)結(jié)束后，對(duì)劣化完成的混凝土試件進(jìn)行簡單處理，主要處理內(nèi)容包括去除表面的表面浮塵，并用清水鐵絲刷對(duì)表面冗余結(jié)構(gòu)進(jìn)行清理，清洗后自然風(fēng)干再進(jìn)行下一步測試。

5試驗(yàn)加載與測試

在完成了對(duì)參與試驗(yàn)混凝土試件的加速劣化以后，對(duì)經(jīng)過增大截面處理的混凝土構(gòu)件和為經(jīng)過增大截面處理的混凝土構(gòu)件進(jìn)行對(duì)比加載測試，具體加載過程中采用軸心加載方案，使用1000t壓力試驗(yàn)機(jī)對(duì)試件進(jìn)行加載，加載測試的主要內(nèi)容有，混凝土試件的載荷、豎向變形、混凝土應(yīng)變、裂縫開展情況，同時(shí)對(duì)加載完成后對(duì)試件中的鋼筋進(jìn)行取樣檢測，測量原有鋼筋和加固鋼筋的銹蝕度。加載過程采用荷載控制持續(xù)加載，連續(xù)動(dòng)態(tài)采集數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行加載[3]。對(duì)于加載速率，未加固的柱為20kN/min，加固后的柱為40kN/min。

為實(shí)現(xiàn)軸心加載,試件安裝時(shí)應(yīng)將試件軸線對(duì)準(zhǔn)作用力的中心線(即幾何中),正式加載前進(jìn)行力學(xué)對(duì)中:迗加載約極限荷載的10%左右,測量其中間區(qū)段兩側(cè)或四角應(yīng)變,并調(diào)整作用力軸線,使各點(diǎn)應(yīng)變均句。力學(xué)對(duì)中后即可進(jìn)行軸心受壓試驗(yàn)。試驗(yàn)柱安放在試驗(yàn)臺(tái)上,柱上放置無變形的鋼勢板,以防止混凝土發(fā)生局部壓壞。為測量混凝土試件在壓力之下的應(yīng)變量，在測試活動(dòng)中可以在試件的四個(gè)表面中部位置設(shè)置橫向和縱向的位移感應(yīng)器，用以測量混凝土試件在加載過程中的橫向和縱向位移，對(duì)位移數(shù)據(jù)的采集工作由專業(yè)的DH3816N型應(yīng)變采集系統(tǒng)完成，在測試過程中每一秒鐘采集混凝土應(yīng)變數(shù)據(jù)一次。

6總結(jié)

通過試驗(yàn)過程中獲得的數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)果：

（1）銹蝕鋼筋混凝土加固柱的破壞模式取決于鋼筋銹蝕程度以及鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。鋼筋銹蝕率較低的混凝土柱與未銹蝕柱破壞模式基本相同。隨著鋼筋銹蝕程度的增加，縱筋較早屈服，混凝土提前壓碎，縱筋外鼓，有箍筋被拉斷。

（2）混凝土柱的極限承載力和抗壓剛度隨著鋼筋的銹蝕度增加而降低，采用增加截面積的方法可以大幅度的提升混凝土構(gòu)件的極限軸壓承載力。柱C-O-S、C-5-S和C-10-S的極限承載力相比C-0、C-5、C-10分別提高274%、248%和627%。

（3）使用增加截面積加固方法對(duì)受損混凝土試件進(jìn)行加固以后，試件的耐久性有較大幅度提升，即使在惡劣的試驗(yàn)環(huán)境下加固結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕率達(dá)到20%～25%，加固整體的軸壓承載內(nèi)里仍遠(yuǎn)大于原柱未銹蝕狀態(tài)下的極限承載能力，這表明采用增加截面積措施進(jìn)行加固的混凝土構(gòu)件能夠在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，保證柱體的承載力，有較好的耐久性保障[4]。

[1]許浪. 橋梁加固后基于可靠度理論的壽命預(yù)測[D].西華大學(xué),2012.

[2]張維. 碳纖維布加固受損鋼筋混凝土梁抗彎性能試驗(yàn)研究[D].青島理工大學(xué),2011.

[3]秦麗輝. 玄武巖纖維布加固損傷混凝土梁力學(xué)性能研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2014.

[4]李開兵. 碳纖維布加固混凝土梁疲勞性能的試驗(yàn)研究[D].武漢理工大學(xué),2003.

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1007-6344（2015）04-0328-01