鋼筋網水泥復合砂漿加固混凝土受彎構件試驗研究及工程應用

田 野， 張 鵬， 趙 卓

1河南省建筑科學研究院有限公司（450053）2河南高速公路發展有限責任公司安新改建工程項目部（450000） 3鄭州大學土木工程學院（450000）

0 前言

鋼筋網水泥復合砂漿(簡稱CMMR)加固混凝土結構，是指對混凝土構件表面進行鑿毛并沖洗處理后，鋪設鋼筋網，再粉抹或澆筑高性能復合砂漿,使加固層與原構件共同工作，達到提高構件工作性能的目的。采用鋼筋網水泥砂漿對砌體結構進行加固，在國內外也有一些研究和應用，隨著建筑材料技術的發展,高性能復合砂漿的產生把這項技術的應用范圍拓展到混凝土結構的加固中。

采用CMMR加固混凝土結構，相容性和延性好，耐火、耐高溫能力強，且施工簡易，造價低廉，具有很強的適用性，便于推廣應用。

為探討CMMR加固法對混凝土受彎構件的加固效果，本文設計了一個對比試件和一個試驗試件,試驗中測量了試件的鋼筋、混凝土、鋼筋網荷載—應變曲線以及荷載—撓度曲線，測定了兩個試件的極限承載力，對兩試件的試驗結果進行了深入的對比和分析。

1 試驗研究概況

1.1 試驗設備與加載方案

試驗采用重物吊籃加載法，加載裝置為杠桿加載裝置，杠桿放大系數設計為5倍。試驗前用壓力盒測試杠桿的實際放大系數。加載時采用分級加載方法,加載前先預加5 kN，檢查加載設備和儀表工作是否正常,正式加載時每次加載的級差為1.5～2 kN左右。當第一條彎曲裂縫出現后，適當加大加載級差，在試件將要破壞前適當縮小級差，以測定試件極限承載力。每級荷載加載后持續時間不少于10min，等儀表基本穩定后再采集數據并讀取百分表數據。

1.2 試件設計

試驗共設計制作了2個試件，均為矩形截面，試件編號為B1、B2。其中B1作為對比試件,不進行加固；B2為采用CMMR加固的試驗試件。試件混凝土截面尺寸b×h×l＝100 mm×180mm×2 200mm,凈跨 2 000mm,設計混凝土強度C25。試驗梁在試驗室制作并在室內條件下養護。

2 試驗結果與分析

2.1 B1 試驗結果

加載初期，鋼筋、混凝土應變隨荷載增加逐漸增加。當荷載增加至20 kN左右時應變曲線走向發生突變,觀察試件表面發現少量垂直裂縫，裂縫短而細靠近試件底部。隨著荷載增加，裂縫緩慢加寬，并向上延伸，間隔一定距離處有新的裂縫產生。荷載繼續增加，混凝土、鋼筋應變增長速度加快，裂縫數量不再增加，裂縫寬度不斷加寬。其中一條裂縫明顯比其余裂縫加寬速度快，形成主裂縫，該裂縫頂端受壓區出現水平裂縫，加載至極限荷載后，持荷時約5 min，受壓區水平裂縫突然增多，破壞加重，與受拉的主裂縫交匯形成三角形破壞區域。最后混凝土被壓酥、剝落，試件破壞。從主裂縫頂端混凝土發生突變到試件破壞，時間很短，破壞過程比較突然。試件極限承載力為39.2 kN。

2.2 B2 試驗結果

加載初期，鋼筋、混凝土應變隨荷載增加逐漸增加，當荷載增加至20 kN左右時應變曲線走向逐漸變化,混凝土壓應變增長速度減慢,觀察試件表面沒有發現裂縫,說明CMMR加固后構件的抗裂能力有所增強,荷載增加至35 kN左右時，復合砂漿表面開始出現細微裂紋，裂縫寬度很小，荷載繼續增加，裂縫寬度增長不明顯，裂紋數量不斷增加，裂縫間隔減小。相比較于對比試件B1混凝土表面的裂縫，試件B2復合砂漿表面的裂縫寬度明顯減小，裂縫數量顯著增加，平均裂縫間距約為試件B1的1/4左右。加載至接近極限荷載時，混凝土、鋼筋、鋼筋網應變增長速度加快，其中一條裂縫明顯比其余裂縫加寬速度要快，形成主裂縫，裂縫頂端受壓區混凝土和復合砂漿出現水平裂縫，加載至極限荷載后，持荷約5 min，受壓區水平裂縫逐漸增多，破壞加重，與受拉的主裂縫交匯形成三角形破壞區域，混凝土被壓酥，復合砂漿剝離，試件破壞。從主裂縫頂端受壓區發生突變到試件破壞，時間比較長，破壞過程比較緩慢，破壞延性很好。試件極限承載力為56.25 kN。

2.3 試驗結果分析

對比試件B1、B2試驗結果可以發現CMMR加固法非常有效，采用CMMR加固后的B2試件，承載力、延性都有很大程度的提高，極限承載力提高了43%，破壞時的撓度提高了54%。此外，采用CMMR加固后，試件的開裂荷載大幅度提高，且開裂后裂縫寬度增長緩慢，裂縫呈現細而密的形態,說明CMMR加固法加固的混凝土構件抗裂能力顯著增強，從而構件的耐久性、抗腐蝕能力都得到大幅度的提高。

3 工程應用

3.1 工程概況

鄭州市西郊某招待所,始建于1985年，整棟建筑為4層框架結構，2006年擬改造成賓館。由于該建筑使用時間已經很長，結構老化比較嚴重，改造成賓館后，部分梁柱的使用荷載也發生了變化，因此需要加固。

以某跨框架梁為例，由于改造成賓館后增加了衛生間，該梁跨使用荷載發生了改變，需要加固。實測梁截面尺寸250mm×450mm，梁跨為6.2m，回彈檢測得混凝土強度為16.1 MPa。查原設計圖紙得該梁跨中截面縱筋為3.22,箍筋8@100/150。在新的使用荷載下,梁跨中彎矩值設計為182.66 kN·m,經計算發現該梁抗彎承載力不足,擬采用CMMR進行加固。鑒于加固時已經基本卸除梁上的所有荷載,計算該梁加固后的承載力時可按一次受力計算，根據文獻，采用如下公式計算該梁加固后承載力。

M—構件加固后的彎矩設計值:

fy—原構件鋼筋抗拉、抗壓強度設計值；

fym—鋼筋網片鋼筋抗拉強度設計值；

fc—原構件混凝土、復合砂漿軸心抗壓強度設計值；

As—原構件中縱向受拉、受壓鋼筋截面積；

Asm—底面、側面鋼筋網縱向截面積；

b—原構件截面寬度；

ho—原構件截面高度、截面有效高度；

tt—底面、側面加固層厚度；

X—截面等效受壓區高度。

該梁跨中截面為單筋矩形截面:

復合砂漿擬采用25mm厚M50高性能復合砂漿:

梁側面鋼筋網，擬采用每側縱向網筋:

將上述各數值代入式得:

計算得底面縱向網筋截面積偏大，為方便施工，底面縱向網筋改用II級鋼進行等面積代換得:

底面縱向網筋選用12,為確保加固層與原構件的共同工作，設置橫向網筋6@60/100，且在加密區設置梅花型布置的剪切銷釘。剪切銷釘與鋼筋網片在網格點處電焊，用于固定鋼筋網。

3.2 技術經濟性分析

對該框架梁的加固已于2006年8月完工。加固后該構件已經完全能夠承擔新的使用荷載，滿足了實際使用要求。此外，與常規的粘鋼加固法或外貼碳纖維布加固法相比較，CMMR加固法材料價格低廉，施工過程簡便，因而具有明顯的經濟效益。實踐表明在該建筑的加固過程中采用CMMR加固法后，取得了良好的技術、經濟效果。

4 結語

采用CMMR加固混凝土受彎構件非常有效。加固后，構件的承載力、延性都有很大程度的提高。此外，采用CMMR加固后，構件抗裂能力也顯著增強，從而使構件的耐久性、抗腐蝕能力都得到大幅度的提高。工程實踐表明CMMR加固法是一種技術先進、經濟實用的加固方法。