聚合物砂漿加固密肋空心磚樓板試驗(yàn)研究

□文/李軍華 劉剛 武啟明

聚合物砂漿加固密肋空心磚樓板試驗(yàn)研究

□文/李軍華 劉剛 武啟明

文章針對(duì)密肋空心磚樓板不同的結(jié)構(gòu)損壞情況，提出加固方案并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)研究。通過(guò)試驗(yàn)研究表明，后抹聚合物砂漿與原肋梁混凝土粘結(jié)效果好，能有效阻止加固后密肋空心磚樓板開裂；通長(zhǎng)更換或局部更換鋼筋能夠在荷載作用下有效傳力，加固方案對(duì)密肋空心磚樓板的承載力及剛度均有所提高。

密肋空心磚樓板；聚合物砂漿；加固；試驗(yàn)

天津歷史風(fēng)貌及文物建筑部分采用密肋空心磚樓板。密肋空心磚樓板是由一層較薄的鋼筋混凝土板或混凝土板與密集的鋼筋混凝土肋梁及肋梁間填充的空心磚組成。肋梁間填充的空心磚既能作為上部（鋼筋）混凝土板及肋梁的模板又能達(dá)到建筑上的隔音與隔熱要求。

目前，上述建筑部分密肋空心磚樓板存在不同程度的結(jié)構(gòu)損壞情況，主要為肋梁底部混凝土保護(hù)層剝落、鋼筋外露、銹蝕等現(xiàn)象。傳統(tǒng)加固修復(fù)方法對(duì)歷史風(fēng)貌及文物建筑密肋空心磚樓板的破壞程度較大、甚至需要替換原有構(gòu)件，而且施工工程量大、費(fèi)用較高。本文對(duì)聚合物砂漿加固密肋空心磚樓板的方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)研究。

1　試驗(yàn)方案

1.1試驗(yàn)區(qū)域選擇

天津市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)辦公樓（原東萊銀行，天津市文物保護(hù)單位，重點(diǎn)保護(hù)歷史風(fēng)貌建筑），為主體3層、帶半地下室混合結(jié)構(gòu)辦公樓，零層、首層樓蓋、二層部分樓蓋、三層屋蓋均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土密肋空心磚樓蓋結(jié)構(gòu)。現(xiàn)該建筑零層至三層密肋空心磚樓（屋）蓋板普遍出現(xiàn)肋梁底部鋼筋混凝土保護(hù)層及空心磚開裂、脫落及肋梁底部受力鋼筋嚴(yán)重銹蝕等結(jié)構(gòu)損壞現(xiàn)象，已嚴(yán)重影響密肋空心磚樓（屋）蓋板的正常使用。

結(jié)合該建筑密肋空心磚樓蓋板現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)損壞情況及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選取零層2～4軸、C～D軸區(qū)域樓蓋板進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)域范圍內(nèi)共存在7根肋梁（不包括邊肋），樓蓋板凈寬約為2 260 mm，跨度為4200mm，凈跨約為3700mm。肋梁中心距約為300 mm，肋梁寬度介于60～75 mm，肋梁凈高約為100 mm，其上鋼筋混凝土樓板厚度約為70mm。每個(gè)肋梁底部均配有1根直徑為16mm的竹節(jié)鋼筋。試驗(yàn)區(qū)域密肋空心磚樓板見圖1。

圖1　試驗(yàn)區(qū)域密肋空心磚樓板剖面

將試驗(yàn)區(qū)域樓蓋上的裝修及抹灰層剔除。采用混凝土切割機(jī)沿肋梁設(shè)置方向并于肋梁中間切割寬度約為5 mm的縱向貫通縫，將試驗(yàn)區(qū)域分為試驗(yàn)板帶1、試驗(yàn)板帶2。每個(gè)試驗(yàn)板帶均由3個(gè)肋梁、肋梁之間的空心磚及肋梁上部鋼筋混凝土板組成，試驗(yàn)板帶寬度約為900mm。零層樓板試驗(yàn)區(qū)域切割情況見圖2。

圖2　零層樓板試驗(yàn)區(qū)域切割情況

1.2加固方案

試驗(yàn)板帶1通長(zhǎng)更換肋梁底部原有1根直徑16 mm的竹節(jié)鋼筋為1根H RB400級(jí)直徑為16 mm的鋼筋，為加強(qiáng)通長(zhǎng)更換鋼筋的錨固，在肋梁端部墻體剔鑿120 mm（平行于肋梁方向）×60mm（垂直于肋梁方向）×60 mm（高度方向），將通長(zhǎng)鋼筋彎折90°后錨入支座120 mm并采用C35級(jí)灌漿料澆筑密實(shí)。沿肋梁方向設(shè)置剪力銷φ6 mm@500 mm（200 mm），剪力銷從原肋梁底面算起植筋深度為120 mm，植筋采用改性環(huán)氧類A級(jí)結(jié)構(gòu)膠粘劑。通長(zhǎng)鋼筋更換完畢后在肋梁底部壓抹I級(jí)聚合物砂漿。試驗(yàn)板帶1加固方案見圖3。

試驗(yàn)板帶2局部更換支座附近存在混凝土保護(hù)層剝落及鋼筋銹蝕現(xiàn)象區(qū)域肋梁底部原有直徑16 mm的竹節(jié)鋼筋為H RB400級(jí)直徑為16 mm的鋼筋。局部更換鋼筋與原有鋼筋采用雙面焊接連接，搭接長(zhǎng)度為100 mm，其他構(gòu)造同試驗(yàn)板帶1。試驗(yàn)板帶2加固方案見圖4。

圖3　試驗(yàn)板帶1加固方案

圖4　試驗(yàn)板帶2加固方案

1.3加載方案

采用砂袋對(duì)試驗(yàn)板帶進(jìn)行加載，每級(jí)荷載均為8袋50 kg（共400 kg，等效為1.2 kN/m2的均布荷載）的砂袋。砂袋分層碼放。每級(jí)荷載加載或卸載完成后均靜停15min，加載全部完成后靜停12h。試驗(yàn)板帶加固施工完成28d后進(jìn)行加固后的現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)。試驗(yàn)板帶加載1加固前加載至第五級(jí)荷載（6.0 kN/m2），試驗(yàn)板帶1、2加固后均加載至第七級(jí)荷載（8.4kN/m2）。

1.4量測(cè)方案

采用位移計(jì)對(duì)加載及卸載過(guò)程中試驗(yàn)板帶的撓度進(jìn)行測(cè)量。試驗(yàn)板帶1及試驗(yàn)板帶2均在3個(gè)肋梁底部支座及跨中分別布置1個(gè)位移計(jì)，中間肋梁底部?jī)蓚?cè)1/3跨分別布置一個(gè)位移計(jì)。

采用電阻應(yīng)變片對(duì)加載及卸載過(guò)程中試驗(yàn)板帶肋梁底部原有鋼筋、通長(zhǎng)更換或局部更換受力鋼筋的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量。試驗(yàn)板帶電阻應(yīng)變片布置見圖5。

圖5　試驗(yàn)板帶應(yīng)變片布置

2　材料強(qiáng)度檢測(cè)情況

現(xiàn)場(chǎng)截取試驗(yàn)板帶肋梁底部原有竹節(jié)鋼筋，對(duì)其進(jìn)行抗拉試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1可見，試驗(yàn)板帶肋梁底部原有竹節(jié)鋼筋材料性能指標(biāo)接近于H PB235級(jí)鋼筋。

表1　鋼筋試驗(yàn)情況MPa

依據(jù)JG/T289—2010《混凝土結(jié)構(gòu)加固用聚合物砂漿》、GB/T17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》對(duì)該聚合物砂漿的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)試塊抗壓強(qiáng)度分別為40.4、40.3、43.6 MPa，抗折強(qiáng)度分別為8.1、8.6、7.5MPa。

對(duì)聚合物砂漿與肋梁混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果表明，聚合物砂漿與肋梁混凝土粘結(jié)強(qiáng)度主要介于1.01～1.19MPa，個(gè)別為1.54、1.93MPa。

3　試驗(yàn)結(jié)果

3.1試驗(yàn)現(xiàn)象

1）試驗(yàn)板帶1加固前。第二級(jí)荷載（2.4 kN/m2）加載完成后西側(cè)邊肋距C軸支座0.5 m處出現(xiàn)剪切斜裂縫，最大裂縫寬度為3 mm，裂縫長(zhǎng)度為0.3 m（以下稱為1號(hào)裂縫）；東側(cè)邊肋距D軸支座0.3 m處剪切裂縫，最大裂縫寬度為2 mm，裂縫長(zhǎng)度為0.3 m（以下稱為2號(hào)裂縫）；東側(cè)邊肋距C軸支座1.2m處剪切裂縫，最大裂縫寬度1.5mm，裂縫長(zhǎng)度0.3m；第四級(jí)荷載（4.8 kN/m2）加載完成西側(cè)邊肋跨中掉小空心磚磚塊、掉渣；第五級(jí)荷載（6.0kN/m2）加載完成后板底掉渣明顯，1號(hào)裂縫最大裂縫寬度為4mm。靜停12h后，1號(hào)裂縫向支座延伸0.7 m，最大裂縫寬度為0.3 mm；2號(hào)裂縫長(zhǎng)度為0.5 m；西側(cè)邊肋D軸支座處出現(xiàn)剪切斜裂縫，最大裂縫寬度為2 mm，裂縫長(zhǎng)度為0.9 m。試驗(yàn)板帶1加固前荷載試驗(yàn)現(xiàn)象詳見圖9a。由試驗(yàn)現(xiàn)象可見，密肋空心磚樓板加固前肋梁內(nèi)未配置抗剪鋼筋，在較大荷載作用下易產(chǎn)生剪切裂縫。

2）試驗(yàn)板帶1加固后。試驗(yàn)板帶1加固后荷載試驗(yàn)加載及卸載過(guò)程中肋梁混凝土及后抹聚合砂漿無(wú)開裂及剝落現(xiàn)象，試驗(yàn)板帶1加固前荷載試驗(yàn)肋梁出現(xiàn)的裂縫也未發(fā)展。試驗(yàn)板帶1加固后荷載試驗(yàn)現(xiàn)象見圖9b。

3）試驗(yàn)板帶2加固后。第三級(jí)荷載（3.6 kN/m2）加載完成后西側(cè)小肋靠C軸支座處肋梁出現(xiàn)沿鋼筋鋪設(shè)方向混凝土開裂現(xiàn)象，最大裂縫寬度為0.25 mm，裂縫長(zhǎng)度為0.45 m；第四級(jí)荷載（4.8 kN/m2）加載完成后中間肋梁跨中底部混凝土沿鋼筋鋪設(shè)方向出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，最大裂縫寬度為0.2mm，裂縫長(zhǎng)度為0.1m。

3.2荷載-撓度曲線

試驗(yàn)板帶荷載-跨中撓度曲線見圖6，圖6括號(hào)內(nèi)荷載等級(jí)適用于試驗(yàn)板帶1加固前的情況。由圖10可見，對(duì)于試驗(yàn)板帶1加固前后而言，第一級(jí)荷載（1.2 kN/m2）加載至第四級(jí)（4.8 kN/m2）的荷載-跨中撓度曲線呈直線且基本一致，表明試驗(yàn)板帶1處于彈性階段且加固前后剛度基本一致；加載至第五級(jí)荷載（6.0 kN/m2）時(shí)，試驗(yàn)板帶1加固前后的跨中撓度分別為3.43、3.02 mm，試驗(yàn)板帶1加固后跨中撓度比加固前降低了12%，表明試驗(yàn)板帶1加固后的剛度有所提高。

對(duì)于試驗(yàn)板帶1加固后與試驗(yàn)板帶2加固后而言，整個(gè)加載過(guò)程中，試驗(yàn)板帶2加固后的跨中撓度均明顯小于試驗(yàn)板帶1加固后的跨中撓度，加載過(guò)程中試驗(yàn)板帶2加固后的跨中撓度比試驗(yàn)板帶1加固后分別降低了43.2%～55.3%，表明試驗(yàn)板帶2加固后的剛度較試驗(yàn)板帶1加固后有明顯提高，原因是試驗(yàn)板帶1加固時(shí)通長(zhǎng)更換的鋼筋與肋梁混凝土的粘結(jié)力較試驗(yàn)板帶2未更換鋼筋區(qū)域的粘結(jié)力有所降低，試驗(yàn)板帶1加固后的通長(zhǎng)更換鋼筋與肋梁混凝土的共同作用效果較試驗(yàn)板帶2加固后有所下降，進(jìn)而影響了試驗(yàn)板帶1加固后的剛度。

圖6　試驗(yàn)板帶荷載-跨中撓度曲線

3.3鋼筋應(yīng)變

試驗(yàn)板帶荷載試驗(yàn)肋梁底部受力鋼筋應(yīng)變變化情況見圖7。由圖7可見，加載過(guò)程中，試驗(yàn)板帶跨中肋梁底部受力鋼筋一直處于受拉狀態(tài)且應(yīng)變逐級(jí)增大，表明加固后通長(zhǎng)或局部更換鋼筋能夠有效傳力；試驗(yàn)板帶1加固后及試驗(yàn)板帶2加固后支座附近處的肋梁底部縱向鋼筋在加載及卸載過(guò)程中一直處于受壓狀態(tài)，表明支座對(duì)樓板的約束作用較強(qiáng)。

圖7　試驗(yàn)板帶鋼筋應(yīng)變變化情況

4　試驗(yàn)結(jié)論

1）密肋空心磚樓板加固前肋梁內(nèi)未配置抗剪鋼筋，在較大荷載作用下易產(chǎn)生剪切裂縫。

2）支座對(duì)密肋空心樓板的約束作用較強(qiáng)。

3）后抹聚合物砂漿與原肋梁混凝土粘結(jié)效果好，能有效阻止加固后密肋空心磚樓板開裂。

4）針對(duì)于肋梁底部局部存在混凝土保護(hù)層嚴(yán)重剝落、鋼筋存在明顯外露、嚴(yán)重銹蝕現(xiàn)象的密肋空心磚樓板可采用局部更換鋼筋并增設(shè)剪力銷后抹聚合物砂漿的方法進(jìn)行加固。局部更換鋼筋能夠與原鋼筋連接成為整體并能在荷載作用下有效傳力。采用此方法加固后，樓板的承載力及剛度均有所提高。

5）針對(duì)于沿跨度范圍內(nèi)普遍存在肋梁底部混凝土保護(hù)層嚴(yán)重剝落、鋼筋存在明顯外露、嚴(yán)重銹蝕現(xiàn)象的密肋空心磚樓板可采用通長(zhǎng)更換鋼筋并增設(shè)剪力銷后抹聚合物砂漿的方法進(jìn)行加固。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.02.008

□劉剛/天津市公用公房經(jīng)營(yíng)管理處。

□武啟明/天津住宅科學(xué)研究院有限公司。

□TU756.4+4

□C

□1008-3197（2015）02-20-03

□2015-01-07

□李軍華/男，1977年出生，高級(jí)工程師，天津住宅科學(xué)研究院有限公司，從事結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定與加固技術(shù)研究工作。