談高延性混凝土材料在加固窯洞工程中的優勢

宋 志 彬

(山西省建筑科學研究院，山西 太原 030001)

1 現存窯洞概況介紹

農村危房改造是實現中央脫貧攻堅“兩不愁、三保障”總體目標中住房安全有保障的重點工作，更是一項保障人民群眾生命財產安全、改善農村貧困人口居住環境，構建和諧社會的德政工程、民心工程。

農村窯洞一般有靠崖式、下沉式、獨立式等形式，以土木、磚木、磚土混雜、木結構、石木、磚混結構形式為主，多為單層。經現場檢測鑒定統計，現存窯洞常有以下病害類型：窯洞受地形地貌、氣候、環境、地質情況、人為因素等影響，出現崖面不同程度的崩塌、剝落；窯體不同程度開裂、拱體變形；雨水滲透、植被破壞；局部窯洞出現因地基沉降和結構本身受力不合理引起的傾斜，嚴重的有倒塌的危險(現場窯洞病害舉例如圖1所示)。

2 不同種類的窯洞匯總重點病害簡介

2.1 對于土(石)木結構房屋

主要從木構件、圍護墻體、屋面系統三個方面闡述：1)木構件開裂，住宅建造時，一些木材的含水量過大，其表層部分比內部容易干燥，而木構件內外收縮不同步導致裂縫的產生和發展。2)木構件撓曲，木梁、木檁等在長期荷載作用下或超載情況下，會由于材料性能老化造成木材彈性模量降低以及抗彎能力下降，導致跨中明顯存在下撓現象，而木柱在偏心荷載的長期作用下也會導致柱構件彎曲。3)木構件糟朽，柱根糟朽主要是由于土木房屋建成時墻根無防潮措施，加之土坯夯土等材料具有吸附空氣中或地表水的特點，所以墻體往往比較潮濕，加之木柱包砌在墻內，缺乏通風，使得包砌在墻體內的木柱長期處于潮濕環境之中，很容易糟朽，柱糟朽一般由下至上、由外向內，程度由輕而重，尤其柱根部較為常見。而屋面椽條因在屋面位置，當屋面向前導雨或局部滲漏時，其常因浸水而產生霉變糟朽，尤其前墻出檐處椽條外端部極為常見。糟朽會使得木構件的有效截面減小，承載力降低，影響結構安全和耐久性。4)榫卯節點存在缺陷，在長期荷載作用下或因材料本身收縮等，梁、柱節點位置很容易發生拔榫或松動等現象。節點的受損降低了房屋的整體性，對結構的整體承載以及抗震性能影響極大。5)圍護墻體缺陷，墻體與內部木柱之間、土(石)墻與外磚墻之間無可靠連接，由于振動特性的不同，在無可靠連接的情況下，兩者不能共同工作，地震時互相撞擊，會加重房屋的破壞。此外，土材料強度較低，加之砌筑質量普遍不高，常會在縱橫墻交接處、墻體中部、煙道位置、門窗洞角部等薄弱部位出現開裂現象，同時因雨水沖刷等亦會使外墻外側根部出現土墻剝落現象。6)屋面系統缺陷，主要表現為漏雨，屋面瓦局部損壞掉落以及局部負載過重(如：草泥過厚)導致的屋面下撓等。

2.2 對于靠崖式土窯洞

主要是窯臉石(磚)接口與窯體交接處開裂，窯體裂縫、剝落，崖面排水不暢等病害。一些窯洞在窯與窯之間的過道門洞頂兩側存在環向裂縫，影響窯體整體承載，存在嚴重安全隱患。窯體環向或窯頂縱向開裂現象，任其不斷發展其危害也將逐漸增大，尤其環向與縱向裂縫同時存在，并局部構成網狀開裂，土體易剝落，如果不采取措施，進而會發展為崩塌、冒頂，造成不可挽回的損失。

2.3 對于獨立式石窯洞

其主要缺陷為：窯邊腿外傾，窯體抹灰剝落、灰縫開裂，窯頂屋面滲漏，窯臉灰縫開裂等。窯洞周邊場地環境變化也可能導致地基土承載力降低，支撐窯腿在水平推力作用下也會出現變形開裂、破損現象，進而影響窯洞整體結構承載，威脅窯洞的整體安全。其次，石窯洞抹灰和粘結材料為泥、灰等，其粘結力較差、強度較低，當遇溫度、濕度、振動等客觀條件變化時，易出現收縮、開裂、剝落等現象。多數農戶的石窯洞屋頂覆土松散，雜草叢生，屋面排水不暢，導致窯體內部出現印水、滲漏、大面積返潮等現象。

2.4 對于磚木結構

其主要缺陷為縱橫墻交接處的豎向拉開現象，門窗洞口角部的斜向開裂以及木構件的開裂、撓曲、糟朽等現象。其墻體的開裂主要是由于砌筑質量差和材料自身收縮等綜合因素所導致，而木屋蓋中木構件所存缺陷的原因基本與土(石)木結構房屋相類似。

3 窯洞的加固方法簡介

窯洞的加固方法可根據窯洞特點、病害情況等，選擇科學、合理的方法，并結合實際采取有效措施，保證新增構件及部位與原結構連接可靠，形成整體工作；并應避免對未加固部分，以及相關的結構、構件和地基基礎造成不利的影響。

窯洞的加固方法可分為整體加固與局部加固兩類，其中整體加固宜根據窯洞的實際情況選用磚襯券和鋼筋網混凝土內襯加固法；局部加固則以內支架和邊腿增寬法加固為主。加固材料：1)磚，其品種、規格除應符合國家規范要求外，強度等級不宜低于MU10；2)砂漿，宜采用水泥砂漿，強度等級不宜低于M10；3)混凝土，強度等級不宜低于C20；4)鋼材,其品種、質量和性能應符合國家標準的有關規定。

4 高延性混凝土材料簡介與應用優勢

高延性混凝土與普通混凝土相比，其基于微觀力學的設計原理，是以水泥、石英砂等為基體的纖維增強復合材料，有良好的抗壓性能、彎曲性能、拉伸性能、抗剪性能及耐火性，有較強的自愈合能力和良好的環保性能，與鋼筋的連接破壞具有顯著的延性特征，且高延性混凝土材料損傷容限能力較強，初始缺陷的存在對材料的抗拉強度影響較小，具有較高的抗疲勞性能及抗沖擊能力。

采用鋼筋網混凝土內襯法加固窯洞時，如用高延性混凝土替代普通混凝土材料，可提高加固面層對墻體的約束作用，使其具有良好的整體性和抗震性能，大大減小了窯頂因震害而導致坍塌的可能。其次，高延性混凝土可摻入粉煤灰替代水泥，與現代社會倡導綠色建筑、節能環保建筑相輔相成，可減少對空氣的污染，實現既改造加固，也堅持可持續發展，提供了健康的居住環境。

現存窯洞裂縫較多見，修補裂縫可分別采用封閉法和灌縫法。封閉法多用于表層裂縫的修補，可選用草泥灰、白灰漿等材料將表層裂縫進行抹實密封；另一方法是灌縫法，又可稱壓力注漿法，適用于磚(石)窯加固，此方法亦可利用高延性混凝土的特性：高韌性、高強度、高抗裂性、高耐損傷能力，對磚(石)窯體開裂處進行壓抹，面層可獲得有效約束，施工工藝簡單方便，只需對窯體開裂墻體先進行基層處理、清潔，再對墻體進行噴水濕潤，即可壓抹高延性混凝土材料，其加固效果比普通混凝土效果好且用量少，施工方便，綜合造價合理。

高延性混凝土具有普通混凝土沒有的高韌性、高抗裂性能和高耐損傷能力，使得高延性混凝土廣泛用于磚混結構的縱橫墻墻體加固工程中。隨著科技不斷進步，科研成果層出不窮，我們應共同努力將這些成果應用于農村危房改造中，實現改善農村居住環境，建筑可持續發展。

參考文獻：

[1] DBJ 61/T112—2016,高延性混凝土應用技術規程[S].

[2] 陜16G12,高延性混凝土加固砌體結構圖集[Z].

[3] 山西省住房和城鄉建設廳.山西農村危險土窯洞加固技術指南[Z].