高延性混凝土加固技術在磚混砌體結構的應用研究*

田紹博 康洪震 喬瀚林

（華北理工大學建筑工程學院,河北 唐山 063000）

在承載能力薄弱需要加固補強的建筑物中，砌體結構房屋在承載力較弱的建筑中占很大比例，需要加強，特別是有必要選擇高效、經濟、合適的加固方法。不僅可以在短時間內以較小的投資解決砌體結構加固的問題，而且為其他結構的加固提供了新的思路和合理的施工工藝方案，對滿足建設領域內的生產和生活需要具有重要意義。通過加固確保了建筑物的安全性和持續使用性。由于《砌筑結構加固設計規范》的發布與實施，砌筑加固在砌筑構件施工實際工程中的運用也會更加普遍，為適應工程設計的新要求而滿足，對砌筑構件保護后的力學和變化特點加以研究與分析，是十分必要的。實踐也證明了在進行加固工程后的建筑，破壞程度明顯輕于未經加固的建筑。所以，深入研究和探討砌體構件的加固方式是非常關鍵的。

1 高延性混凝土加固砌體結構的優勢

砌體結構的主要組成材料是砂漿和塊材，這兩種材料在黏結后形成了砌體結構，耐受強度性、結構牢固性偏低。在傳統砌體結構增加承載力方面，基本依靠兩種方式，鋼筋混凝土面層、砂漿面層加固，但這兩種方式存在眾多不足，我國著名建筑學者鄧明科在研究中發現，砌體結構和高延性混凝土能夠產生良好的黏結效果，在砌體結構中通過高延性混凝土能夠有效提高結構的抗震性、耐受力。高延性混凝土是由各種材料混合制成的，主要包括膠凝材料、細骨料、其他添加劑和人工制造的纖維混合制成的，按照科學的比例成型，具備高抗裂性、高韌性和高耐疲勞性的特種混凝土。高延性混凝土的抗震性是依賴于增強主要抗側向力構件的延性、承載力、結構整體性來達到的。在砌體結構中通過使用高延性混凝土進行加固，可減少面層厚度，在山西省高延性混凝土加固標準要求中，要求加固面層（雙面）的厚度不得低于15mm。通過雙面加固的方式對普通砌體結構進行加固時，單側墻面達到受力標準的厚度為15mm 即可，相比于抹灰厚度所差無幾。因此荷載并不會因原抹灰層被鏟除而受到影響，也不會使室內使用面積產生變化，無須穿墻鋼筋，施工周期較短并且難度較低，不會對原結構造成較大影響，能夠有效增強砌體結構的整體性，降低工程加固成本，無論從社會層面還是經濟層面來說都有著良好的應用優勢。

2 高延性混凝土加固砌體結構設計方法

在砌體結構中應用高延性混凝土進行加固的方式，經鄧明科教授團隊進行試驗后得出了相關研究理論，總結了這個設計方法的計算方式和具體構造措施。云南和山西等眾多省市根據鄧教授的研究理論先后制定了相關建設標準，補充了加固理論，提供了更加豐富的理論依據。

2.1 砌體構件受壓加固

采用了配筋高延性或者高延性混凝土面層對軸心受壓的構件進行加固時，正截面的受壓承載力可以根據此式來進行驗算：

在符合構造相關要求后，外加高延性混凝土其面層在加固之后，砌體的受壓構件能夠看作是砌體和高延性混凝土面層的砌體構件。在公式里，αd是考慮到高延性混凝土和砌體極限壓應變不一樣，并且后加高延性混凝土需要壓力滯之后，據實際情況引入強度折減系數，規范下取αd= 0.15。

2.2 砌體構件受剪加固

通過配筋高延性或者高延性混凝土面層進行加固之后，墻體受剪的承載力必須符合規定V≤Vm+Vd。

通過配筋高延性或者高延性混凝土面層進行加固之后的墻體承載力的提高值Vd需要根據以下公式進行計算：

通過高延性混凝土面層加固砌體構件時，受剪承載力的提高值其計算方式和現行標準GB50702—2011砌體加固規范里的鋼筋混凝土砌體墻加固和提高受剪承載力的計算方法大致相同，但是按照實驗的結果與相關數據，調整了一些參數取值。

2.3 砌體構件抗震加固

配筋高延性或者高延性混凝土面層對砌體墻進行加固時抗震受剪承載力需要根據以下公式進行驗算：

非抗震時的抗剪計算和此計算方法大致相同，只是需要用提高值的相關計算數值除以其抗震承載力的調整系數。

3 高延性混凝土加固砌體結構實際案例

唐山市豐南區黃各莊鎮郝莊子農村目前有許多需要抗震改造的既有農房，改造目標是需要在本地區抗震設防烈度下，主體結構不發生嚴重破壞，圍護結構不會出現大面積的倒塌。由于這些既有農房的結構材料為砂漿和磚石，承重及抗震等強度偏低，因此需要加固來提高整體強度，但這個建筑為農房，屬于農民安危保障建筑，因此甲方特別提出了要求，需要根據其可使用50年限的強度來進行加固，同時在加固過程中不可對建筑內外的風貌進行改變性破壞。根據相關鑒定報告得知，這個建筑的一層高度和二層高度一致，都為3.8m，三層高度相比于前兩層要少0.2m。由于該建筑為墻下條形基礎，地基可承載強度只有80kPa，整個建筑利用黏土燒結磚，強度等級MU5，砂漿類型是混合砂漿，強度2.9MPa，構造柱也并未設置在建筑過程中，就目前情況而言，一層和二層有少部分的窗間墻體受壓，經過計算后發現抗力和效應比低于0.9，這是目前的主要問題，經評定建筑結構安全級別僅為D。在對其抗震性經過測試并計算后得知，最終得出的計算結果相較于建筑抗震標準部分墻體都不符合標準，根據標準要求，鑒定圈梁和鋼筋混凝土均未達到標準，磚和砂漿的強度遠低于標準規定的正常值。

3.1 加固方案比選

（1）鋼筋混凝土面層加固方法。即日常提到的鋼筋網夾板墻，砌體墻加固可以從很大程度上提升墻體承受壓力、承受剪切應力，大幅度提升剛度和抗震性，該方法的施工方法具備簡易性，并具備合格的計劃和實施經驗，是砌體結構加固最實用的方法，但實際施工工況需要長時間在濕潤狀況下工作，會影響到正常的生產生活，且建筑物實際面積在加固后會出現減少的情況。

（2）砌體托換加固方法。該方法主要針對具有重大缺陷和裂縫的部分，將其替換成新磚墻體，當出現其他問題時，可以將原構件進行有效的支頂，同時要對原結構、構件在具體工況全過程中的承重情況進行驗算、監測和把控。托換部分的材料強度等級要適當高于建造時計算的強度等級，砂漿強度也要相較原設計提升一個等級，用整磚堆砌。

（3）高延性混凝土加固方法。主要在經過基層處理后的構件表面涂一道高延性混凝土層，利用高延性混凝土所具備的高性能粘結性，讓高延性混凝土面層和砌體結構出現緊密結合層，使其整體受力更加均勻，更加適合高受力工況，同時還具備高延性、高抗裂性能和高耐損傷能力，這些良好的材料性能可以有效提高結構的承載力、延性和抗裂性能，讓成型后的砌體具備結構性承載力、延展性和較高的耗能能力，可以有效阻止裂縫的產生，從而使原有砌體結構的抗震性和抗裂性都有所提升。從本工程的實際工況和技術要點出發，認為高延性混凝土加固是適合應用在砌體上的。通過高延性混凝土對砌體結構進行加固時可以省略鋼筋的應用，并且減少了大量的施工工序，方法簡略，而人工壓抹則是最主要的工藝。

3.2 施工流程

3.2.1 基層處理

加固部位砌體粘接的前提條件是保證接觸面整潔干凈，沒有油污，對原有墻面裝飾面層和抹灰層都要處理干凈，將灰縫進行徹底清理，使用鋼絲刷將殘余灰塵清理干凈，讓表面灰粉徹底干凈。將砌體結構面進行清理后，要用水分充分潤濕，最好分兩次澆水，兩次分別在施工前12h和施工前2h左右進行。最后在墻面上粉刷一層素水泥漿，使墻面與高延性混凝土的結合更加充分，避免出現面層開裂的情況。

3.2.2 配置高延性混凝土

配置高延性混凝土要堅決按照使用手冊上的工藝要求進行拌制，對拌制比例加以把控，采取稱重計量的方式保證比例合理。高延性混凝土主要采用混料預拌的方法進行制備。原材料計量主要使用電子計量儀進行測試，使用前要確定其標定合格。每盤高延性混凝土原料計量的允許偏差應符合表1 規定的原材料種類計量允許偏差。

表1 原料計量允許偏差表

高延性混凝土使用的工程機械是強制式攪拌機，強制式攪拌機轉速要大于45r/min，并應配備纖維專用計量以及送料設備。每次攪拌都有相應的次數規定，需要按照施工進程進行制備，以防高延性混凝土存放太久，存放時間不能超過半小時，且施工過程中不能損壞原來的水比配置。

3.2.3 壓抹高延性混凝土面層

因原有墻面在清除固有裝飾面及抹灰面時對于原有砌筑墻體表面會產生相對的破壞，使得墻面平整度降低，所以在壓抹之前需做灰餅，這樣可以有效保持每層高延性混凝土的厚度。灰餅需采用高延性混凝土制作，直徑大小約為50mm。高延性混凝土面層應采取分層多次刮涂的方式，單層厚度≤15mm。第二層施工則需要在第一層高延性混凝土初凝前完成，各層高延性混凝土之間以及其與基層的粘接面需要牢固，保證無脫層、空鼓、裂隙等缺陷。在壓抹高延性混凝土前應先將墻面澆水濕潤，待墻體稍干后進行壓抹施工。

3.2.4 養護

高延性混凝土面層竣工后要進行7d 的噴水養護，溫度要大于5℃，否則會進行冬施，夏季施工時保證環境封閉。應在施工完成后2h 以內就開展養護工作，前三天和第四天之后分別保證每隔2h 以及4h 的灑水濕潤養護。

3.2.5 效果

通過高延性混凝土加固法，從建筑的實際狀況中可發現，在加固后其關鍵區域承重性能有了很大程度的改善，穩定性也大大提高，各結構部件均能充分發揮作用，強度也獲得了提高，承載力、抗裂性能均有所增強與改進。總的來講，對該建筑的鑒定、改建與施工的過程成功實現了預期的加固效果。

4 結語

在砌體結構中應用高延性混凝土可產生較好的效果，能夠充分發揮二者力學性能互補的特點，加固后墻體的延性和抗剪強度都有顯著提高，在墻體開裂后加強鋼網的效果也很可觀，在增加鋼筋直徑中豎向鋼筋的效果也很明顯；同時施工較為便利，材質強度較高，這種方式未來在砌體結構加固領域必然得到廣泛的應用，無論從社會還是經濟層面來看，都會產生良好的效益。