ECC混凝土修補加固技術在房屋建筑工程中的應用

0 引言

普通混凝土易受外部環境和荷載的影響而出現裂縫，這種行為使其在使用過程中容易發生損壞，從而影響結構的安全性和耐久性。因此，發展一種能有效控制裂縫的混凝土材料成為迫切的需求。ECC（Engi-neeredCementitiousComposites）是一種新型的高性能混凝土材料，通過添加短纖維來提高其韌性和抗裂性能[1]。由于ECC 材料具有優異的性能和獨特的特性，其在結構加固領域展現出顯著優勢，因而備受科研人員青睞。

ECC由于其高韌性和良好的抗裂性能，適用于橋梁結構的加固和修復，可以作為外包層或注人材料，增強橋梁的承載能力和抗震性能，有效延長橋梁的使用壽命[2]。對于老舊混凝土結構，ECC 優異的粘結性能使其能夠與原有混凝土結構良好結合，形成復合材料，提升整體承載能力，可用于局部加固或整體修復[3]。此外，ECC 混凝土能夠有效吸收和耗散地震能量，減少地震對結構的影響，可用于增強柱、梁和連接部件的性能[4]。ECC 混凝土已應用于橋梁、墩柱等結構，但在房屋建筑加固領域應用較少，且作用機理等尚不清晰。

本文首先研究了不同PVA纖維摻量對ECC混凝土力學強度的影響規律，在此基礎上，選定 1.8% 的纖維摻量探究了ECC的收縮應變和粘結強度，并以某房屋建筑結構加固工程為例，驗證了ECC的加固效果。

1 試驗部分

1. 1 ECC原材料及制備

ECC混凝土的原材料包括P.042.5普通硅酸鹽·22·

水泥、I級粉煤灰（需水量比 95% 、活性指數70% ）、聚乙烯醇（PVA）纖維（長度 12mm 、直徑40μm 、拉伸強度 1560MPa )、聚羧酸型高性能減水劑、城市自來水、 80～120 目石英砂。

ECC混凝土的配合比為：水泥 600kg 、粉煤灰700kg 、石英砂 500kg 、減水劑 10kg 、PVA纖維（體積比 1.5% 、 1.8% 和 2.1% ）和水 320kg 。將粉體（水泥、砂子和粉煤灰）倒入攪拌鍋中，然后加入水和外加劑，待出漿后，加入PVA纖維，分散均勻后出鍋。

1.2試驗方法

ECC混凝土的抗壓、抗折強度依據《混凝土物理力學性能實驗方法標準》（GB/T50081-2019）進行，抗拉強度和收縮應變分別參考《超高性能混凝土技術要求》（T/CECS10107-2020）和《混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T50082）。粘結強度測試按照《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》（JGJ/T70-2016）執行。

2 結果與分析

2.1不同纖維摻量對ECC混凝土力學性能的影響

不同摻量的PVA纖維對ECC混凝土抗壓-抗折強度的影響規律見圖1。從圖中可知，隨著PVA纖維摻量的增加，ECC混凝土的抗壓強度在不同齡期均有所增加。其中， 2.1% 高摻量PVA纖維對提高早期強度更有利，相比 1.5% 纖維摻量混凝土的3天強度提高了 55.6% ；后期強度增幅不高，28天強度只增加了 12.5% ，這與之前其他文獻報道的結果類似。PVA纖維對ECC混凝土抗折強度的影響規律基本與抗壓強度一致[5]。綜合來看，基于性價比因素考慮，ECC混凝土的PVA纖維摻量定為 1.8% ，此時抗壓-抗折

28天強度分別為 59MPa 和 15.8MPa ，完全滿足房屋加固的需求。

圖1不同PVA纖維摻量對ECC 混凝土抗壓-抗折強度的影響

2.2ECC混凝土的粘結強度和收縮應變性能

ECC混凝土的粘結強度和收縮應變發展曲線見圖2。從圖中可以看出，ECC混凝土的粘結強度隨齡期增加逐漸提高，3天和28天的強度分別為 2.68MPa 和 3.87MPa 。ECC混凝土的高粘結強度一方面來源于內摻的PVA纖維，纖維錯綜復雜分布于結構中，可以連接舊混凝土，從而發揮一定的錨固作用。此外，ECC基于緊密堆積設計，漿體黏度高，有利于新拌漿體與舊混凝土的粘結。ECC混凝土的高粘結強度提高了房屋建筑加固中與舊混凝土的錨固連接，大幅鞏固了加固效果。ECC混凝土的收縮曲線表明：ECC整體收縮值偏大，這主要與其大摻量膠材有關。此外，隨齡期增加，收縮應變呈現指數增長，后期趨于穩定。其中，收縮應變發展主要集中在90h內，約占總收縮量的 70% 。因此，ECC混凝土加固房屋建筑時，一定要注重前期養護，從而減少因收縮帶來的負面作用。

圖2ECC混凝土的粘結強度和收縮應變曲線

2.3ECC混凝土在房屋建筑加固中的應用

利用ECC混凝土對既有房屋建筑進行加固，其效果見圖3。加固流程如下：首先在房屋加固面架設木模板或其他模板，然后將新拌的ECC漿體倒入，分多次進行澆筑。完成后對ECC混凝土采用覆蓋土工布的形式進行養護7天。ECC加固后墻體無明顯裂縫，墻體在加固前后的承載力顯著提高，加固前為350kN/m ，加固后提高到 680kN/m ，表明ECC混凝土有顯著的加固提升效果。ECC混凝土使用效果良好，可以應用在房屋建筑加固中。

圖3ECC混凝土在房屋建筑加固中的應用

ECC混凝土加固墻體后的應力－應變曲線見圖4。由圖可知，ECC混凝土-墻體結構呈現出一定的韌性特征，應變值明顯變大，最后達到 2.5% 左右。此外，沒有明顯的脆性斷裂，當應變值達到 2% 后，雖然結構體發生了斷裂，但應力緩慢下降，表現為低應變硬化行為，表明ECC混凝土加固后的墻體可以抵抗一定的應變和應力，具備抗震特性。ECC混凝土的這種特性被廣泛應用在抗震結構建筑設計中[6]

圖4ECC混凝土加固房屋后的應力-應變圖

3結論

（1）隨著PVA纖維摻量的增加，ECC混凝土的抗壓-抗折強度均提高，這種提升作用對早期強度更明顯。其中， 2.1% PVA纖維相比 1.5% 摻量纖維3天強度提高了 55.6% 。當PVA纖維摻量定為 1.8% 時，ECC混凝土的粘結強度為 3.87MPa ，收縮應變發展主要集中在90h內，約占總收縮量的 70% 。

(2）ECC混凝土加固墻體后，承載力提高到680kN/m ，加固效果良好。此外，ECC混凝土加固墻體后無脆性斷裂，表現出一定的韌性特征，應變值達到 2.5% ，可以抵抗一定的應力，具備抗震特性。

參考文獻：

[1］劉國華．房屋建筑混凝土結構工程加固施工技術［J]．居業，2024(3):40-42.

[2]LIVictorC.高延性纖維增強水泥基復合材料的研究進展及應用[J]．硅酸鹽學報，2007（4)：531-536.

[3］楊忠.超高韌性水泥基復合材料構件受剪性能試驗研究[D]．合肥：合肥工業大學，2014.

[4」鄧明科，樊鑫淼，高曉軍，等.ECC面層加固受損磚砌體墻抗震性能試驗研究［J]．工程力學，2015，32（4）：120-129.

[5］王文凱.PVA-鋼混雜纖維增強水泥基復合材料柱抗震性能非線性分析［D]．蘭州：蘭州理工大學，2023

[6]卜娜蕊，劉睿，趙慧斌，等．超高性能纖維混凝土在路橋加固施工中的應用［J].居業，2023（10)：71-73.