受凍混凝土樓蓋可靠性鑒定與加固研究

馬國慶 李烏江

1.河北建筑工程學院;2.東營市眾成地產(chǎn)有限公司

在我國北方地區(qū)的冬季施工過程中,往往會出現(xiàn)樓蓋混凝土因養(yǎng)護不力引起的凍害現(xiàn)象,導致受彎構(gòu)件剛度和承載能力下降,成為影響結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素之一.而此類樓蓋大多采用拆除重做的方式處理,在經(jīng)濟和社會方面多有不利影響.本文結(jié)合某受凍混凝土樓蓋實際工程,提出置換受壓區(qū)混凝土并增設“暗梁”的方法,解決了新舊混凝土疊合板協(xié)同工作的問題,取得了良好的加固效果.

1 工程概況

某住宅樓主體結(jié)構(gòu)形式為磚混結(jié)構(gòu),一、二層樓蓋建筑面積800m2左右.混凝土樓蓋的施工日期在2007年12月上旬.混凝土澆筑施工完畢后,由于養(yǎng)護不當導致混凝土受凍.現(xiàn)澆混凝土樓蓋的設計強度等級為C20,混凝土板厚為100mm,板底受力鋼筋為雙向φ 8@150.該建筑樓蓋結(jié)構(gòu)平面示意圖如圖1所示.其中,雙線表示240墻體,所示為混凝土構(gòu)造柱,承重墻上設置圈梁.

圖1 受凍混凝土樓蓋平面示意圖

2 結(jié)構(gòu)現(xiàn)場勘測

2.1 混凝土受凍狀態(tài)

現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn),樓蓋混凝土構(gòu)件表面有冰紋,且混凝土表面有顏色發(fā)白、不均勻等現(xiàn)象,表明混凝土表面在凝固前已受凍.采用回彈法對樓蓋混凝土上層表面強度進行檢測[1],混凝土表面強度推定值在10～12MPa之間,個別較差部位在10MPa以下,即未達到設計強度的50%.樓板及圈梁混凝土表面凍痕如圖2中(a)、(b)所示.

圖2 混凝土樓蓋凍害現(xiàn)象

2.2 凍傷深度檢測

現(xiàn)場鉆取混凝土芯樣對樓蓋混凝土凍傷深度進行檢測[2],混凝土凍傷深度在30mm～40mm之間.取芯現(xiàn)場多次發(fā)生芯樣在芯筒內(nèi)斷裂甚至粉碎的現(xiàn)象.觀察混凝土芯樣發(fā)現(xiàn),混凝土內(nèi)部骨料礫石表面有明顯的結(jié)冰痕跡,芯樣上層敲擊易碎,斷面疏松,粗骨料或砂漿脫落,顏色略發(fā)白.以上現(xiàn)象表明,內(nèi)部混凝土在凝結(jié)后但未取得足夠強度時受凍,冰晶使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)嚴重受損,造成了不可恢復的強度損失.混凝土芯樣上層多孔隙,且較大,混凝土板的抗?jié)B性和耐久性都得不到保證.另外,現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn),混凝土圈梁的凍傷深度明顯低于樓板凍傷深度,均在30mm以下.

3 混凝土板承載力計算[3][4]

取7～9/B～C軸線間板B作為計算單元,如圖1中所示.按照雙向板彈性理論進行抗彎承載力、剛度及撓度的驗算,計算結(jié)果如表1、2所示.

表1 板B的抗彎承載力驗算

表2 板B的剛度及撓度計算

通過前面的計算可知上述混凝土樓板剛度滿足要求,根據(jù)現(xiàn)場勘測,混凝土板底實配鋼筋為雙向φ 8@150(即As=335mm2),受力鋼筋的配置滿足抗彎承載力的要求.計算所得板撓度值f=5.66mm＜14.4mm,亦滿足撓度限值要求.但是,從耐久性的角度考慮,規(guī)范[5]規(guī)定受力構(gòu)件的混凝土強度等級不應低于C20,而實測混凝土強度僅達到設計強度的50～60%,不滿足要求,必須對混凝土樓板進行加固和耐久性處理.

4 加固處理方案

鑒于該工程混凝土的凍害損傷程度,為使加固板能夠整體受力,決定采用整體式補強.即在原有鋼筋混凝土板上面,經(jīng)過處理再澆注一層鋼筋混凝土板,使兩層板合二為一成為一個整體,從而提高其承載力.具體施工方法如下:

1)鑿除樓板頂部混凝土30mm厚,且保證鑿面不平度大于5mm;

2)在板短邊方向鑿出間距500mm、寬度為80mm,深度30mm溝槽,形成斷面尺寸為80mm×80mm的“暗梁”,內(nèi)配2φ 14,箍筋為φ 6@200,作為剪力鍵,從而更好地傳遞剪力和拉力,增強新舊混凝土的整體性,保證其協(xié)同工作;

3)將鑿面沖洗干凈后,板上表面配φ 6@100雙向鋼筋網(wǎng),重新澆筑強度等級為C30的細石混凝土50mm厚;澆注混凝土前,在舊混凝土結(jié)合面上涂刷水泥凈漿,摻有107膠水或鋁粉(為水泥重的0.2‰～0.5‰),作為混凝土界面劑;

4)在鑿除混凝土時應進行有效的模板支撐,以承擔施工期荷載,防止混凝土板開裂崩塌以及避免板底受拉鋼筋處于高應力狀態(tài);

5)對于混凝土圈梁可采取相同的混凝土置換辦法處理,鑿除混凝土厚度為40mm,“暗梁”不再另設;

6)考慮耐久性的要求,在板底抹10mm厚耐久性砂漿抹面,耐久性砂漿的重量配比為:水泥∶砂子∶水∶聚醋酸乙烯=1∶2.5∶0.5∶0.05.

混凝土板處理方法及“暗梁”設置剖面如圖3所示.

圖3 混凝土板處理方法及“暗梁”設置示意圖

5 加固效果分析

混凝土板受壓區(qū)更換為C30細石混凝土,板厚增加20mm,暫不考慮暗梁中鋼筋的作用,仍取1000mm寬板帶,對加固后受拉鋼筋進行應力計算,計算結(jié)果如表3所示.

表3 加固后板受拉鋼筋應力驗算

板y方向鋼筋應力亦用上述方法計算,鋼筋應力比為0.466.用表2方法對板剛度和撓度進行驗算,均滿足規(guī)范[5]要求,在此不再贅述.

值得指出的一點是,雖然在加固施工過程中對板進行了模板支護,在后澆層混凝土開始承力之前,原板底鋼筋應力超前的現(xiàn)象是不可避免的[6];另外,在對板進行模板支撐后,板底鋼筋受粘結(jié)因素的影響并不能完全恢復變形.因此,本文建議在加設“暗梁”的基礎上,原板底鋼筋應力不宜超過0.8fy,以保證加固完成的正常使用過程中,原板底鋼筋應力不至于過高.對于支座處的原有鋼筋處于受拉區(qū),不存在鋼筋應力超前現(xiàn)象,故不再進行應力驗算.

6 結(jié)束語

本文采用開槽設“暗梁”形成“剪力鍵”而非使用在原有混凝土上植筋的方法在整體現(xiàn)澆板上作整體式補強,即解決新舊混凝土疊合板協(xié)同工作的問題,也減少了對原有混凝土的損傷.該工程加固施工后的使用過程中,未出現(xiàn)任何問題.因此,此類在整體現(xiàn)澆板上作整體式補強的加固方法可為同類工程設計和施工提供一定的參考.

[1]回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程.(JGJ/T23-2002).中國建筑工業(yè)出版社,2002

[2]鉆芯法檢測混凝土強度技術規(guī)程.(CECS03:08).中國計劃出版社,1988

[3]東南大學,同濟大學,天津大學合編.混凝土結(jié)構(gòu)(中冊).中國建筑工業(yè)出版社,2003

[4]過鎮(zhèn)海,時旭東編著.鋼筋混凝土原理和分析.清華大學出版社.2003

[5]混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范.GB50010-2002

[6]呂西林主編.建筑結(jié)構(gòu)加固設計.科學出版社,2003,5