補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土用于加固工程的研究現(xiàn)狀與發(fā)展

薛學(xué)濤 崔朋勃

河南省建筑科學(xué)研究院有限公司（450053）

0 前言

在工程加固施工中，經(jīng)常會(huì)遇到二階段成型的混凝土疊合構(gòu)件，由于新舊混凝土不能有效的協(xié)同工作、混凝土的干縮常常導(dǎo)致加固構(gòu)件裂縫的產(chǎn)生等問題，使得加固工程達(dá)不到理想的效果，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都受到很大的影響?？紤]在混凝土中同時(shí)加入膨脹劑和鋼纖維,配制出協(xié)調(diào)性能較好、長期性能穩(wěn)定的具有防水和抗裂功能的補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土，用于解決混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固工程中疊合構(gòu)件的關(guān)鍵技術(shù)問題有著重要的意義，其應(yīng)用前景非常廣闊。

1 補(bǔ)償收縮混凝土

補(bǔ)償收縮混凝土是指由膨脹劑或膨脹水泥配制的自應(yīng)力為0.2～0.7MPa的混凝土[1]。補(bǔ)償收縮混凝土在限制條件下,在混凝土中建立一定的預(yù)應(yīng)力，改善了混凝土的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)，抑制或減少了裂縫的出現(xiàn)，吳中偉院士稱之為“少裂或不裂混凝土”。

趙順增、游寶坤等[2]系統(tǒng)研究了補(bǔ)償收縮混凝土在硬化前后的基本性能。結(jié)果表明，無論摻何種膨脹劑，都會(huì)使混凝土的凝結(jié)時(shí)間提前。宋春香[3]研究了補(bǔ)償收縮混凝土的渠道防滲工程中的應(yīng)用，結(jié)果表明，粉煤灰摻量對混凝土膨脹率的影響比較顯著。樊華、汪慶玲研究了微膨脹噴射混凝土在結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用，結(jié)果表明，一定量的膨脹劑加入混凝土中不但可以抵消混凝土收縮和徐變的影響，而且可以使新舊兩部分混凝土協(xié)同工作，提高了加固的質(zhì)量。

目前補(bǔ)償收縮混凝土依然存在著許多問題，比如需要較長時(shí)間的水養(yǎng)護(hù)和較好的約束條件等，這些都需要在工程實(shí)踐中進(jìn)一步的研究。

2 鋼纖維混凝土

纖維增強(qiáng)混凝土，是當(dāng)代迅速發(fā)展的新興復(fù)合建筑材料之一，是發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的是鋼纖維混凝土[4]。

鋼纖維混凝土是用一定量亂向分布的鋼纖維增強(qiáng)的以水泥為粘結(jié)料的混凝土，屬于一種新型的復(fù)合材料。20世紀(jì)70年代瑞典將Ekebro纖維噴射混凝土技術(shù)應(yīng)用于巖石穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)加固工程中。日本也在隧道中使用鋼纖維混凝土支護(hù)和修補(bǔ)不良地層和圍巖[4]。

近年來，鋼纖維混凝土在加固工程中的應(yīng)用也比較普遍，與鋼板和碳纖維不同的是，鋼纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度、溫度線膨脹系數(shù)和剛度等均與被加固的混凝土材料相接近，能夠更好的粘結(jié)，協(xié)調(diào)一致共同受力。合肥工業(yè)大學(xué)陳送財(cái)[5]在分析佛子嶺水庫大壩存在問題的基礎(chǔ)上,通過對大壩的兩端拱、墻垛原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析，提出多種加固方案，對方案進(jìn)行技術(shù)與經(jīng)濟(jì)比較，最后采用噴射鋼纖維混凝土對大壩壩面、垛內(nèi)局部進(jìn)行加固處理。

3 補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土

3.1 研究現(xiàn)狀

近年來，許多學(xué)者對鋼纖維和膨脹劑兩種材料的復(fù)合使用做了大量的研究。

李國新[6]等對膨脹劑與鋼纖維協(xié)同增強(qiáng)輕骨料混凝土進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)表明:摻入膨脹劑后，混凝土基體會(huì)產(chǎn)生一定量的膨脹，而帶模養(yǎng)護(hù)和鋼纖維的摻入約束了這種膨脹,致使混凝土更加密實(shí)，使水泥石與粗骨料界面、鋼纖維與基體界面的強(qiáng)度都可能得到增強(qiáng)，因此表現(xiàn)出明顯的協(xié)同增強(qiáng)效果。

羅成立等[7]對膨脹劑和鋼纖維不同的摻量進(jìn)行了對比試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，雙摻法補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土的抗壓、抗折、劈裂抗拉強(qiáng)度及抗?jié)B、抗收縮能力有了顯著的提高，達(dá)到了1+1＞2的效果。

崔朋勃[8]研究表明，相比素混凝土，噴射補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土養(yǎng)護(hù)28 d后的劈裂抗拉強(qiáng)度最大可提高53.2%，鋼纖維和膨脹劑對混凝土的聯(lián)合增強(qiáng)效果依次為∶劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

3.2 在加固工程中的應(yīng)用

河南信陽某六層框架結(jié)構(gòu),已建成近六年，目前一、二層已投入使用，三層及以上正處于裝修階段，裝修時(shí)發(fā)現(xiàn)第三層現(xiàn)澆板有比較明顯的顫抖現(xiàn)象，委托相關(guān)檢測機(jī)構(gòu)對該建筑進(jìn)行鑒定性檢測。

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，第三層頂樓板上部（第四層）堆放大量裝修材料,樓板有十分明顯的顫抖現(xiàn)象，現(xiàn)樓板最大撓度為24mm，檢測該現(xiàn)澆板板底受力鋼筋間距滿足設(shè)計(jì)要求，未見樓板開裂。但現(xiàn)澆板厚度嚴(yán)重不滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)為130mm厚的現(xiàn)澆板，平均板厚在90mm左右，樓板跨高比較大致使樓板剛度不足，導(dǎo)致樓板受到活荷載時(shí)有明顯的顫抖現(xiàn)象。另外，由于樓板厚度不足，而板上又放置大量的裝修材料，使得樓板下?lián)献冃巍?/p>

加固設(shè)計(jì)時(shí),考慮在原有現(xiàn)澆板的基礎(chǔ)上，上部復(fù)澆一疊合層，使得樓板厚度滿足設(shè)計(jì)及承載力要求?；炷翝仓?，現(xiàn)澆板為二階段成型的水平疊合受彎構(gòu)件,疊合受彎構(gòu)件的難點(diǎn)是協(xié)同工作問題，施工中容易出現(xiàn)“兩層皮”的狀況，因此，可在澆筑疊合層的混凝土中加入適量的鋼纖維和膨脹劑，一方面抵消混凝土收縮和徐變的影響，另一方面可以為膨脹提供可靠的三維約束，使新舊兩部分混凝土協(xié)同工作，有效提高加固的質(zhì)量。

3.3 研究意義

加固質(zhì)量是一個(gè)加固工程能否達(dá)到預(yù)期目的的關(guān)鍵所在。目前，工程中常見的加固材料是混凝土、碳纖維布和鋼板。對于混凝土構(gòu)件截面不滿足設(shè)計(jì)要求、剛度不足的情況，常常采用混凝土進(jìn)行二次澆注，采用混凝土對構(gòu)件或結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的難點(diǎn)在于新舊混凝土的有效結(jié)合、協(xié)同工作；尋求一種速凝、快硬、早強(qiáng)、高強(qiáng)、抗?jié)B防裂、提高混凝土的和易性、增加粘著力和新舊混凝土協(xié)同工作等性能于一體的復(fù)合混凝土加固材料，是提高和發(fā)展混凝土加固技術(shù)的重要途徑。

二次成型的疊合式構(gòu)件，主要存在于二次受力的情況，其極限承載力不是簡單的與整體構(gòu)件極限承載力相當(dāng)，只有新舊混凝土有效粘結(jié)、協(xié)同受力，才能達(dá)到理想的效果。將補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土用于加固工程中，充分利用鋼纖維在混凝土中的三維亂向分布，給混凝土提供均勻的內(nèi)部約束，更好地發(fā)揮膨脹劑的性能；膨脹劑的反應(yīng)物能夠填充鋼纖維周圍的孔隙,增加了鋼纖維與混凝土的粘結(jié)力，有利于改善結(jié)構(gòu)的性能。鋼纖維和膨脹劑的復(fù)合使用，能夠相互取長補(bǔ)短，更好地發(fā)揮各自的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土在加固工程中的應(yīng)用是一種新技術(shù)的實(shí)施和新材料的應(yīng)用。加固工程中，一方面抵消混凝土收縮和徐變的影響，另一方面為膨脹提供可靠地三維約束，使新舊兩部分混凝土協(xié)同工作，有效提高混凝土加固工程的質(zhì)量。目前這方面的研究還比較少，且不夠深入和系統(tǒng)。因此，深入開展補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土在加固工程中的技術(shù)研究，以便更好地應(yīng)用于工程實(shí)踐有著重要的意義。

[1]JGJ/T 178—2009,補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].

[2]趙順增,游寶坤.補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程實(shí)施指南[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[3]宋春香.補(bǔ)償收縮混凝土在渠道防滲工程中的應(yīng)用[D].咸陽:西北農(nóng)林科技大學(xué),2007.

[4]程慶國,高路彬.鋼纖維混凝土理論及應(yīng)用[M].北京:中國鐵道出版社,1999.

[5]陳送財(cái).鋼纖維混凝土在佛子嶺水庫大壩加固（設(shè)計(jì)）中的應(yīng)用[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2005.

[6]李國新,李勤,楊俊芬,等.膨脹劑與鋼纖維協(xié)同增強(qiáng)高強(qiáng)輕骨料混凝土研究[J].混凝土,2006(5):35～37.

[7]羅成立,王碩太,崔浩.補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土試驗(yàn)研究[J].四川建筑科學(xué)研究,2008,34(6):168～170.

[8]崔朋勃,馬芹永.膨脹劑對噴射補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土力學(xué)性能的影響[J].混凝土與水泥制品,2010(5):45～47.