聚合物砂漿加固密肋空心磚樓板試驗研究

□文/李軍華 劉剛 武啟明

聚合物砂漿加固密肋空心磚樓板試驗研究

□文/李軍華 劉剛 武啟明

文章針對密肋空心磚樓板不同的結(jié)構(gòu)損壞情況，提出加固方案并進行現(xiàn)場荷載試驗研究。通過試驗研究表明，后抹聚合物砂漿與原肋梁混凝土粘結(jié)效果好，能有效阻止加固后密肋空心磚樓板開裂；通長更換或局部更換鋼筋能夠在荷載作用下有效傳力，加固方案對密肋空心磚樓板的承載力及剛度均有所提高。

密肋空心磚樓板；聚合物砂漿；加固；試驗

天津歷史風(fēng)貌及文物建筑部分采用密肋空心磚樓板。密肋空心磚樓板是由一層較薄的鋼筋混凝土板或混凝土板與密集的鋼筋混凝土肋梁及肋梁間填充的空心磚組成。肋梁間填充的空心磚既能作為上部（鋼筋）混凝土板及肋梁的模板又能達到建筑上的隔音與隔熱要求。

目前，上述建筑部分密肋空心磚樓板存在不同程度的結(jié)構(gòu)損壞情況，主要為肋梁底部混凝土保護層剝落、鋼筋外露、銹蝕等現(xiàn)象。傳統(tǒng)加固修復(fù)方法對歷史風(fēng)貌及文物建筑密肋空心磚樓板的破壞程度較大、甚至需要替換原有構(gòu)件，而且施工工程量大、費用較高。本文對聚合物砂漿加固密肋空心磚樓板的方法進行現(xiàn)場荷載試驗研究。

1　試驗方案

1.1試驗區(qū)域選擇

天津市科學(xué)技術(shù)協(xié)會辦公樓（原東萊銀行，天津市文物保護單位，重點保護歷史風(fēng)貌建筑），為主體3層、帶半地下室混合結(jié)構(gòu)辦公樓，零層、首層樓蓋、二層部分樓蓋、三層屋蓋均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土密肋空心磚樓蓋結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)該建筑零層至三層密肋空心磚樓（屋）蓋板普遍出現(xiàn)肋梁底部鋼筋混凝土保護層及空心磚開裂、脫落及肋梁底部受力鋼筋嚴重銹蝕等結(jié)構(gòu)損壞現(xiàn)象，已嚴重影響密肋空心磚樓（屋）蓋板的正常使用。

結(jié)合該建筑密肋空心磚樓蓋板現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)損壞情況及現(xiàn)場實際情況，選取零層2～4軸、C～D軸區(qū)域樓蓋板進行現(xiàn)場荷載試驗。試驗區(qū)域范圍內(nèi)共存在7根肋梁（不包括邊肋），樓蓋板凈寬約為2 260 mm，跨度為4200mm，凈跨約為3700mm。肋梁中心距約為300 mm，肋梁寬度介于60～75 mm，肋梁凈高約為100 mm，其上鋼筋混凝土樓板厚度約為70mm。每個肋梁底部均配有1根直徑為16mm的竹節(jié)鋼筋。試驗區(qū)域密肋空心磚樓板見圖1。

圖1　試驗區(qū)域密肋空心磚樓板剖面

將試驗區(qū)域樓蓋上的裝修及抹灰層剔除。采用混凝土切割機沿肋梁設(shè)置方向并于肋梁中間切割寬度約為5 mm的縱向貫通縫，將試驗區(qū)域分為試驗板帶1、試驗板帶2。每個試驗板帶均由3個肋梁、肋梁之間的空心磚及肋梁上部鋼筋混凝土板組成，試驗板帶寬度約為900mm。零層樓板試驗區(qū)域切割情況見圖2。

圖2　零層樓板試驗區(qū)域切割情況

1.2加固方案

試驗板帶1通長更換肋梁底部原有1根直徑16 mm的竹節(jié)鋼筋為1根H RB400級直徑為16 mm的鋼筋，為加強通長更換鋼筋的錨固，在肋梁端部墻體剔鑿120 mm（平行于肋梁方向）×60mm（垂直于肋梁方向）×60 mm（高度方向），將通長鋼筋彎折90°后錨入支座120 mm并采用C35級灌漿料澆筑密實。沿肋梁方向設(shè)置剪力銷φ6 mm@500 mm（200 mm），剪力銷從原肋梁底面算起植筋深度為120 mm，植筋采用改性環(huán)氧類A級結(jié)構(gòu)膠粘劑。通長鋼筋更換完畢后在肋梁底部壓抹I級聚合物砂漿。試驗板帶1加固方案見圖3。

試驗板帶2局部更換支座附近存在混凝土保護層剝落及鋼筋銹蝕現(xiàn)象區(qū)域肋梁底部原有直徑16 mm的竹節(jié)鋼筋為H RB400級直徑為16 mm的鋼筋。局部更換鋼筋與原有鋼筋采用雙面焊接連接，搭接長度為100 mm，其他構(gòu)造同試驗板帶1。試驗板帶2加固方案見圖4。

圖3　試驗板帶1加固方案

圖4　試驗板帶2加固方案

1.3加載方案

采用砂袋對試驗板帶進行加載，每級荷載均為8袋50 kg（共400 kg，等效為1.2 kN/m2的均布荷載）的砂袋。砂袋分層碼放。每級荷載加載或卸載完成后均靜停15min，加載全部完成后靜停12h。試驗板帶加固施工完成28d后進行加固后的現(xiàn)場荷載試驗。試驗板帶加載1加固前加載至第五級荷載（6.0 kN/m2），試驗板帶1、2加固后均加載至第七級荷載（8.4kN/m2）。

1.4量測方案

采用位移計對加載及卸載過程中試驗板帶的撓度進行測量。試驗板帶1及試驗板帶2均在3個肋梁底部支座及跨中分別布置1個位移計，中間肋梁底部兩側(cè)1/3跨分別布置一個位移計。

采用電阻應(yīng)變片對加載及卸載過程中試驗板帶肋梁底部原有鋼筋、通長更換或局部更換受力鋼筋的應(yīng)變進行測量。試驗板帶電阻應(yīng)變片布置見圖5。

圖5　試驗板帶應(yīng)變片布置

2　材料強度檢測情況

現(xiàn)場截取試驗板帶肋梁底部原有竹節(jié)鋼筋，對其進行抗拉試驗，試驗結(jié)果見表1。由表1可見，試驗板帶肋梁底部原有竹節(jié)鋼筋材料性能指標接近于H PB235級鋼筋。

表1　鋼筋試驗情況MPa

依據(jù)JG/T289—2010《混凝土結(jié)構(gòu)加固用聚合物砂漿》、GB/T17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》對該聚合物砂漿的抗壓強度、抗折強度進行試驗，試驗試塊抗壓強度分別為40.4、40.3、43.6 MPa，抗折強度分別為8.1、8.6、7.5MPa。

對聚合物砂漿與肋梁混凝土的粘結(jié)強度進行檢測，試驗結(jié)果表明，聚合物砂漿與肋梁混凝土粘結(jié)強度主要介于1.01～1.19MPa，個別為1.54、1.93MPa。

3　試驗結(jié)果

3.1試驗現(xiàn)象

1）試驗板帶1加固前。第二級荷載（2.4 kN/m2）加載完成后西側(cè)邊肋距C軸支座0.5 m處出現(xiàn)剪切斜裂縫，最大裂縫寬度為3 mm，裂縫長度為0.3 m（以下稱為1號裂縫）；東側(cè)邊肋距D軸支座0.3 m處剪切裂縫，最大裂縫寬度為2 mm，裂縫長度為0.3 m（以下稱為2號裂縫）；東側(cè)邊肋距C軸支座1.2m處剪切裂縫，最大裂縫寬度1.5mm，裂縫長度0.3m；第四級荷載（4.8 kN/m2）加載完成西側(cè)邊肋跨中掉小空心磚磚塊、掉渣；第五級荷載（6.0kN/m2）加載完成后板底掉渣明顯，1號裂縫最大裂縫寬度為4mm。靜停12h后，1號裂縫向支座延伸0.7 m，最大裂縫寬度為0.3 mm；2號裂縫長度為0.5 m；西側(cè)邊肋D軸支座處出現(xiàn)剪切斜裂縫，最大裂縫寬度為2 mm，裂縫長度為0.9 m。試驗板帶1加固前荷載試驗現(xiàn)象詳見圖9a。由試驗現(xiàn)象可見，密肋空心磚樓板加固前肋梁內(nèi)未配置抗剪鋼筋，在較大荷載作用下易產(chǎn)生剪切裂縫。

2）試驗板帶1加固后。試驗板帶1加固后荷載試驗加載及卸載過程中肋梁混凝土及后抹聚合砂漿無開裂及剝落現(xiàn)象，試驗板帶1加固前荷載試驗肋梁出現(xiàn)的裂縫也未發(fā)展。試驗板帶1加固后荷載試驗現(xiàn)象見圖9b。

3）試驗板帶2加固后。第三級荷載（3.6 kN/m2）加載完成后西側(cè)小肋靠C軸支座處肋梁出現(xiàn)沿鋼筋鋪設(shè)方向混凝土開裂現(xiàn)象，最大裂縫寬度為0.25 mm，裂縫長度為0.45 m；第四級荷載（4.8 kN/m2）加載完成后中間肋梁跨中底部混凝土沿鋼筋鋪設(shè)方向出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，最大裂縫寬度為0.2mm，裂縫長度為0.1m。

3.2荷載-撓度曲線

試驗板帶荷載-跨中撓度曲線見圖6，圖6括號內(nèi)荷載等級適用于試驗板帶1加固前的情況。由圖10可見，對于試驗板帶1加固前后而言，第一級荷載（1.2 kN/m2）加載至第四級（4.8 kN/m2）的荷載-跨中撓度曲線呈直線且基本一致，表明試驗板帶1處于彈性階段且加固前后剛度基本一致；加載至第五級荷載（6.0 kN/m2）時，試驗板帶1加固前后的跨中撓度分別為3.43、3.02 mm，試驗板帶1加固后跨中撓度比加固前降低了12%，表明試驗板帶1加固后的剛度有所提高。

對于試驗板帶1加固后與試驗板帶2加固后而言，整個加載過程中，試驗板帶2加固后的跨中撓度均明顯小于試驗板帶1加固后的跨中撓度，加載過程中試驗板帶2加固后的跨中撓度比試驗板帶1加固后分別降低了43.2%～55.3%，表明試驗板帶2加固后的剛度較試驗板帶1加固后有明顯提高，原因是試驗板帶1加固時通長更換的鋼筋與肋梁混凝土的粘結(jié)力較試驗板帶2未更換鋼筋區(qū)域的粘結(jié)力有所降低，試驗板帶1加固后的通長更換鋼筋與肋梁混凝土的共同作用效果較試驗板帶2加固后有所下降，進而影響了試驗板帶1加固后的剛度。

圖6　試驗板帶荷載-跨中撓度曲線

3.3鋼筋應(yīng)變

試驗板帶荷載試驗肋梁底部受力鋼筋應(yīng)變變化情況見圖7。由圖7可見，加載過程中，試驗板帶跨中肋梁底部受力鋼筋一直處于受拉狀態(tài)且應(yīng)變逐級增大，表明加固后通長或局部更換鋼筋能夠有效傳力；試驗板帶1加固后及試驗板帶2加固后支座附近處的肋梁底部縱向鋼筋在加載及卸載過程中一直處于受壓狀態(tài)，表明支座對樓板的約束作用較強。

圖7　試驗板帶鋼筋應(yīng)變變化情況

4　試驗結(jié)論

1）密肋空心磚樓板加固前肋梁內(nèi)未配置抗剪鋼筋，在較大荷載作用下易產(chǎn)生剪切裂縫。

2）支座對密肋空心樓板的約束作用較強。

3）后抹聚合物砂漿與原肋梁混凝土粘結(jié)效果好，能有效阻止加固后密肋空心磚樓板開裂。

4）針對于肋梁底部局部存在混凝土保護層嚴重剝落、鋼筋存在明顯外露、嚴重銹蝕現(xiàn)象的密肋空心磚樓板可采用局部更換鋼筋并增設(shè)剪力銷后抹聚合物砂漿的方法進行加固。局部更換鋼筋能夠與原鋼筋連接成為整體并能在荷載作用下有效傳力。采用此方法加固后，樓板的承載力及剛度均有所提高。

5）針對于沿跨度范圍內(nèi)普遍存在肋梁底部混凝土保護層嚴重剝落、鋼筋存在明顯外露、嚴重銹蝕現(xiàn)象的密肋空心磚樓板可采用通長更換鋼筋并增設(shè)剪力銷后抹聚合物砂漿的方法進行加固。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.02.008

□劉剛/天津市公用公房經(jīng)營管理處。

□武啟明/天津住宅科學(xué)研究院有限公司。

□TU756.4+4

□C

□1008-3197（2015）02-20-03

□2015-01-07

□李軍華/男，1977年出生，高級工程師，天津住宅科學(xué)研究院有限公司，從事結(jié)構(gòu)檢測鑒定與加固技術(shù)研究工作。