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公司名称:福州永年工程技术有限公司
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山砂无机灌浆料在工程加固中的应用
    据有关部门统计,目前我国现有的各种建(构)筑物总面积在100亿m2以上,其中大多数是混凝土结构,由于设计、施工、使用及耐久性等原因,需对部分结构进行维修和加固改造。目前常用的加固方法有:粘钢加固、加大截面加固、外包钢加固、预应力加固以及碳纤维加固,实践证明这些方法对梁、板。柱等的加固均有较好效果。但对增大截面有限的加固,则因普通混凝土浇筑存在骨料粒径偏大、强度不容易控制,流动性差等问题,应用范围受到限制。近年来兴起的钢丝网片—聚合砂浆外加层加固法,虽能能较好解决加层厚度问题,但因采用聚合物砂浆作填充材料,对环境、温度、湿度、防火等都有一定的限制,其耐久性也有机材料的老化性能相关,并且施工难度大,成本高。
    针对上述问题,我院结合贵州地区普通使用砂混凝土的优点,成功研制了适于维修和混凝土结构改造与加固,尤其是梁、柱、板和墙外加层加固的山砂无机灌浆料,这种材料具有流动性大,微膨胀、与混凝土粘结牢固、早强、高强等特点,不但满足结构加固的需要,而且价格低廉,该产品已通过率贵州省科技厅组织的专家组的鉴定。
1山砂无机灌浆料的技术参数
1) 超早强,1d的抗压强度达到20MPa,3d的抗压强度达到40MPa。28d的抗压达到60MPa;
2) 微膨胀,24h竖向微膨胀率≥0.02%;
3) 高流态,集料粒径≤4.75mm时流动度≥180mm;
4) 具有施工工艺简单、可操作性强、常温下自流密实、免振捣等特性。
2山砂无机灌浆料基本性能试验研究
2.1弹性模量试验
    弹性模量是反映材料形变与应力关系的物理量,是衡量承载能力的重要参数之一,一般来说,弹性衡量越大,强度越高。用灌浆料洗筑后试件的弹性模量与混凝土的弹模相等或接近是加固后构件新旧材料共同受力的重要条件,也是保证该构件与整体结构协调变形的重要因素。
    用灌浆料加固混凝土构件,由于新加部分和原混凝土的材料不同,两者弹性模量亦存有差异,这对加固构件能否协同受力至关重要。
    本试验采用外包法对混凝土柱体进行二次灌浆,混凝土棱柱体原始尺寸100mm×100mm×300mm,灌浆尺寸为150mm×150mm×300mm,对比试件是同强度等级、尺寸为150mm×150mm×300mm的普通混凝土试件,试件依据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中“静力受压弹性模量试验”进行。
    从试验结果可知,采用灌浆料加层鞥后的试件,其弹性模量好同级别的混凝土试件基本接近,表明两种材料的力学性能相近。
2.2粘结性能试验
    灌浆料与混凝土界面粘结性能,是保证加固构件协同受力,共同工作的关键。根据实验室条件和工程应用情况,本试验采用的粘结后试件的抗折强度来检验灌浆料与混凝土界面的粘结性能。
1) 试件采用强度等级为C30的混凝土,试件尺寸为100mm×100mm×515mm。将试件中部沿45°角劈开。并对剖面进行凿毛除尘处理。
2) 将两断裂试件装入100mm×100mm×550mm的试模中(在裂缝处预留约1cm的修补宽度),界面淋水湿润待无明水时,将搅拌好的山砂灌浆料注入两断面间的缝隙中。
3) 修补后的混凝土试件静置,1d后拆模。养护到规定的龄期后进行抗折强度试验。
4) 复合构件的粘结抗折强度测试方法参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的混凝土抗折强度测试方法进行  。
5) 试验结果:经过山砂灌浆料粘贴修补后的试件,与原混凝土抗折强度3.8MPa相比,抗折强度并未降低,达到3.9MPa。
2.3轴心受压试验
    在实际加固工程中,原柱特别是底层框架已处于受压应力状态,而外加层则处于非受力状态,在轴向力作用下外加层对芯柱产生径向约束,形成三轴应力状态,由于加固后的截面由两种材料复合而成,其弹性模量和泊松比不同,因而两者产生的变形尤其是横向变形也不相等,直接影响混凝土复合截面的共同受力及变形协调。
为准确反映加固构件的实际受力情况,我们采用模拟试件通过全截面轴压和局部轴压两种方式来检验柱构件加固复合截面轴心受压性能。
    轴心抗压强度试验方法参照GB 50018-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中“轴心抗压强度试验”方法进行,局压试验时承压截面仅为芯柱。
    从试验结果可知:经灌浆后复合截面强度大于普通混凝土的轴压强度,无论是轴压还是局部轴压,经过灌浆料洗筑后的混凝土试件,其轴压强度都比普通混凝土有所提高且界面粘结牢固。
2.4握裹性能试验
    工程加固需要配置受力或构造钢筋,山砂无机灌浆料与钢筋的握裹能力也是衡量其能否用于工程加固的重要指标。
试验方法:按钢筋直径和材料的强度计算锚固深度,然后再混凝土构件中钻机,将不同直径的钢筋用山砂无机灌浆料植入到混凝土中,待到龄期后,使用钢筋拉拔仪对钢筋做拉拔试验,以观察钢筋达到理论屈服拉应力时的破坏形态。
试验结果显示:在钢筋达到理论屈服拉应力时,钢筋未从锚固孔中滑移,表明灌浆料与钢筋之间的握裹粘结性满足工程加固需要。
3混凝土结构加固设计方法
    山砂无机灌浆料适用于设备基础或钢结构柱脚底板的灌浆,混凝土结构加固改造及后张预应力混凝土结构孔道灌浆。根据设计要求、施工环境温度、灌浆层厚度、养护措施等合理选择材料。
    山砂无机灌浆料用于工程加固可采用加大截面加固法、加钢板套法、外包钢法加固混凝土柱、加大截面法加固混凝土梁、叠合层法加固板、除应符合《水泥基灌浆料应用技术规范》外,还应遵守《混凝土结构设计规范》和混凝土结构加固设计规范》等现行规范。
3.1混凝土柱采用加大截面法加固时,柱与模板的间距不应小于60mm,应选用集料粒径大于4.75mm、小于16mm的普通山砂无机灌浆料。
3.2混凝土柱采用加钢板套加固时,原混凝土柱表面与外钢板套的间距不应小于20mm,宜选用集料粒径小于4.75mm的普通山砂无机灌浆料。
3.3混凝土柱采用干式外包钢法加固时,角钢与模板的间距不小于30mm、角钢与原混凝土柱的间距不小于20mm时,应选用集料粒径大于4.75mm、小于16mm的普通山砂无机灌浆料。
3.4混凝土梁采用加大截面法加固时,梁侧表面与模板之间的间距不小于40mm,梁底面与模板之间的间距不小于60mm时,可选用集料粒径小于4.75mm普通山砂无机灌浆料。
3.5楼(层面)板采用叠合层法增加板厚加固时,板增加的厚度不小于40mm时,可选用集料粒径小于4.75mm的普通山砂无机灌浆料。
    其他用于高温环境的加固工程宜选用具有耐高温等性的山砂无机灌浆料。
4施工质量控制
    为确保加固与改造的施工质量,采用山砂灌浆料施工时应注意以下事项:
1) 控制水灰比,由于水灰比与强度相关,因此,施工时用水要计量,不得通过增加用水量来提高其流动性;
2) 原混凝土表面凿毛并除尘,洗筑灌浆料前在旧混凝土表面洒水并保持湿润(无明水,不能过湿,防止水灰比增大),这是保证新旧材料结合牢固的关键;
3) 对于灌浆料强度较高且加固厚度较小的柱或梁,其侧面局部压强较小,可采用高位漏斗法、压力法灌浆料时轻轻敲击模板,以保证灌浆区域密实,切勿过分敲击以防止灌浆料离析;
4) 灌浆料密度较大,流动性大,所以支模时应计算模板底部压力,以防止爆模,模板间隙处应用双面胶封闭。
5工程实例
根据试验结果及理论计算,我们在某商场进行山砂无机灌浆料加固试点工程应用,对框架利用该材料采用加大截面法加固。
为试验加固效果,对加固的梁做现场静载试验,试验荷载取设计值的1.2倍。
采用砂石为试验荷重,按照《混凝土结构试验方法标准》(GB 50102-1992)要求分级均布加载。
试验结果显示:满载时梁底未出现裂缝,短期荷载标准值下梁跨中扰度最大值为0.98mm,小于设计计算扰度限值28.48的要求。
6山砂无机灌浆料加固应用的特点
山砂无机灌浆料用于工程加固有以下明显优点:
1) 材料来源广泛,就地取材,成本低廉;
2) 施工方便,按常规方法支撑模板;施工时,无需振捣,即可自流密实;
3) 均质性好,加水后用普通搅拌机搅拌均匀,不会出现现象混凝土粗细骨料分布不均匀而引起变异系数过大;
4) 加固后的构件表面平整、光滑、无需用砂浆找平,直接做装饰层即可。
采用山砂无机灌浆料加固在技术。经济和可操作性上都比常规的加固方法有明显优势,尤其对加层厚度有严格要求的构件爱你,宜选择用灌浆料操作为加固材料
《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T50448-2008)已于2008年8月1日正式实施,对水泥基灌浆材料用于混凝土构件的加固设计与施工加以明确和规范指导。本院研制的山砂灌浆料虽然在流动度这一指标上略低于规范要求,但从目前加固工程应用实例来看,与其它集料的水泥基灌浆材料相比力学性能基本相同,流动度满足施工要求,完全能够达到加固的预期目的,这对于贵州等河砂资源、、、乏地区,利用地方资源配制水泥基灌浆材料,起到因地制宜,降低成本利用,具有重要的社会经济意义的市场前景。
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