砌体加固用高延性混凝土材料分析

砌体加固用高延性混凝土材料分析

黄晓斌 ,许滨滨 ,郑寿洪

中建八局（厦门）建设有限公司，福建省厦门市361000

摘要：高延性混凝土是一种新型的水泥基复合材料，与普通混凝土相比，它具有较高的抗拉性、耐冲击韧性、耐久性和裂缝闭合性等特点，是加固工程中较为理想的修复材料，已在国内外不少实际工程中得到应用并取得了良好效果。本文主要介绍高延性混凝土特点及其在混凝土结构和砌体结构加固中的应用。

关键词：砌体加固；高延性混凝土材料

1高延性混凝土特征

高延性混凝土具有高延性、高耐损伤能力、高耐久性、高强度（抗压、抗拉）、良好的裂缝控制能力，又称“可弯曲的混凝土”，用它加固的砖墙抗冲击和抗倒塌能力可以提高10倍以上。在对高延性混凝土的探索中发现，高延性混凝土能显著提升墙体开裂后的开裂荷载和后续承载力；对砖墙、砖柱的竖向承载力和抗破坏能力均有明显提升。

砌体结构表面压抹高延性混凝土面层，通过与砌体结构表面优良的粘结性能，使高延性混凝土面层与砌体成为整体，共同受力，并利用其高韧性、高强度、高抗裂性能和高耐损伤能力来提高砌体结构的承载力、延性和抗裂性能，有效改善砌体房屋的整体性。工程实践表明，高延性混凝土特征表现为以下几方面：

1.1高延性。高延性混凝土的拉伸功能比普通混凝土高出50倍以上，使用在普通混凝土后能够防止裂缝发生，其次它对未来建筑的抗塌抗裂有很好的容忍度，可用于建筑物的振动损伤和抗震。与此同时，高延性混凝土能够最大限度地增加建筑的使用时间。

1.2高强度，单面加固。高延性纤维混凝土与砌体结构粘结强度高，可进行单面加固，能够保留建筑原有外立面，试验表明单面加固砌体效果好于双面钢筋网水泥砂。

1.3施工简单，工期短。构造措施简单，抹面一次完成，施工质量容易保证，施工工期比传统加固方法短。

1.4裂缝控制。不需要钢筋，仅墙面压抹10~20mm厚度高延性纤维混凝土，避免传统加固后的开裂、空鼓及钢筋锈蚀，可抵抗9度地震。

1.5高耐久性。在高温下纤维会溶解，从而形成水蒸气的迁移通道，使构件中蒸汽压得到释放，避免水泥基体的分解和破坏。

1.6保持原结构整体性。无需在墙上钻孔打洞绑扎钢筋，从而避免对原结构的整体性破坏。避免基础加固处理；加固面层厚度薄，不侵占原来房间的适用面积。

2高延性混凝土加固砌体结构设计方法

2.1砌体结构受压加固计算

采用高延性混凝土面层或配筋高延性混凝土面层加固轴心受压的砌体构件时，其正面受压承载力按照下式验算：

（公式1）

式中：—强度折减系数，在规范中取0.15。

在满足构造要求时，外加高延性混凝土面层加固后的受压砌体构件可看成砌体与高延性混凝土面层的组合体。

2.2砌体结构受剪加固计算

采用高延性混凝土面层加固轴心受压的砌体构件时，其受剪承载力平均值按照下式验算：

（公式2）

2.3砌体构件抗震加固计算

采用高延性混凝土面层加固砌体墙的抗震承载力应按下式计算：

（公式3）

计算方法与非抗震计算完全相同，只是应对提高值的计算值除以抗震承载力调整系数。

2.4高延性混凝土水平条带构造设计

采用高延性混凝土加固砌体结构一般不需要配置钢筋，大部分情况下只需对砌体墙面、构造柱及圈梁进行加固，但是还需符合必要的构造设计要求，即砌体结构楼（屋）盖处硬设置高延性混凝土水平条带，山墙应沿墙顶设置高延性混凝土条带，且高延性混凝土水平条带宜闭合。

此外，房屋外墙拐角处、长墙中部、纵横墙交接处、窗间墙以及一字型外墙端部均宜设置高延性混凝土竖向条带。

3高延性混凝土在砌体结构加固中的应用

高延性混凝土与砌体之间具有较好的粘结性能，将其压抹于砌体结构侧面（未配筋时厚度一般为10~25mm），通过材料自身优越的力学性能和延展性，能够加强砌体结构整体作用，同时大幅增强砌体结构的抗压、抗剪承载力，从而提高在日常使用和地震作用下的安全性，是砌体结构加固的理想材料。根据在面层内是否配置钢筋，一般分为高延性混凝土面层加固和配筋高延性混凝土面层加固。

截至目前，高延性混凝土砌体加固技术已经较为成熟，通过产学研结合，完成了从实验研究到工程应用的成果转化。在全国二十多个省市，许多老旧小区改造、仿古建筑加固、文物保护加固以及偏远地区危旧房加固中都已得到了成功应用，并取得了理想的工程效果。

3.1工艺流程

高延性混凝土加固属于面层加固方法，工艺流程一般分为六个步骤：第一个步骤是基层处理铲除抹灰，第二个步骤是凿缝或开槽，第三个步骤是润湿墙体，第四个步骤是拌制高延性混凝土，第五个步骤是高延性混凝土压抹，第六个步骤是面层保湿养护。

3.2工艺特点

(1)施工便利。由于高延性混凝土加固处理构造措施简单，可以直接在砌体表面压抹完成，对于现场施工人员的技术要求较低。另外，传统、简单的施工工艺也更利于保证施工质量、控制施工工期。据统计，与采用传统工艺进行加固的施工项目相比，高延性混凝土面层加固工期仅为其三分之二。

(2)减少损伤。当采用面层加固法时，可利用高延性混凝土与砌体之间较强粘结性能传递剪力，不需要额外钻孔打洞，因此对原结构损伤较小。在施工过程中发现的原有砌体缺陷孔洞也可以直接通过压抹进行填补，起到一定补强作用。

(3)控制自重。高延性混凝土加固的面层厚度较传统钢筋混凝土面层加固法薄很多，最少可以做到10mm，因此在加固施工完成后建筑整体的重量增加十分有限，有时甚至会出现剔除原有抹灰层进行加固之后相比原有建筑重量有所降低的情况，这对于地基薄弱地区的砌体结构加固是一个重要优势。同时，较轻的材料自重也可以尽可能减少因加固材料自重引起的地震作用放大。

(4)可单侧加固。由于高延性混凝土具有很强的延伸性和材料力学强度，因此可以只进行单面加固，这样在处理一些外立面需要保留无法进行加固，或者楼电梯间等双侧加固影响使用宽度的情况时便十分灵活，能够最大限度的保证原有建筑风貌和使用要求。

4高延性混凝土在其他结构加固中的应用

高延性混凝土作为一种水泥基工程复合材料，在混凝土结构加固中的用途主要可分为面层修补和增大截面补强两类。

在面层修补方面，主要利用高延性混凝土的韧性和耐久性，对既有结构表面的混凝土基层病害进行修复，从而起到控制裂缝、保护内部结构的作用。前期工程实例主要集中在水利水电工程、道路桥梁工程中一些大体积、长距离混凝土结构的病害修复上。近年来，在房屋建筑中也逐渐得到了推广应用，例如楼板保护层剥离修复、梁跨中受力裂缝压抹封闭等。

在增大截面补强方面，高延性混凝土饰演的角色与灌浆料类似，主要起到新增混凝土作用。但是由于其细骨料、高延性的特点，能够适用于更小截面尺寸的增补，通过直接压抹，厚度最小可以达到15mm。

5高延性混凝土的推广瓶颈

尽管高延性混凝土具备众多优势，且制备技术难度有限，但实际推广依旧存在着一些瓶颈，阻碍了先进技术的传播，总体来看主要有以下几个问题：

（1）规范匮乏。目前仅有个别省份出台了针对高延性混凝土的设计施工规范或配套图集，缺乏国家标准进行统一。

（2）成本较高。由于市场供给量有限，且部分优质添加剂如PVA等尚依赖进口，高延性混凝土的整体价格依旧十分高昂。

（3）专利壁垒。为保证知识产权，部分加固施工技术已申请专利保护，因此在市场推广应用中存在一定影响。

6结论

高延性混凝土作为一种新型建筑材料，具有高延性、高强度、高耐久性、裂缝控制能力，有助于更好地解决砌体结构房屋的加固问题，已被广泛应用于工程实践中。文章分别从高延性混凝土特征、加固砌体结构设计方法及砌体结构加固施工技术三方面，探讨了高岩性混凝土在既有砌体结构加固中的应用技术，为今后加固砌体结构的设计及施工提供参考。

参考文献：

[1]杨康.高延性混凝土加固砌体结构[J].太原：山西建筑，2020，46（11）：57-58.

[2]邓明科，高小军.ECC面层加固砖墙抗震性能试验研究[J].工程力学，2013，30（6）：168-174.