CN101096885A - 钢-自密实混凝土组合结构加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢-自密实混凝土组合结构加固方法。本方法在结构设计上采用钢-混凝土组合结构，混凝土材料上采用自密实混凝土，其施工方法包括原混凝土结构构件表面处理，安装钢材，搅拌与浇注自密实混凝土，拆模和养护等施工工序。加固后的混凝土结构，可以大大提高的承载能力、稳定性和抗疲劳性能，延长混凝土结构的使用寿命，本方法施工简单、可靠，完全可以推广使用。

Description

钢-自密实混凝土组合结构加固方法

技术领域

本发明属于混凝土结构加固工程技术领域，具体涉及一种钢-自密实混凝土组合结构加固施工工法。

技术背景

在我国，以设计基准期推算，已有大量的混凝土工程结构处于维修加固改造状态，另外由于建筑质量不合格、建筑物使用功能改造等原因，近年来，混凝土结构加固技术在我国越来越收到重视，出现了多种加固技术，也出现了多种加固材料。但随着建筑物向大型化和复杂性发展，加固处理越来越复杂，加固难度越来越大，对于一些大型的建筑物和一些异形的结构构件，特别是像一些大型桥梁，跨度大，同时受动荷载振动作用，还未见有合理的加固技术。

钢-混凝土组合结构充分利用了钢材和混凝土各自的材料性能，具有承重力高，刚度大，抗震性能好和动力性能好，构件截面尺寸小，施工快速方便等优点。同钢筋混凝土结构相比，组合结构可以减小构件截面尺寸，减轻结构自重、减小振动作用，增加构件和结构的延性等；和钢结构相比，可以增大刚度，增加稳定性和整体性，提高结构的耐久性等，因此，采用组合结构对建筑物进行加固是一种可靠、有效的加固技术，特别适用于跨度大，同时受疲劳作用的结构构件的加固。

但由于采用钢-混凝土组合结构加固时，模板和原有构件之间的空隙较小，特别当加固构件为异性构件时，如采用普通混凝土时，存在混凝土不能振捣密实，无法保证混凝土质量的技术瓶颈，限制了钢-混凝土组合结构加固技术的实际应用，但随着自密实混凝土的出现，克服了这种技术上的瓶颈，使钢-混凝土组合结构加固技术变成可能。

自密实混凝土(self-compacting concrete)也称为免振捣混凝土，其具有高流动性，良好的间隙通过性，和抗离析性能，在浇注过程中，能依靠自身重力的作用均匀密实流淌充满整个构件，无需振捣密实，并且自密实混凝土使用的粗骨料粒径较小，适合在狭小的空间施工，因此，自密实混凝土不仅从材料的性能上保证了加固的效果，还从施工工艺上保证钢-混凝土组合结构加固构件和原混凝土结构构件形成一个整体，解决了制约钢-混凝土组合结构加固技术使用的瓶颈。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能大大提高建筑物的承载力、稳定性，可行性高的钢-自密实混凝土组合结构加固方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的钢-自密实混凝土组合结构加固方法内容如下：

加固结构设计采用钢-混凝土组合结构，钢-混凝土组合结构加固设计原理结合原混凝土构件结构设计原理和钢-混凝土组合结构设计原理。钢-混凝土组合结构使用构件包括：组合梁、组合楼板、组合架、组合柱等组合承重构件，以及组合斜、组合剪力强等组合抗测力构件。

混凝土材料采用自密实混凝土，自密实混凝土的拌和物的工作性能满足：坍落扩展度试验扩展度(SF)≥600mm，U型仪试验高度差(Δh)≤30mm，不离析，不泌水；当加固截面厚度为40mm～60mm时，自密实混凝土使用粗骨料粒径为5mm～15mm，加固截面厚度大于60mm，粗骨料粒径可以为5mm～20mm，并且针片装含量小于10％；使用细骨料的细度模数μ_f大于2.3；其强度满足设计要求。

钢-自密实混凝土组合结构加固方法施工过程如下：

A、加固构件表面处理：

表面处理的操作要点：

(1)清除加固结构构件表面的粉刷层和装饰层清除，直至露出老混凝土表面；

(2)对原构件混凝土存在的缺陷清除至密实部位，然后再将混凝土表面凿毛，凿除表面砂浆层；

(3)在凿毛后，用水清洗混凝土表面的浮碴、尘灰；

(4)当结构加固部位的配筋有锈蚀现象时，对钢筋表面进行除锈；当结构中钢筋锈蚀造成的截面面积消弱到原截面的1/12时，应该补配钢筋；

B、制作自密实混凝土浇注孔：

浇注孔制作位置和尺寸根据加固构件的形状和尺寸大少而定，浇注孔长为200～300mm。自密实混凝土浇注点之间的距离不超过1m；

C、安装钢板或型钢：

(1)按照设计要求，制作好所需要的钢板和型钢形状；

(2)通过化学植筋或锚栓锚固和焊接把钢板和型钢固定在原加固构件上；

(3)如需要，在钢板上制作自密实混凝土浇注孔；

D、安装模板：

(1)安装模板前，在模板相应部位预留自密实混凝土浇注孔；

(2)在安装模板时，对模板进行有效加固，避免造成跑模；要注意模板的密封，避免浇注自密实混凝土时发生漏浆现象；

E、浇注自密实混凝土：

(1)浇注前0.5h～1h，用水充分湿润原结构构件混凝土和模板；

(2)自密实混凝土的拌和物坍落扩展度试验扩展度(SF)≥600mm，U型仪试验高度差(ΔH)≤30mm，不离析，不泌水；

(3)自密实混凝土浇注可采用人工连续浇注或机械连续浇注，浇注时可在模板外作适当敲打，推荐使用机械连续浇注；

(4)浇注一个加固构件，应连续浇注完毕，中间间断时间不能超过混凝土初凝时间；

F、拆模和养护：

(1)拆模时间不小于24小时，拆模后，马上对自密实混凝土进行养护，养护时间不应少于14天；

(2)加固构件中采用钢板形成了钢管混凝土，需对浇注孔处的混凝土进行养护；

(3)如模板使用量少，拆模后，混凝土外露面积少，可以采用带模养护到14天。

采用上述技术方案的钢-自密实混凝土组合结构加固施工方法，使加固构件和原混凝土构件形成整体，达到共同受力，实现加固效果的目的，具有以下的特点：

1、由于本发明利用了钢-混凝土组合结构加固，因此这种加固方法具有承重力高，刚度大，抗震性能好和动力性能好等特点，加固效果突出，特别适用于承受动荷载结构构件的加固。

2、由于本发明利用了自密实混凝土流动性能高，无需振捣，可直接浇注成型的特点，因此，简化了施工工艺，使普通混凝土无法施工的部位变成了可能，特别适用于一些复杂、异性的加固结构构件，大大拓展了使用范围。

3、由于本发明中利用了自密实混凝土技术，自密实混凝土在浇注过程无需振捣，避免了因为振捣引起的噪声污染；同时节约能耗，自密实混凝土中大量矿物掺和料的使用，有利于节约资源、保护环境。

4、由于本发明中的加固方法施工简单，加固后新老结构整体相容一致，加固效果好，耐久性高，维修成本的等施工成本低，社会效益深远。

5、由于本发明采用的材料都为常用材料，因此成本低，适合于广泛引用。

钢-混凝土组合结构具有承重力高，刚度大，抗震性能好和动力性能好等特点，用于混凝土结构加固，能大大提高建筑物的承载力，稳定性，是一种有效的加固技术；自密实混凝土具有浇注无需振捣，间隙通过性能好的特点，特别适合于加固技术中狭小部位的施工。本发明的目的在于把这两种技术综合起来，提供一种可行的混凝土结构加固技术及其施工方法。

附图说明

下面结合附图和实施例，对本发明之钢-自密实混凝土组合结构加固技术和施工方法作进一步说明。

图1是钢-自密实混凝土组合结构加固技术施工流程图；

图2是三跨等截面双曲拱桥加固设计示意图；

图3是自密实混凝土浇筑孔；

图4是承重柱加固设计示意图。

具体实施方式

实施例1：

对三跨等截面双曲拱桥进行加固，根据对加固混凝土结构的原有设计资料，以及结构的检测及评价，决定采用的钢-自密实混凝土组合梁进行对混凝土拱肋进行加固，加固设计示意图见图2，4为原拱肋截面，5为拱肋新增截面，6为新增钢板，自密实混凝土设计强度为C35，粗骨料最大粒径不超过15mm，坍落扩展度不小于650mm。

参见图1，钢-自密实混凝土组合结构加固技术方法工艺过程如下：

1、用腻刀和打磨机对原构件混凝土表面进行处理，清除表面粉刷层和装饰层清除，直至露出老混凝土表面。用电锤或人工挫除原构件混凝土存在的缺陷至密实部位，再用斧子砍毛原构件表面混凝土。

2、制作自密实混凝土浇注孔：

浇注孔1、2、3为矩形浇注孔，孔长为200mm，孔宽150mm。

3、安装钢板：

(1)按照设计要求，制作好所用钢板形状；

(2)用电锤在原混凝土拱肋钻化学植筋孔，把钢筋通过化学植筋固定在原结构构件上，再通过焊接连接钢筋和钢板，使钢板和原构件形成一个整体。

4、安装模板：

(1)选用质量优良的模板，安装模板前，在模板相应部位预留自密实混凝土浇注孔，见图3；

(2)安装模板时，根据加固构件的形状确定固定模板措施，最好采用环箍固定，如模板之间留有空隙，用棉絮进行密封。

5、搅拌自密实混凝土：

采用商品混凝土搅拌站进行搅拌。水泥(C)：采用普通42.5硅酸盐水泥

粉煤灰(FA)：II级粉煤灰

减水剂(A)：高效减水剂，减水率大于25％

细骨料(S)：河砂，细度模数为2.63，表观密度为2.61g/cm³

粗骨料(G)：碎石，粒径范围：5～15mm，针片状含量为9.2％，压碎指标为3.4。

自密实混凝土配合比及其能见表1。

表1混凝土配合比设计和混凝土性能

编号	混凝土配合比(kg/m3)						W/B	坍落度扩度cm	抗压强度(MPa)
										C	FA	S	G	W	A
	SCC2	350	150	850	870	180										5.5	0.36	67	39.5

6、运输自密实混凝土：

(1)自密实混凝土在运输过程中要保证自密实混凝土不离析、不泌水，工作性能不损失。

(2)混凝土从搅拌机中卸出后到浇注完毕的延续时间，不宜超过下表的规定。

混凝土强度等级	气温(℃)
			≤25	＞25
	＞C30	90			60

7、浇注自密实混凝土

(1)浇注前0.5h～1h，用水充分湿润原结构构件混凝土和模板；

(2)浇注自密实混凝土前，对商品混凝土输送车中自密实混凝土拌合物工作性能开盘检验，鉴定的结果满足自密实混凝土的拌和物坍落扩展度试验扩展度(SF)≥650mm，U型仪试验高度差(Δh)≤30mm，不离析，不泌水；

(3)采用机械连续浇注：首先把导管插入浇注孔1中，浇注从浇注孔1到桥墩之间的空间，浇注到浇注时可在模板外作适当敲打，推荐使用机械连续浇注；然后在从浇注孔2中进行浇注，当浇注满浇注孔2到浇注孔l之间的空隙后，立刻用模板把浇注孔2封闭。然后在右边(左边)进行同样的施工。当完成两边施工后，使用同样的方法把浇注孔3两边的空隙浇注密实，并把浇注孔3处制作一个漏斗，将漏斗高度高于浇筑自密实混凝土高度，灌满自密实混凝土后，能产生一定的压强，使浇注孔3处顶部浇注的混凝土和原拱肋能紧密结合，形成一个共同受力整体，保证加固后的结构和原结构形成一个整体；

(4)采用泵送自密实混凝土时，必须保证混凝土泵连续工作，如果发生故障，停歇时间超过45min或混凝土出现离析现象，应立即用压力水或其他方法冲洗管内残留的混凝土。用水冲出的自密实混凝土严禁用在永久建筑结构上。

8、拆模和养护

拆模时间不小于24小时，拆模后，马上对自密实混凝土进行养护，养护时间不应少于14天；

实施例2：

对某栋18层住宅楼4楼中一根承重柱进行加固。由于施工原因造成某栋18层住宅楼4楼中-根承重柱的混凝土疏松，无胶结能力，质量差劣，其强度远低于设计起度。决定采用钢-自密实混凝土组合柱加固方法对其进行加固。加固设计见图4，图中7为新增钢板，8为新增自密实混凝土加固截面厚度，9为原承重柱，10为对拉钢筋。自密实混凝土设计强度为C50，粗骨料最大粒径不超过20mm，坍落扩展度不小于600mm。

1、用工字钢作为支撑把承重柱承重的四根梁进行卸载，从4楼传递到基础。

2、打通加固柱上部5楼的楼板，在柱角处制作6个直角浇筑孔，孔边长为200mm，孔宽100mm  用锤和锉把疏松的混凝土清除到密实部分，但清除面积不能小于原面积的一半，然后用清水冲洗。

3、安装钢板

按照设计要求，用钢板把柱包裹起来，钢板和原承重柱之间的距离为100mm；用对拉筋把钢板对拉固定。

4、搅拌自密实混凝土

采用现场搅拌自密实混凝土。

水泥(C)：采用普通42.5硅酸盐水泥

粉煤灰(FA)：II级粉煤灰

减水剂(A)：高效减水剂，减水率大于25％

细骨料(S)：河砂，细度模数为2.7，表观密度为2.62g/cm³

粗骨料(G)：河卵石，粒径范围：5～20mm，针片状含量为8.5％。

自密实混凝土配合比及其能见表2。

表2混凝土配合比设计和混凝土性能

编号	混凝土配合比(kg/m3)						W/B	坍落度扩度cm	抗压强度(MPa)
										C	FA	S	G	W	A
	SCC2	500	10	790	800	210										6	0.35	63	55

5、运输和浇注自密实混凝土

(1)浇注前0.5h～1h，用水充分湿润原结构构件混凝土和钢板；

(2)自密实混凝土用塔吊和斗车输送到5楼，从5楼楼板浇注孔中直接浇注。

6、养护

浇注完后，马上用塑料薄膜把浇注孔覆盖起来，防止水分蒸发。24小时后，去掉塑料薄膜，保水养护到14天。

Claims (4)

1、一种钢-自密实混凝土组合结构加固方法，其特征是：结构设计采用钢-混凝土组合结构设计，混凝土材料采用自密实混凝土；施工过程包括安装钢结构，安装模板，搅拌自密实混凝土，浇注自密实混凝土，拆模和养护等。

2、根据权利要求1所述的钢-自密实混凝土组合结构加固方法，其特征在于：钢-自密实混凝土组合结构加固设计原理需结合原混凝土构件结构设计原理和钢-混凝土组合结构设计原理。

3、根据权利要求1所述的钢-自密实混凝土组合结构加固方法，其特征在于：自密实混凝土的拌和物的工作性能满足：坍落扩展度试验扩展度(SF)≥600mm，U型仪试验高度差(Δh)≤30mm，不离析，不泌水；当加固截面厚度为40mm～60mm时，自密实混凝土使用粗骨料粒径为5mm～15mm，加固截面厚度大于60mm时，粗骨料粒径可以为5mm～20mm，并且针片装含量小于10％；使用细骨料的细度模数μ_f大于2.3；其强度满足设计要求。

4、根据权利要求1、2或3所述的钢-自密实混凝土组合结构加固方法，其特征在于：施工过程如下：

A、加固构件表面处理，表面处理的操作要点是：

(1)清除加固结构构件表面的粉刷层和装饰层清除，直至露出老混凝土表面；

(2)对原构件混凝土存在的缺陷清除至密实部位，然后再将混凝土表面凿毛，凿除表面砂浆层；

(3)在凿毛后，用水清洗混凝土表面的浮碴、尘灰；

(4)当结构加固部位的配筋有锈蚀现象时，对钢筋表面进行除锈；当结构中钢筋锈蚀造成的截面面积消弱到原截面的1/12时，应该补配钢筋；

B、制作自密实混凝土浇注孔：

浇注孔制作位置和尺寸根据加固构件的形状和尺寸大少而定，浇注孔长为200～300mm；自密实混凝土浇注点之间的距离不超过1m：

C、安装钢板或型钢：

(1)按照设计要求，制作好所需要的钢板和型钢形状；

(2)通过化学植筋或锚栓锚固和焊接把钢板和型钢固定在原加固构件上；

(3)如需要，在钢板上制作自密实混凝土浇注孔；

D、安装模板：(1)安装模板前，在模板相应部位预留自密实混凝土浇注孔；

(2)在安装模板时，对模板进行有效加固，避免造成爆模；要注意模板的密封，避免浇注自密实混凝土时发生漏浆现象；

E、搅拌和浇注自密实混凝土：

(1)浇注前0.5h～1h，用水充分湿润原结构构件混凝土和模板；

(2)浇注前，对自密实混凝土的拌和物的工作性能进行检测；

(3)自密实混凝土浇注可采用人工连续浇注或机械连续浇注，浇注时可在模板外作适当敲打，推荐使用机械连续浇注；

(4)浇注一个加固构件，应连续浇注完毕，中间间断时间不能超过混凝土初凝时间；

F、拆模和养护：

(1)拆模时间不小于24小时，拆模后，马上对自密实混凝土进行养护，养护时间不应少于14天；

(2)加固构件中采用钢板形成了钢管混凝土，需对浇注孔处的混凝土进行养护；

(3)如模板使用量少，拆模后，混凝土外露面积少，可以采用带模养护到14天。

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