国内外关于钢丝网水泥砂浆用于RC结构加固的研究_蒋隆敏

20卷2期

2004年6月世　界　地　震　工　程WORLD EARTHQUAKE E NGINEERING Vol .20,No .2Jun .,2004收稿日期:2003-08-16;　修订日期:2004-03-18

基金项目:湖南省自然科学基金资助课题(批准号02J JY3043).

作者简介:蒋隆敏(1963-),女,副教授,湖南株洲人,主要从事新型钢丝网复合砂浆加固压弯构件动力特性的研究.

文章编号:1007-6069(2004)02-0139-06

国内外关于钢丝网水泥砂浆用于RC 结构加固的研究

蒋隆敏1　张毛心2

(1.株洲工学院土木系,湖南株洲412008;2.湖南大学土木工程学院,湖南长沙410082)

摘要:介绍了钢丝网水泥砂浆的基本特点,对国内外将钢丝网水泥砂浆用于钢筋混凝土(RC )结构加

固的研究及应用情况进行了综合论述;重点阐述了被加固的RC 房屋结构受弯构件的加固机理和工

作性能,提出了今后应重点解决的问题。

关键词:钢丝网水泥砂浆;RC 结构加固;加固机理;工作性能

中图分类号:TU973.23 文献标识码:A

Research on strengthening methods of RC structure with ferrocement laminates

at home and abroad

JIANG Long -min 1　ZH ANG Mao -xin 2

(1.Department of Ci vil Engineering ,Zhuzhou Engineering Ins titute ,Zhuzhou 412008,China ;

2.College of Civil Engineering ,Hunan University ,Changs ha 410082,China )

A bstract :The basic nature of ferr ocement is intr oduced in this paper .The research and practice on strengthening of RC structure with ferrocement laminates at home and abroad are discussed .Emphasis is placed on the mechanism and be -haviour of RC flexural members of the strengthening building .The main problems to be solved in the future are present -ed .

Key words :ferrocement ;strengthening method of RC structure ;mechanism of strengthening ;mechanical behaviour 1　引言

从国内外研究及运用现状来看,研究比较深入并已较多用于实际工程的RC 结构加固方法有:加大截面法、外包钢加固法、粘钢加固法、外贴纤维增强复合材料加固法、预应力加固法、增设支点加固法、增设支撑体系及剪力墙加固法、增设拉结连系加固法、裂缝修补技术等。近几年工程上碳纤维加固方法比较受青睐,并有较多的研究。上述各加固法各有其优点,但也都有一定的应用范围[1]。

钢丝网水泥是一种典型的用于薄壁结构的复合材料,即是一种由钢丝网增强的水泥复合砂浆,关于钢丝网水泥结构的设计和建造美国混凝土委员会(ACI )已对其进行了报道[2,3]。钢丝网水泥与钢筋混凝土一样属无机复合胶凝材料,它也是一种理想的RC 结构的加固材料,它拥有较高的拉强重量比和较高的韧性、延展性及耐久性,比普通水泥砂浆有大得多的抗裂能力,容易被浇注成任意的形状,适合于各种轮廓外形的结构单元的修复和加固[4]。

上述各种加固方法中的界面粘贴技术,现今国内外均采用以环氧树脂为主剂的有机结构胶,而砂浆这一

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无机胶凝材料,与混凝土材性十分接近,故用钢丝网水泥砂浆作为加固材料,它与基材间将有更好的相容性、协调性、相互渗透性,而且比有机加固片材抗老化、耐火、耐久性也更好[5];它有别于加大截面法,加固层厚一般为2厘米左右,故几乎不增大原结构的重量与截面尺寸;无需复杂的施工工艺和特殊的施工技术,它与混凝土基材浇捣方法基本一致,施工质量容易保证,而且经济;加固层中的砂浆既是胶粘材料也是保护层材料,无需另作防火保护层。这种加固方法不仅可提高结构的强度,还可增强建筑物抗渗、抗冻、抗裂性和韧性。因此这种加固方法在国内外加固行业越来越受到重视。

2　钢丝网水泥砂浆用于RC结构加固的实践与发展

国内外用水泥砂浆内粘钢丝网修补结构已有了较长时期的实践,但这些方法并没有被归宗于“钢丝网水泥”这一结构的制作。这方面的许多例子已由Dinardo和Ballingall[6]撰文报道,因为这些例子中所用钢丝网仅用作裂缝控制,并没有以此提高结构的强度。早在80年代Romualdi[7]和Iorns[8]首次介绍了钢丝网水泥在结构修复中的适用性,且主要是用作液体蓄挡结构内衬的维修,如池塘、下水道、坑道等等。从中钢丝网水泥的韧性、抗裂性和对不规则外轮廊结构表面处理的灵活性得到了利用。

国内为了解决排污管道腐蚀而造成渗漏甚至坍塌的问题,常将钢丝网水泥用于管道内衬维修,因为它与混凝土相比有:砂浆的骨料粒径小故耐久性优于混凝土[9];钢筋丝网水泥壁薄,对原管道排放能力影响小;钢丝柔轻易于施工等优点。

为了提高砂浆的抗腐蚀性,汕头大学有学者提出了以“钢丝网增强的混杂改性钢丝网水泥砂浆”[10],它的使用提高了水泥砂浆在各种腐蚀环境中的寿命。

国内用钢丝(筋)网水泥砂浆除险加固大坝防渗面板[11]及水库泄洪闸墩[12]也获得了成功。

Andre ws和Shar ma[13]将钢丝网水泥作为结构修补材料对RC梁进行修复和补强,作了最初的研究,将梁内损伤的混凝土和钢筋清除掉并用钢丝网水泥对其进行替换,构件尺寸没有任何变化,在静载作用下对其进行测试,结果显示,其抗裂强度,抗弯刚度和极限荷载比加固前的梁都有提高,但梁上两种材料交界面上的粘结作用消失的部位这种提高程度低一些。

3　用钢丝网水泥片材加固RC受弯构件

国外的Lim[14],Ong等人[15],Paramasivam等人[16]和Aurellado等人[17]研究了用钢丝网水泥片材作为增强材料加固修复RC梁。所用薄片厚度小于40mm,将其粘贴在RC梁外表面对其进行加固,梁的截面稍微有所增大,为了提高抗弯承载力,薄片贴在受拉的梁底面,梁宽没有任何变化,他们分别对加固界面上剪力的传递、机械抗剪锚钉的使用,薄片中高配筋率的影响、原梁加固前的损伤程度的影响和被加固梁在周期荷载作用下的性能进行了研究。

3.1交界面上的抗剪强度

原梁的混凝土与钢丝网水泥砂浆间界面上无骨料咬合作用,Lim[14]对这种情况下界面上抗剪强度进行了研究。

通过对界面不作处理即光滑界面的试件组PO1和作界面凿粗处理的试件组P O2的两组试件进行测试以研究界面处理的影响,对于PO2的机械凿粗平均深度约为3mm。用以下试件组PO3和PO4研究环氧树脂胶粘剂的使用,PO3是当胶层还没有固结时就将钢丝网水泥砂浆浇上去,PO4用环氧树脂将预制的钢丝网水泥片贴到梁混凝土表面,这两种情况下,树脂胶均约为2mm厚。

对PO1与PO2由界面总面积计算的剪切强度值分别为0.91N/mm2和3.25N/mm2,因此前者界面抗剪强度仅为后者的28%,说明界面凿粗处理可大幅度提高界面粘结力。PO3组破坏发生在树脂与钢丝网水泥之间,且破坏面是不均匀的。相比之下PO4组显示出了很高的破坏荷载,可观察到混凝土内部发生了破坏。因此说明树脂胶已将预制钢丝网水泥片和梁结合成了一协同工作的整体。测得其抗剪强度在4.32N/mm2以上。

3.2梁的抗弯加固

为了提高梁的抗弯能力,将钢丝网水泥片贴在梁底面,使用抗剪锚钉固定钢丝网片可有双重作用:即保