摘要高性能复合砂浆钢筋网为水泥基层以及钢筋网形成的薄层复合片材,与水泥钢筋网相比,具有较高的韧性、延展性、耐久性、抗裂性以及抗裂性等,是加固混凝土结构理想的材料,逐渐被应用到建筑物的加固领域上。针对大跨度连续梁进行高性能复合砂浆钢筋网加固研究,积极的推广高性能复合砂浆钢筋网技术的应用,对实际工程起一定指导意义,并且提出高性能复合砂浆钢筋网加固的进一步研究方向。
关键词高性能复合砂浆钢筋网;加固;抗力效应
中图分类号TU376文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)072-0088-01
国内外研究表明,高性能复合砂浆钢筋网为水泥基层迭合钢筋网形成的薄层复合片材,与水泥钢筋网相比,具有较高的韧性、延展性、耐久性、抗裂性以及抗裂性等,造价低,施工简单,应用范围广的特点,是加固混凝土结构理想的材料,具有相应推广的意义。
1高性能复合砂浆钢筋网加固法
钢筋网高性能水泥复合砂浆加固法是分别以钢筋网、高性能水泥复合砂浆基相组成的薄层加固材料实施对混凝土梁结构或其他构件加固的,实质是一种体外配筋加固,通过提高原构件的配筋量,从而相应提高结构构件的刚度、抗拉、抗压、抗弯和抗剪等方面性能。既有类似于加大截面加固法,但是截面增大的较小,对结构外观及桥梁净空影响不大。
试验证明该加固方法具有极大的优越性,优点如下:1)施工工艺简单:施工工艺简单,无需大型的设备,并且加固效果良好。2)防火、耐高温性好:其成分均是无机材料,对温度无敏感性,防火性能好,与粘胶类加固方法相比,无需进行防火层处理。3)耐久、抗老化性好:高性能复合砂浆中砂粒径≤0.25mm,与普通混凝土相比,骨料与水泥石更容易形成良好的界面结构;硅灰等超细粉的活性致密了孔结构:掺入的短细纤维保证结构的抗裂性能、延性、耗能能力。因此,复合砂浆具有良好的抗渗、耐久性能。4)与原结构的协同工作性好:加固层与混凝土构件均为水泥基材料,材料性能相似;砂浆含有的水泥凝胶体的渗透性能有效愈合原混凝土裂缝,与黏胶加固类相比,二者更具有良好的工作协调性。5)经济性好:补强材料的取材容易和便捷、价格低廉、施工费用低,砂浆修补出现的裂缝同时起保护作用,能够节省加固和维护费用,与粘贴碳纤维加固法比较,仅仅占其1/5～1/l1。6)增加截面尺寸、重量较少:与加大截面法相比较,加固层厚度仅为25mm左右,增加的重量也较少,一般情况下不直接承担被加固构件的轴向拉压荷载。材料学科的发展进步,赋予钢筋网水泥结构更大的发展空间,为此类加固创造良好机遇。
2高性能复合砂浆钢筋网力学性能及粘结面间的研究概况
高性能复合砂浆钢筋网加固钢筋混凝土梁的抗弯、抗剪结构性能的影响因素是多方面的,受原梁本身的性能、补强材料的性质两个方面制约,影响钢筋混凝土梁抗剪、抗弯承载力的因素众多、破坏形态复杂。
砂浆钢筋网为水泥复合砂浆加上钢筋网形成的薄层片材。其中水泥复合砂浆材料通过高效减水剂降低砂浆的水灰比,利用硅粉或微细填充料填充水泥粒子间的空隙,掺入定量纤维并通过一定压力作用形成,是一种具有高弹性模量、良好韧性、低渗透性和高抗腐蚀破坏的能力的无机材料。
各国研究学者对高性能复合砂浆研究在定义上是有差异的,但是共同点则是体积稳定性和耐久性,高强度和高韧性。冯乃谦教授指出,高性能砂浆主要性能指针是水灰比小于0.38;体积稳定性好(高弹性模量,低干缩和徐变以及低的热变形性能);其组成材料中必须含有高效减水剂和矿物质超细粉;冻害地区冻融300次相对动弹性模量为80%以上;抗压强度60MPa以上;具有满足施工要求的流动性和坍落度;有满足使用要求的韧性和耐久性。1990年5月美国国家标准与技术研究院(AIST)与美国砼学会(ACl)共同主办的第一届高性能混凝土研讨会,定义高性能砂浆为易于浇筑、捣实而不离析和高的强度、高的流动性与优异的耐久性的砂浆。
与普通砂浆相比,高性能复合砂浆组分中含有硅粉,粉煤灰或矿渣等超细粉,或含有其它复合成分;由于减水剂的作用,其水灰比一般小于0.40,而普通砂浆的水灰比一般在0.45以上。研究表明,超细粉表现出三种良好效应:1)填充效应,由于超细粉粒径很小,填充于水泥粒子间,提高水泥石的密实度、强度;2)流化效应,超细粉挤出水泥空隙中部分水分,增大水泥净浆流动性;3)耐久性效应,能有效的抵抗环境的侵蚀,延缓混凝土结构构件的使用寿命(能预防碱—集料反应、冻害、盐碱地腐蚀等)。
高性能水泥复合砂浆通过减水剂降低砂浆的水灰比,并使砂浆具有比较大的流动性和保塑功能,保证施工和浇筑砂浆密实性,是获得高性能砂浆途径的一方面;通过超细粉在砂浆中的应用,改善骨料与水泥石的界面结构,改善水泥石的孔结构,提高砂浆的抗渗性、耐久性和强度,获得良好的力学性能。
钢筋网可以选用镀锌钢筋网片、冷拔丝网片、普通热轧钢筋网片、冷轧带肋钢筋网片以及不锈钢钢绞线,焊接工艺可以选择普通电焊、点焊、氢氟焊等工艺。研究表明:电焊冷轧带肋钢筋网更具优势。
高性能复合砂浆钢筋网加固方法涉及到新加的复合砂浆钢筋网加固层与老混凝土的粘结,即新旧两部分协同工作的能力,采用这一新材料对结构进行加固时,必须对材料性能有足够的认识。
3高性能复合砂浆在加固钢筋混凝土梁的应用
高性能复合砂浆钢筋网加固钢筋混凝土梁的抗弯、抗剪结构性能的影响因素是多方面的,受原梁本身的性能、补强材料的性质两个方面制约,影响钢筋混凝土梁抗剪、抗弯承载力的因素众多、破坏形态复杂。
我国的规范和指南中,钢筋混凝土、抗弯抗剪承载力计算公式是以保证钢筋混凝土构件有足够的截面和受力钢筋,以抵抗弯矩、剪力造成的破坏为目的,通过对试验结果的统计分析,采用试验值的偏下限作为依据而建立的。计算公式实际上是一个设计的安全控制线,分析方法具有传统的半经验半理论的特点,缺乏明确的物理概念,理论上欠严密,计算公式精度受到试验和数据量的制约,经验比重过强的缺点。因此加强应用力学模型研究,模拟结构构件的受力状态,分析抗剪机理,是结构受剪承载力分析研究的重要手段,也是抗剪强度理论研究的发展方向。
加固的核心问题即为混凝土粘结问题,粘结面的抗剪能力关系到钢筋网与原混凝土结合的成败,通过粘结面细观分析,加固的材料与原结构之间的粘结面是结构破坏的薄弱环节,加固构件破坏面总是位于紧靠粘结面的部位,不会穿越混凝土本体,加强破坏面与粘结面之间薄弱区域是加固的重点所在。本文参照高性能复合砂浆钢筋网的加固理论,针对钢筋网砂浆层容易端头剥离的效应,对加固区域的端部、跨中部位提出“双层U型面加固”的方法,并以7.2m跨度的简支梁(b=250,h=600)模型作为算例,使用ANSYS分析软件,建立有限元建模,以界限配筋ρb、以及箍筋的的控制条件,在界限状态下钢筋应力到达屈服强度的同时受压区边缘纤维应变同时达到混凝土受弯时极限压应变值。主要是通过增加受拉区钢筋的面积来提高构件的承载力的,当加固钢筋的面积超过“配筋上限”时,也可能导致“超筋破坏”,加固梁的这种“超筋破坏”还可能引起一种明显的脆性破坏—“剥离破坏”,使得其极限承载力反而可能有所下降,为防止脆性的“剥离破坏”。
参考文献
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