受冻混凝土楼盖可靠性鉴定与加固研究

马国庆 李乌江

1.河北建筑工程学院;2.东营市众成地产有限公司

在我国北方地区的冬季施工过程中,往往会出现楼盖混凝土因养护不力引起的冻害现象,导致受弯构件刚度和承载能力下降,成为影响结构耐久性的重要因素之一.而此类楼盖大多采用拆除重做的方式处理,在经济和社会方面多有不利影响.本文结合某受冻混凝土楼盖实际工程,提出置换受压区混凝土并增设“暗梁”的方法,解决了新旧混凝土叠合板协同工作的问题,取得了良好的加固效果.

1 工程概况

某住宅楼主体结构形式为砖混结构,一、二层楼盖建筑面积800m2左右.混凝土楼盖的施工日期在2007年12月上旬.混凝土浇筑施工完毕后,由于养护不当导致混凝土受冻.现浇混凝土楼盖的设计强度等级为C20,混凝土板厚为100mm,板底受力钢筋为双向φ 8@150.该建筑楼盖结构平面示意图如图1所示.其中,双线表示240墙体,所示为混凝土构造柱,承重墙上设置圈梁.

图1 受冻混凝土楼盖平面示意图

2 结构现场勘测

2.1 混凝土受冻状态

现场勘察发现,楼盖混凝土构件表面有冰纹,且混凝土表面有颜色发白、不均匀等现象,表明混凝土表面在凝固前已受冻.采用回弹法对楼盖混凝土上层表面强度进行检测[1],混凝土表面强度推定值在10～12MPa之间,个别较差部位在10MPa以下,即未达到设计强度的50%.楼板及圈梁混凝土表面冻痕如图2中(a)、(b)所示.

图2 混凝土楼盖冻害现象

2.2 冻伤深度检测

现场钻取混凝土芯样对楼盖混凝土冻伤深度进行检测[2],混凝土冻伤深度在30mm～40mm之间.取芯现场多次发生芯样在芯筒内断裂甚至粉碎的现象.观察混凝土芯样发现,混凝土内部骨料砾石表面有明显的结冰痕迹,芯样上层敲击易碎,断面疏松,粗骨料或砂浆脱落,颜色略发白.以上现象表明,内部混凝土在凝结后但未取得足够强度时受冻,冰晶使混凝土内部结构严重受损,造成了不可恢复的强度损失.混凝土芯样上层多孔隙,且较大,混凝土板的抗渗性和耐久性都得不到保证.另外,现场勘察发现,混凝土圈梁的冻伤深度明显低于楼板冻伤深度,均在30mm以下.

3 混凝土板承载力计算[3][4]

取7～9/B～C轴线间板B作为计算单元,如图1中所示.按照双向板弹性理论进行抗弯承载力、刚度及挠度的验算,计算结果如表1、2所示.

表1 板B的抗弯承载力验算

表2 板B的刚度及挠度计算

通过前面的计算可知上述混凝土楼板刚度满足要求,根据现场勘测,混凝土板底实配钢筋为双向φ 8@150(即As=335mm2),受力钢筋的配置满足抗弯承载力的要求.计算所得板挠度值f=5.66mm＜14.4mm,亦满足挠度限值要求.但是,从耐久性的角度考虑,规范[5]规定受力构件的混凝土强度等级不应低于C20,而实测混凝土强度仅达到设计强度的50～60%,不满足要求,必须对混凝土楼板进行加固和耐久性处理.

4 加固处理方案

鉴于该工程混凝土的冻害损伤程度,为使加固板能够整体受力,决定采用整体式补强.即在原有钢筋混凝土板上面,经过处理再浇注一层钢筋混凝土板,使两层板合二为一成为一个整体,从而提高其承载力.具体施工方法如下:

1)凿除楼板顶部混凝土30mm厚,且保证凿面不平度大于5mm;

2)在板短边方向凿出间距500mm、宽度为80mm,深度30mm沟槽,形成断面尺寸为80mm×80mm的“暗梁”,内配2φ 14,箍筋为φ 6@200,作为剪力键,从而更好地传递剪力和拉力,增强新旧混凝土的整体性,保证其协同工作;

3)将凿面冲洗干净后,板上表面配φ 6@100双向钢筋网,重新浇筑强度等级为C30的细石混凝土50mm厚;浇注混凝土前,在旧混凝土结合面上涂刷水泥净浆,掺有107胶水或铝粉(为水泥重的0.2‰～0.5‰),作为混凝土界面剂;

4)在凿除混凝土时应进行有效的模板支撑,以承担施工期荷载,防止混凝土板开裂崩塌以及避免板底受拉钢筋处于高应力状态;

5)对于混凝土圈梁可采取相同的混凝土置换办法处理,凿除混凝土厚度为40mm,“暗梁”不再另设;

6)考虑耐久性的要求,在板底抹10mm厚耐久性砂浆抹面,耐久性砂浆的重量配比为:水泥∶砂子∶水∶聚醋酸乙烯=1∶2.5∶0.5∶0.05.

混凝土板处理方法及“暗梁”设置剖面如图3所示.

图3 混凝土板处理方法及“暗梁”设置示意图

5 加固效果分析

混凝土板受压区更换为C30细石混凝土,板厚增加20mm,暂不考虑暗梁中钢筋的作用,仍取1000mm宽板带,对加固后受拉钢筋进行应力计算,计算结果如表3所示.

表3 加固后板受拉钢筋应力验算

板y方向钢筋应力亦用上述方法计算,钢筋应力比为0.466.用表2方法对板刚度和挠度进行验算,均满足规范[5]要求,在此不再赘述.

值得指出的一点是,虽然在加固施工过程中对板进行了模板支护,在后浇层混凝土开始承力之前,原板底钢筋应力超前的现象是不可避免的[6];另外,在对板进行模板支撑后,板底钢筋受粘结因素的影响并不能完全恢复变形.因此,本文建议在加设“暗梁”的基础上,原板底钢筋应力不宜超过0.8fy,以保证加固完成的正常使用过程中,原板底钢筋应力不至于过高.对于支座处的原有钢筋处于受拉区,不存在钢筋应力超前现象,故不再进行应力验算.

6 结束语

本文采用开槽设“暗梁”形成“剪力键”而非使用在原有混凝土上植筋的方法在整体现浇板上作整体式补强,即解决新旧混凝土叠合板协同工作的问题,也减少了对原有混凝土的损伤.该工程加固施工后的使用过程中,未出现任何问题.因此,此类在整体现浇板上作整体式补强的加固方法可为同类工程设计和施工提供一定的参考.

[1]回弹法检测混凝土抗压强度技术规程.(JGJ/T23-2002).中国建筑工业出版社,2002

[2]钻芯法检测混凝土强度技术规程.(CECS03:08).中国计划出版社,1988

[3]东南大学,同济大学,天津大学合编.混凝土结构(中册).中国建筑工业出版社,2003

[4]过镇海,时旭东编著.钢筋混凝土原理和分析.清华大学出版社.2003

[5]混凝土结构设计规范.GB50010-2002

[6]吕西林主编.建筑结构加固设计.科学出版社,2003,5