钢筋钢丝网预填骨料混凝土复合加固方法讨论

芦 超 李海军

(1.广东博意建筑设计院武汉分公司，湖北武汉 430070;2.中国五环工程有限公司，湖北武汉 430223)

0 引言

混凝土结构加固的方法多种多样，常用的就有加大截面法，外包钢加固法，预应力法，粘纤维布法和钢筋钢丝网砂浆加固法等等。传统的加固方法都具有各自的优缺点和适用范围，我们应根据不同的工程问题，选择适合实际工程特点的加固方法和施工工艺。

目前，一种利用无机胶凝材料——高性能水泥复合砂浆进行混凝土结构加固的方法已经进入广泛研究应用，它作为一种新型的加固技术正在为人们所广泛接受。钢筋(丝)网复合砂浆加固混凝土构件具有高强、适用面广、耐久性好、抗腐蚀等优越的性能［1］，但其优越性仍还有一定程度的改善和提高。首先，该方法使用小直径(2 mm～6 mm)钢筋网，约25 mm厚钢丝网水泥砂浆层来加固受力不大的薄壁结构，使钢筋(丝)水泥砂浆层配筋率较低，加固承载力的提高幅度有限，无法满足受力较大的大型混凝土结构构件的加固补强;其次，由于采用人工压抹或外喷砂浆的施工方法，会造成现场湿作业面积大，工效不高，加固质量难以保证;最后，砂浆与老混凝土的界面粘结程度好坏及构件的整体工作性能仍需要做进一步深入的研究工作。

本文首次尝试提出一种复合加固的新方法，将预填骨料混凝土引入到混凝土结构柱加固修补中。该方法具有与钢筋(丝)网砂浆加固相似的优点，在较薄的加固层内，使用大直径钢筋以提高配筋率来大幅提高被加固构件的承载力;另一方面在安装好的钢筋笼内预填充粗骨料，再进行高压灌注高性能砂浆，形成的预填骨料混凝土—钢筋钢丝网砂浆加固层集成了二者彼此优良特性，具有高强度、低收缩、粘结性强、延性以及耐久性好等诸多的优点。

1 预填骨料混凝土简介

预填骨料混凝土是预先将粗骨料在制作好的模具内填好、捣实，然后将配制好的水泥砂浆在一定压力下灌注入粗骨料空隙内而形成的一种特殊混凝土。区别于普通混凝土，PAC是一种不同寻常的修补材料，其粗骨料含量较高，且骨料之间是点对点直接接触，因而混凝土的弹性模量较高且干缩变形比普通混凝土低50%［2］。

作为一种二次施工方法，预填骨料混凝土在欧美一些发达国家已经有70多年的历史，具有较为成熟的工艺。1940年美国农垦局在胡佛大坝的溢洪道上使用PAC回填了大面积的冲刷区，其修补工程量为34 m(长)×10 m(宽)×11 m(深)。1946年美国科罗拉多州尼德兰的巴克大坝迎水面扩建工程中，在52 m高的坝体上使用PAC重做了1.8 m厚的面层。1950年日本的一些工程公司购买了PAC的使用权来建造大量的桥墩，至20世纪70年代，日本的本州—四国桥梁管理局也进行了广泛的研究，使PAC在大型桥梁的施工中一时达到了顶点［3］。此后，澳大利亚，中国等许多国家都相继开始关注PAC的使用，它被广泛的应用于水利水电工程、桥梁隧道工程、地基处理及大体积混凝土结构加固工程等，而在一些振捣困难，施工质量无法保证的地方效果尤为明显。

2 传统加固方法

1)加大截面法。

加大截面法是采用钢筋混凝土材料来增大原结构的截面面积，以达到提高构件刚度和承载力的目的。优点是施工工艺简单、适用面广，可广泛应用于一般的梁、板、柱、墙等混凝土结构的加固;缺点是现场湿作业工作量大，施工复杂，工期较长，同时截面过于增大(梁、柱不应小于60 mm厚)会对结构外观及房屋净空有一定影响，给生产和生活带来不便。

2)外包钢加固法。

外包钢加固法是将型钢外包于构件四角(或两角)的加固方法，适用于使用上不允许增大构件截面尺寸，却又要求大幅度提高截面承载能力的混凝土结构加固。其优点是施工简便，受力可靠，作业时间短，且对净空影响较小;缺点是用钢量大，在无防护措施的情况下，环境温度不宜高于60℃。

3)纤维布加固法。

碳纤维布加固技术是指采用高性能粘结剂将纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，提高结构构件的抗拉强度，由此达到对建筑物进行加固、补强的目的。碳纤维布加固适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固，其优点是自重轻，施工工艺简单、快速，现场基本无湿作业，且对净空无影响;缺点是粘结胶以有机树脂为基体，所以加固构件的延性、耐久性、耐火性和耐热性(60℃时环氧树脂软化)都不理想，且加固成本较高。

3 钢筋钢丝网预填骨料混凝土加固法

钢筋钢丝网预填骨料混凝土加固法是一种二次施工方法，预先焊接钢筋笼，外包钢丝网，然后在模具内将粗骨料填好、捣实，最后将配制好的高性能砂浆在一定压力下灌注入粗骨料空隙内而形成的一种特殊混凝土，达到提高构件承载力和满足正常使用要求的目的。该方法具有与钢筋(丝)网砂浆加固相似的优点，加固层厚度为50 mm左右，在无需过大增加构件截面的前提下，可以通过提高配筋率来大幅提高被加固构件的承载力。

1)原材料及设备。

a.原材料。

普通硅酸盐水泥;一级粉煤灰;硅灰;UEA膨胀剂;高效减水剂;砂子，细度模数宜为1.7 ～1.8，最大粒径不超过 2.5 mm;粗骨料，粒径为10 mm～30 mm碎石;二级以上热轧钢筋;镀锌焊接钢丝网;模板，漆面硬木多层胶合板或钢模板等。

b.制浆设备。

高速搅拌机(60 r/m～120 r/m)，流动锥。

c.灌浆设备。

高压砂浆泵，耐蚀阀门，大量程压力表，耐高压胶管，可拆装灌浆口，专用高压封口塞。

2)制浆。

在灌浆加固之前，灌注砂浆必须要满足一定的性能要求。参考美国材料试验协会等相关规范，须严格控制砂浆搅拌速度、时间，测试砂浆流动度、泌水率、保水性、膨胀性、抗压强度等性质，适时关注环境变化对砂浆性能和灌浆的影响。而且还要通过试验实测预填骨料混凝土棱柱体的强度和密实性。

3)灌浆。

采用预填骨料混凝土加固混凝土柱之前，灌注用的砂浆必须要满足一定的要求，参考美国材料试验协会相关规范，须严格控制砂浆流动度、泌水率、保水性、膨胀性、抗压强度等性质，填充的石子需要筛洗、晒干，粒径范围10 mm～30 mm，而且还要实测预填骨料混凝土棱柱体的强度和密实性。灌浆加固施工应事先编制施工组织设计，严格按照灌浆施工技术要求施工。

a.先将原柱表面凿毛，露出粗骨料，然后用高压水冲洗以去除其表面浮浆及油污等杂质;

b.按照设计要求将主筋和箍筋先焊接成型，将钢丝网包裹在钢筋笼外面(在钢丝网片搭接处，用细铁丝每间隔约20 mm～40 mm绑扎一次，此外对于使用了多层钢丝网时，在非搭接处也按约80 mm绑扎一次，搭接长度45 mm);

c.将制作好的模板拼装起来，合理设置灌浆口和出浆口高度，接缝处应采用密封胶和螺杆进行拉结密封，防止漏浆;

d.将筛洗好的石子分层填入钢筋笼内，并捣实;

e.先按设计配合比搅拌灌注砂浆，再进行砂浆灌注(严格控制灌浆压力和速度);

f.拆模及养护。

4 结语

PAC方法的运用在欧美、日本已经是相当的普遍，被广泛的使用在水利水电工程、桥梁工程，桩基础以及地基处理等等领域，具有较为成熟的工艺。像瑞士西卡(SIKA)集团、德国巴斯夫(BASF)公司等都进行了系统性的研究，具有成熟的技术以及工程实践经验，配制出高性能无收缩自密实成品灌浆料，美国材料与试验协会(ASTM)也制定了一系列比较完整的PAC制配和测试规范。

然而，我国预填骨料混凝土应用还处于早期阶段，仅是简单的应用于水利工程、桩基础和地基处理等方面。作为一种新的加固技术除了特别适宜水下结构加固外，该方法对柱子的加固也具有独特的优点，且灌注砂浆相对于压抹、喷射砂浆的施工方法，具有更佳的密实性和可操作性。因而，作为一种集成创新的加固方法，SWPAC工艺用于混凝土结构进行加固是值得进一步研究和推广的。

［1］尚守平.钢丝(筋)网复合砂浆加固混凝土构件［A］.第7届全国建筑物鉴定与加固改造学术会议论文集［C］.重庆:重庆出版社，2004:742-749.

［2］Reported by ACI Committee 304.Guide to the Use of Preplaced Aggregate Concrete for Structural and Mass Concrete Applications［J］.ACI Materials Journal，1991，88(6):39-41.

［3］ACI RAP-9，Spall Repair by the Preplaced Aggregate Method［S］.

［4］ASTM C938-02，Standard Practice for Proportioning Grout Mixtures for Preplaced-Aggregate Concrete［S］.

［5］ASTM C939-02，Standard Test Method for Flow of Grout for Preplaced-Aggregate Concrete(Flow Cone Method)［S］.

［6］ASTM C940-98a，Standard Test Method for Expansion and Bleeding of Freshly Mixed Grouts for Preplaced-Aggregate Concrete in the Laboratory［S］.

［7］ASTM C941-02，Standard Test Method for Water Retentivity of Grout Mixtures for Preplaced-Aggregate Concrete in the Laboratory［S］.

［8］ASTM C942-99，Standard Test Method for Compressive Strength of Grouts for Preplaced-Aggregate Concrete in the Laboratory［S］.

［9］ASTM C943-02，Standard Practice for Making Test Cylinders and Prisms for Determining Strength and Density of Preplaced-Aggregate Concrete in the Laboratory［S］.

［10］熊光晶，严 州，朱湛贤.钢丝网钢筋砂浆加固混凝土圆柱的抗轴压试验研究［J］.汕头大学学报，2006，21(4):70-74.