谈高延性混凝土材料在加固窑洞工程中的优势

宋 志 彬

(山西省建筑科学研究院，山西 太原 030001)

1 现存窑洞概况介绍

农村危房改造是实现中央脱贫攻坚“两不愁、三保障”总体目标中住房安全有保障的重点工作，更是一项保障人民群众生命财产安全、改善农村贫困人口居住环境，构建和谐社会的德政工程、民心工程。

农村窑洞一般有靠崖式、下沉式、独立式等形式，以土木、砖木、砖土混杂、木结构、石木、砖混结构形式为主，多为单层。经现场检测鉴定统计，现存窑洞常有以下病害类型：窑洞受地形地貌、气候、环境、地质情况、人为因素等影响，出现崖面不同程度的崩塌、剥落；窑体不同程度开裂、拱体变形；雨水渗透、植被破坏；局部窑洞出现因地基沉降和结构本身受力不合理引起的倾斜，严重的有倒塌的危险(现场窑洞病害举例如图1所示)。

2 不同种类的窑洞汇总重点病害简介

2.1 对于土(石)木结构房屋

主要从木构件、围护墙体、屋面系统三个方面阐述：1)木构件开裂，住宅建造时，一些木材的含水量过大，其表层部分比内部容易干燥，而木构件内外收缩不同步导致裂缝的产生和发展。2)木构件挠曲，木梁、木檩等在长期荷载作用下或超载情况下，会由于材料性能老化造成木材弹性模量降低以及抗弯能力下降，导致跨中明显存在下挠现象，而木柱在偏心荷载的长期作用下也会导致柱构件弯曲。3)木构件糟朽，柱根糟朽主要是由于土木房屋建成时墙根无防潮措施，加之土坯夯土等材料具有吸附空气中或地表水的特点，所以墙体往往比较潮湿，加之木柱包砌在墙内，缺乏通风，使得包砌在墙体内的木柱长期处于潮湿环境之中，很容易糟朽，柱糟朽一般由下至上、由外向内，程度由轻而重，尤其柱根部较为常见。而屋面椽条因在屋面位置，当屋面向前导雨或局部渗漏时，其常因浸水而产生霉变糟朽，尤其前墙出檐处椽条外端部极为常见。糟朽会使得木构件的有效截面减小，承载力降低，影响结构安全和耐久性。4)榫卯节点存在缺陷，在长期荷载作用下或因材料本身收缩等，梁、柱节点位置很容易发生拔榫或松动等现象。节点的受损降低了房屋的整体性，对结构的整体承载以及抗震性能影响极大。5)围护墙体缺陷，墙体与内部木柱之间、土(石)墙与外砖墙之间无可靠连接，由于振动特性的不同，在无可靠连接的情况下，两者不能共同工作，地震时互相撞击，会加重房屋的破坏。此外，土材料强度较低，加之砌筑质量普遍不高，常会在纵横墙交接处、墙体中部、烟道位置、门窗洞角部等薄弱部位出现开裂现象，同时因雨水冲刷等亦会使外墙外侧根部出现土墙剥落现象。6)屋面系统缺陷，主要表现为漏雨，屋面瓦局部损坏掉落以及局部负载过重(如：草泥过厚)导致的屋面下挠等。

2.2 对于靠崖式土窑洞

主要是窑脸石(砖)接口与窑体交接处开裂，窑体裂缝、剥落，崖面排水不畅等病害。一些窑洞在窑与窑之间的过道门洞顶两侧存在环向裂缝，影响窑体整体承载，存在严重安全隐患。窑体环向或窑顶纵向开裂现象，任其不断发展其危害也将逐渐增大，尤其环向与纵向裂缝同时存在，并局部构成网状开裂，土体易剥落，如果不采取措施，进而会发展为崩塌、冒顶，造成不可挽回的损失。

2.3 对于独立式石窑洞

其主要缺陷为：窑边腿外倾，窑体抹灰剥落、灰缝开裂，窑顶屋面渗漏，窑脸灰缝开裂等。窑洞周边场地环境变化也可能导致地基土承载力降低，支撑窑腿在水平推力作用下也会出现变形开裂、破损现象，进而影响窑洞整体结构承载，威胁窑洞的整体安全。其次，石窑洞抹灰和粘结材料为泥、灰等，其粘结力较差、强度较低，当遇温度、湿度、振动等客观条件变化时，易出现收缩、开裂、剥落等现象。多数农户的石窑洞屋顶覆土松散，杂草丛生，屋面排水不畅，导致窑体内部出现印水、渗漏、大面积返潮等现象。

2.4 对于砖木结构

其主要缺陷为纵横墙交接处的竖向拉开现象，门窗洞口角部的斜向开裂以及木构件的开裂、挠曲、糟朽等现象。其墙体的开裂主要是由于砌筑质量差和材料自身收缩等综合因素所导致，而木屋盖中木构件所存缺陷的原因基本与土(石)木结构房屋相类似。

3 窑洞的加固方法简介

窑洞的加固方法可根据窑洞特点、病害情况等，选择科学、合理的方法，并结合实际采取有效措施，保证新增构件及部位与原结构连接可靠，形成整体工作；并应避免对未加固部分，以及相关的结构、构件和地基基础造成不利的影响。

窑洞的加固方法可分为整体加固与局部加固两类，其中整体加固宜根据窑洞的实际情况选用砖衬券和钢筋网混凝土内衬加固法；局部加固则以内支架和边腿增宽法加固为主。加固材料：1)砖，其品种、规格除应符合国家规范要求外，强度等级不宜低于MU10；2)砂浆，宜采用水泥砂浆，强度等级不宜低于M10；3)混凝土，强度等级不宜低于C20；4)钢材,其品种、质量和性能应符合国家标准的有关规定。

4 高延性混凝土材料简介与应用优势

高延性混凝土与普通混凝土相比，其基于微观力学的设计原理，是以水泥、石英砂等为基体的纤维增强复合材料，有良好的抗压性能、弯曲性能、拉伸性能、抗剪性能及耐火性，有较强的自愈合能力和良好的环保性能，与钢筋的连接破坏具有显著的延性特征，且高延性混凝土材料损伤容限能力较强，初始缺陷的存在对材料的抗拉强度影响较小，具有较高的抗疲劳性能及抗冲击能力。

采用钢筋网混凝土内衬法加固窑洞时，如用高延性混凝土替代普通混凝土材料，可提高加固面层对墙体的约束作用，使其具有良好的整体性和抗震性能，大大减小了窑顶因震害而导致坍塌的可能。其次，高延性混凝土可掺入粉煤灰替代水泥，与现代社会倡导绿色建筑、节能环保建筑相辅相成，可减少对空气的污染，实现既改造加固，也坚持可持续发展，提供了健康的居住环境。

现存窑洞裂缝较多见，修补裂缝可分别采用封闭法和灌缝法。封闭法多用于表层裂缝的修补，可选用草泥灰、白灰浆等材料将表层裂缝进行抹实密封；另一方法是灌缝法，又可称压力注浆法，适用于砖(石)窑加固，此方法亦可利用高延性混凝土的特性：高韧性、高强度、高抗裂性、高耐损伤能力，对砖(石)窑体开裂处进行压抹，面层可获得有效约束，施工工艺简单方便，只需对窑体开裂墙体先进行基层处理、清洁，再对墙体进行喷水湿润，即可压抹高延性混凝土材料，其加固效果比普通混凝土效果好且用量少，施工方便，综合造价合理。

高延性混凝土具有普通混凝土没有的高韧性、高抗裂性能和高耐损伤能力，使得高延性混凝土广泛用于砖混结构的纵横墙墙体加固工程中。随着科技不断进步，科研成果层出不穷，我们应共同努力将这些成果应用于农村危房改造中，实现改善农村居住环境，建筑可持续发展。

参考文献：

[1] DBJ 61/T112—2016,高延性混凝土应用技术规程[S].

[2] 陕16G12,高延性混凝土加固砌体结构图集[Z].

[3] 山西省住房和城乡建设厅.山西农村危险土窑洞加固技术指南[Z].