高延性混凝土加固技术在砖混砌体结构的应用研究*

田绍博 康洪震 乔瀚林

（华北理工大学建筑工程学院,河北 唐山 063000）

在承载能力薄弱需要加固补强的建筑物中，砌体结构房屋在承载力较弱的建筑中占很大比例，需要加强，特别是有必要选择高效、经济、合适的加固方法。不仅可以在短时间内以较小的投资解决砌体结构加固的问题，而且为其他结构的加固提供了新的思路和合理的施工工艺方案，对满足建设领域内的生产和生活需要具有重要意义。通过加固确保了建筑物的安全性和持续使用性。由于《砌筑结构加固设计规范》的发布与实施，砌筑加固在砌筑构件施工实际工程中的运用也会更加普遍，为适应工程设计的新要求而满足，对砌筑构件保护后的力学和变化特点加以研究与分析，是十分必要的。实践也证明了在进行加固工程后的建筑，破坏程度明显轻于未经加固的建筑。所以，深入研究和探讨砌体构件的加固方式是非常关键的。

1 高延性混凝土加固砌体结构的优势

砌体结构的主要组成材料是砂浆和块材，这两种材料在黏结后形成了砌体结构，耐受强度性、结构牢固性偏低。在传统砌体结构增加承载力方面，基本依靠两种方式，钢筋混凝土面层、砂浆面层加固，但这两种方式存在众多不足，我国著名建筑学者邓明科在研究中发现，砌体结构和高延性混凝土能够产生良好的黏结效果，在砌体结构中通过高延性混凝土能够有效提高结构的抗震性、耐受力。高延性混凝土是由各种材料混合制成的，主要包括胶凝材料、细骨料、其他添加剂和人工制造的纤维混合制成的，按照科学的比例成型，具备高抗裂性、高韧性和高耐疲劳性的特种混凝土。高延性混凝土的抗震性是依赖于增强主要抗侧向力构件的延性、承载力、结构整体性来达到的。在砌体结构中通过使用高延性混凝土进行加固，可减少面层厚度，在山西省高延性混凝土加固标准要求中，要求加固面层（双面）的厚度不得低于15mm。通过双面加固的方式对普通砌体结构进行加固时，单侧墙面达到受力标准的厚度为15mm 即可，相比于抹灰厚度所差无几。因此荷载并不会因原抹灰层被铲除而受到影响，也不会使室内使用面积产生变化，无须穿墙钢筋，施工周期较短并且难度较低，不会对原结构造成较大影响，能够有效增强砌体结构的整体性，降低工程加固成本，无论从社会层面还是经济层面来说都有着良好的应用优势。

2 高延性混凝土加固砌体结构设计方法

在砌体结构中应用高延性混凝土进行加固的方式，经邓明科教授团队进行试验后得出了相关研究理论，总结了这个设计方法的计算方式和具体构造措施。云南和山西等众多省市根据邓教授的研究理论先后制定了相关建设标准，补充了加固理论，提供了更加丰富的理论依据。

2.1 砌体构件受压加固

采用了配筋高延性或者高延性混凝土面层对轴心受压的构件进行加固时，正截面的受压承载力可以根据此式来进行验算：

在符合构造相关要求后，外加高延性混凝土其面层在加固之后，砌体的受压构件能够看作是砌体和高延性混凝土面层的砌体构件。在公式里，αd是考虑到高延性混凝土和砌体极限压应变不一样，并且后加高延性混凝土需要压力滞之后，据实际情况引入强度折减系数，规范下取αd= 0.15。

2.2 砌体构件受剪加固

通过配筋高延性或者高延性混凝土面层进行加固之后，墙体受剪的承载力必须符合规定V≤Vm+Vd。

通过配筋高延性或者高延性混凝土面层进行加固之后的墙体承载力的提高值Vd需要根据以下公式进行计算：

通过高延性混凝土面层加固砌体构件时，受剪承载力的提高值其计算方式和现行标准GB50702—2011砌体加固规范里的钢筋混凝土砌体墙加固和提高受剪承载力的计算方法大致相同，但是按照实验的结果与相关数据，调整了一些参数取值。

2.3 砌体构件抗震加固

配筋高延性或者高延性混凝土面层对砌体墙进行加固时抗震受剪承载力需要根据以下公式进行验算：

非抗震时的抗剪计算和此计算方法大致相同，只是需要用提高值的相关计算数值除以其抗震承载力的调整系数。

3 高延性混凝土加固砌体结构实际案例

唐山市丰南区黄各庄镇郝庄子农村目前有许多需要抗震改造的既有农房，改造目标是需要在本地区抗震设防烈度下，主体结构不发生严重破坏，围护结构不会出现大面积的倒塌。由于这些既有农房的结构材料为砂浆和砖石，承重及抗震等强度偏低，因此需要加固来提高整体强度，但这个建筑为农房，属于农民安危保障建筑，因此甲方特别提出了要求，需要根据其可使用50年限的强度来进行加固，同时在加固过程中不可对建筑内外的风貌进行改变性破坏。根据相关鉴定报告得知，这个建筑的一层高度和二层高度一致，都为3.8m，三层高度相比于前两层要少0.2m。由于该建筑为墙下条形基础，地基可承载强度只有80kPa，整个建筑利用黏土烧结砖，强度等级MU5，砂浆类型是混合砂浆，强度2.9MPa，构造柱也并未设置在建筑过程中，就目前情况而言，一层和二层有少部分的窗间墙体受压，经过计算后发现抗力和效应比低于0.9，这是目前的主要问题，经评定建筑结构安全级别仅为D。在对其抗震性经过测试并计算后得知，最终得出的计算结果相较于建筑抗震标准部分墙体都不符合标准，根据标准要求，鉴定圈梁和钢筋混凝土均未达到标准，砖和砂浆的强度远低于标准规定的正常值。

3.1 加固方案比选

（1）钢筋混凝土面层加固方法。即日常提到的钢筋网夹板墙，砌体墙加固可以从很大程度上提升墙体承受压力、承受剪切应力，大幅度提升刚度和抗震性，该方法的施工方法具备简易性，并具备合格的计划和实施经验，是砌体结构加固最实用的方法，但实际施工工况需要长时间在湿润状况下工作，会影响到正常的生产生活，且建筑物实际面积在加固后会出现减少的情况。

（2）砌体托换加固方法。该方法主要针对具有重大缺陷和裂缝的部分，将其替换成新砖墙体，当出现其他问题时，可以将原构件进行有效的支顶，同时要对原结构、构件在具体工况全过程中的承重情况进行验算、监测和把控。托换部分的材料强度等级要适当高于建造时计算的强度等级，砂浆强度也要相较原设计提升一个等级，用整砖堆砌。

（3）高延性混凝土加固方法。主要在经过基层处理后的构件表面涂一道高延性混凝土层，利用高延性混凝土所具备的高性能粘结性，让高延性混凝土面层和砌体结构出现紧密结合层，使其整体受力更加均匀，更加适合高受力工况，同时还具备高延性、高抗裂性能和高耐损伤能力，这些良好的材料性能可以有效提高结构的承载力、延性和抗裂性能，让成型后的砌体具备结构性承载力、延展性和较高的耗能能力，可以有效阻止裂缝的产生，从而使原有砌体结构的抗震性和抗裂性都有所提升。从本工程的实际工况和技术要点出发，认为高延性混凝土加固是适合应用在砌体上的。通过高延性混凝土对砌体结构进行加固时可以省略钢筋的应用，并且减少了大量的施工工序，方法简略，而人工压抹则是最主要的工艺。

3.2 施工流程

3.2.1 基层处理

加固部位砌体粘接的前提条件是保证接触面整洁干净，没有油污，对原有墙面装饰面层和抹灰层都要处理干净，将灰缝进行彻底清理，使用钢丝刷将残余灰尘清理干净，让表面灰粉彻底干净。将砌体结构面进行清理后，要用水分充分润湿，最好分两次浇水，两次分别在施工前12h和施工前2h左右进行。最后在墙面上粉刷一层素水泥浆，使墙面与高延性混凝土的结合更加充分，避免出现面层开裂的情况。

3.2.2 配置高延性混凝土

配置高延性混凝土要坚决按照使用手册上的工艺要求进行拌制，对拌制比例加以把控，采取称重计量的方式保证比例合理。高延性混凝土主要采用混料预拌的方法进行制备。原材料计量主要使用电子计量仪进行测试，使用前要确定其标定合格。每盘高延性混凝土原料计量的允许偏差应符合表1 规定的原材料种类计量允许偏差。

表1 原料计量允许偏差表

高延性混凝土使用的工程机械是强制式搅拌机，强制式搅拌机转速要大于45r/min，并应配备纤维专用计量以及送料设备。每次搅拌都有相应的次数规定，需要按照施工进程进行制备，以防高延性混凝土存放太久，存放时间不能超过半小时，且施工过程中不能损坏原来的水比配置。

3.2.3 压抹高延性混凝土面层

因原有墙面在清除固有装饰面及抹灰面时对于原有砌筑墙体表面会产生相对的破坏，使得墙面平整度降低，所以在压抹之前需做灰饼，这样可以有效保持每层高延性混凝土的厚度。灰饼需采用高延性混凝土制作，直径大小约为50mm。高延性混凝土面层应采取分层多次刮涂的方式，单层厚度≤15mm。第二层施工则需要在第一层高延性混凝土初凝前完成，各层高延性混凝土之间以及其与基层的粘接面需要牢固，保证无脱层、空鼓、裂隙等缺陷。在压抹高延性混凝土前应先将墙面浇水湿润，待墙体稍干后进行压抹施工。

3.2.4 养护

高延性混凝土面层竣工后要进行7d 的喷水养护，温度要大于5℃，否则会进行冬施，夏季施工时保证环境封闭。应在施工完成后2h 以内就开展养护工作，前三天和第四天之后分别保证每隔2h 以及4h 的洒水湿润养护。

3.2.5 效果

通过高延性混凝土加固法，从建筑的实际状况中可发现，在加固后其关键区域承重性能有了很大程度的改善，稳定性也大大提高，各结构部件均能充分发挥作用，强度也获得了提高，承载力、抗裂性能均有所增强与改进。总的来讲，对该建筑的鉴定、改建与施工的过程成功实现了预期的加固效果。

4 结语

在砌体结构中应用高延性混凝土可产生较好的效果，能够充分发挥二者力学性能互补的特点，加固后墙体的延性和抗剪强度都有显著提高，在墙体开裂后加强钢网的效果也很可观，在增加钢筋直径中竖向钢筋的效果也很明显；同时施工较为便利，材质强度较高，这种方式未来在砌体结构加固领域必然得到广泛的应用，无论从社会还是经济层面来看，都会产生良好的效益。