玄武岩纤维修复加固综合法修补混凝土结构裂缝的研究.pdf

1 6 0 建 筑 技 术 Ar c h i t ec t u r e Te c hn o l o g y 第 4 3 卷第 2期 2 0 1 2 年 2月 Vo 1 4 3 No 2 F e b 2 0 1 2 玄武岩纤维修复加固综合法修补混凝土 结构裂缝的研究 蔡焕琴 ，郝勇 ( 河北建筑工程学院， 0 7 5 0 0 0 ， 河北张家口) 摘要： 混凝土裂缝会影响构件的耐久性 ， 严重的裂缝还会影响结构的承载能力， 因此， 多数情况下需对混 凝土裂缝进行修复处理。裂缝修复加固综合法是采用玄武岩纤维水泥砂浆和灌浆法修补混凝土裂缝 。 同时在梁 底粘贴玄武岩纤维布提高构件抗弯承载力。 试验表明， 该综合修复技术既提高了构件的抗裂度和刚度， 增强二次 抗开裂能力， 又有效提高受弯构件的抗弯承载力， 达到综合修复的效果， 经济效益优于目前常用修复技术。 关键词： 混凝土； 裂缝； 修复； 玄武岩纤维布； 抗裂度 ； 抗弯承载力 中图分类号 ： T u 7 4 6 3 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 1 6 0 0 3 RESEARCH oN BAS ALT Fm ER RES ToRATI oN AND RE oRCEM ENT I NTEGRATED M ETHoD FoR CoNCRETE S TRUCTURE CRACK REPAI R CAI Hu a n- qi n， HAO Yon g ( H e b e i I n s t i t u t e o f Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r i n g ， 0 7 5 0 0 0， Z h a n g j i a k o u ， He i b e i ， C h i n a ) Abs t r a c t ： C r a c k ma y a ffe c t t h e d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e c o mp o v e n t s ， e v e n a f f e c t i n g t h e l o a dc a r r y i n g c a p a c i t y o f s t r u c t u r e Th e r e f o r e， c o n c r e t e c r a c k s h a l l b e r e p a i r e d i n mo s t c a s e s C r a c k r e s t o r a t i o n a n d r e i n f o r c e me n t i n t e g r a t e d me t h o d u s e s b a s a l t fi b e r c e me n t mo r t a r wi t h gro u t i n g me t h o d t o r e p a i r c o n c r e t e c r a c k Me a n wh i l e ， b a s a l t fi b e r c l o t h i s p a s t e d a t b e a m b o t t o m t o i mp r o v e b e n d i n g b e a tin g c a p a c i t y o f c o mp o n e n t s Af t e r e x p e r i me n t a l s t u d y ， i t i s i n d i c a t e d t h a t t h i s i n t e g r a t e d t e c h n i q u e c a n n o t o n l y i mp r o v e t h e c r a c k r e s i s t a n c e an d r i g i d i t y o f c o mp o n e n t s a n d i n c r e a s e s e c o n d a r y c r a c k r e s i s t a n c e， b u t a l s o e f f e c t i v e l y a me l i o r a t e t h e b e n d i n g b e a r i n g c a p a c i t y o f b e n d i n g c o mp o n e n t s F a v o r a b l e r e p a i r i n g e f f e c t i s o b t a i n e d a n d i t s e c o n o mi c b e n e f i t i s b e t t e r t h a n t h e t e c h n i q u e wh i c h i s c o mmo n l y u s e d a t p r e s e n t Ke y wo r d s ：c o n c r e t e ； c r a c k； r e p a i r ；b a s a l t fib e r c l o t h；c r a c k r e s i s t a n c e；b e n d i n g b e a tin g c a p a c i t y 由于混凝土中各材料变形不一致，互相约束而产 生初始应力，造成骨料与水泥石粘结面或水泥石之间 出现肉眼不可见的细微裂缝。 当裂缝宽度小于0 0 5 m m 时 ， 不影响使用 ， 但 由于荷载作用、 温差作用 、 不均 匀沉 降或施工操作不规范等原因，裂缝进一步扩展并逐渐 贯通，裂缝的扩大就会带来质量问题或导致事故的发 生， 从而引起经济损失甚至人员伤亡。因此， 对混凝土 裂缝的适时修复将有效改善和提高建筑物或构筑物的 耐久性和安全性。 近年来， 国内外许多学者及工程技术 人员已开始尝试混凝土裂缝修复的各种办法，并取得 一 定成果， 这些方法包括附加钢筋法、 灌浆法等， 而本 研究所采用的玄武岩纤维水泥砂浆修补兼以梁底粘贴 玄武岩纤维布修复加固混凝土结构， B l： g 常用裂缝修 收稿日期： 2 0 1 1 - 1 2 1 2 基金项目： 河北省科技支撑计划项目( 0 5 2 1 3 7 1 0 ) 作者简介： 蔡焕琴( 1 9 6 4 一 ) ， 女 ， 河北张家口人， 教授级高级工程师 ， 硕士， e - ma i l ： z j k c h q 1 6 3 c o m 复方法具有以下优点。( 1 ) 耐久性及耐高、温 洼能好。由 于所采用砂浆为无机材料。所以没有附加钢筋法等方 法无法克服的有机类粘结剂的易老化及耐高温性能差 等问题， 玄武岩纤维本身具有较好的耐腐蚀性， 与附加 钢筋法相比具有明显优势。适于环境恶劣场合采用。 ( 2 ) 玄武岩纤维布强度高， 其标准强度约为普通钢材的 5 6 倍 ， 而附加修复层厚度小， 故结构自重增加幅度小。 1 试件参数 试验梁为矩形截面简支梁，截面尺寸均为b x h = 1 0 0 m m 2 0 0 m m， 跨度= 1 8 0 0 m m， 净跨l o = l 6 0 0 m m 。纵 筋为2 1 O ， 架立筋为2 ， 剪跨区及纯弯段内箍筋分别 为 1 0 0 和 2 0 0 。 混凝土设计强度等级C 2 0 。 钢筋、 混凝土的实测性能指标见表1 。 玄武岩纤维布抗拉强度 2 3 2 2 M P a ， 弹生 模量1 2 9 G P a ， 密度2 8 g c m 。 。 2 修补试验方案 将试验梁均加载至2 0 k N以后卸载 ， 此时受拉钢筋 2 0 1 2 年 2 月 蔡焕琴， 等： 玄武岩纤维修复加固综合法修补混凝土结构裂缝的研究 表1 钢筋与混凝土的实测性能指标 钢 直径 MP a f JMP a E MP 虫1 0 41 2 6 5 6 1 9 1 9 8 x1 0 筋 嘶 2 3 8 9 3 5 2 7 2 0 3 x 1 0 厶 MP a f JMP a E MP a 混凝土 2 4 9 2 1 4 2 6 7 l 0 4 还未屈服； 其中一个试件未做裂缝修补为对比梁， 对其 余梁二次加载前将干缩裂缝及受力裂缝用低压低速灌 浆法进行灌浆处理。由于已浇筑混凝土表面的粗糙度 对新旧混凝土界面粘结强度有显著影响，为了使修补 界面获得较好的粘结性能， 将已浇筑混凝土表面凿毛 ， 露出碎石， 表面粗糙度约为2 3 m m， 再用清水冲净。然 后在界面涂水泥净浆作为界面剂，厚度在1 m m 左右 ， 再在梁底沿整个跨度补2 5 m m 厚( 单层) 的玄武岩纤维 水泥砂浆层 ， 玄武岩纤维水泥砂浆配合比见表2 。在梁 底整个跨度粘贴不同层数的玄武岩纤维布，为防止其 剥离破坏， 在梁端粘贴玄武岩纤维u 形箍； 然后将试验 梁重新二次加载至梁破坏， 并采集梁的裂缝、 开裂荷载 及挠度等试验数据。 玄武岩纤维布的粘贴。由于玄武岩纤维布与混凝 土的粘结质量直接影响到构件的修复效果，故混凝土 表面须打磨平整 、 清理干净； 以保证玄武岩纤维布与混 凝土良好粘结。 玄武岩纤维布现场裁剪， 分段粘贴时搭 接长度不应小于1 0 0 m m， 粘贴时用辊子滚压 ， 挤出气 泡。 如局部出现空鼓可用针筒注胶修补。 梁的修复处理方法： ( 1 ) 梁身裂缝的低压低速灌浆 处理； ( 2 ) 灌浆处理后的区域旧混凝土表面凿毛， 清洗 后涂1 m m 厚水泥净浆； ( 3 ) 水泥净浆界面上补2 5 m m 厚 玄武岩纤维水泥砂浆1 层( 4 ) 梁底粘贴玄武岩纤维布， 梁端粘贴玄武岩纤维U 形箍， 防止其剥离破坏。 3 加荷方案及量测 内容 加载方式采用两点加载 。加载点为距离支座5 0 0 m m处 ， 由分配钢梁来实现两点加载， 加载方案采取分 级加荷的方式， 在纵筋应变接近屈服应变时， 根据试验 情况适当增加荷载级别以确定屈服荷载。根据研究目 的， 试验过程中重点量测下列内容。 ( 1 )观察受弯裂缝出现及展开过程和结果， 量测 在使用荷载作用下的裂缝宽度及间距。 ( 2 )记录加载过程中纵筋及箍筋的受力变化情 况 浇筑混凝土前 在纵筋和箍筋的不同部位粘贴应变 片通过静态电阻应变仪记录各级荷载作用下钢筋的 应变数值。 ( 3 )在纯弯段内的梁顶面及梁底面分别贴2 片应 变片， 梁两侧分别粘贴3 片应变片， 通过静态电阻应变 仪记录各级荷载作用下混凝土及玄武岩纤维材料的应 变值。 ( 4 )在梁支座及跨中处设置百分表以量测跨中挠 度 由 y 函数记录仪绘出梁挠度曲线。 4 试验 结果及 分析 4 1 裂缝开展情况 在试验过程中所有试验梁均在纯弯段内出现明显 的受弯垂直裂缝。 经综合修复处理， 梁的裂缝相对于未 修复梁B I 一 1 出现较晚且发展缓慢。试验中对正常使用 阶段时各梁裂缝开展隋况做了观测， 经修复的试验梁， 裂缝数量多且分布较密， 宽度小， 其间距远小于未修复 的梁。试验梁的修复情况与主要试验结果见表3 。 4 2 截面沿梁高的平均应变 图1 为截面的应变沿梁高分布示意。 在试验过程中 表2 玄武岩纤维水泥砂浆配合比 水泥 硅粉 砂 分散剂 玄武岩纤维 消泡剂 高效减水剂 水 早强剂 1 1 3 1 4 04 O 6 O O 2 2 o4 8 06 表3 试验梁的修 复情况与主要试验结果 构件 梁屈服荷载 极限荷载 分组 补强修复情况 裂缝宽 裂缝间 编号 试验值 k N 提高 试验值 k N 提高 度 mm 距 mm B I 一1 未修复 2 2 0 3 2 0 0 6 4 9 0 I B I 一 2 贴1 层玄武岩纤维布， 1 0 c m 宽 3 O 3 6 4 3 3 4 0 - 3 3 l 6 7 B I 一 3 贴2 层玄武岩纤维布， 1 0 c m 宽 3 1 4 1 4 2 3 l 0 - 3 8 1 3 3 B I 一 4 贴4 层玄武岩纤维布， 1 0 c m 宽 4 3 9 5 5 8 8 l 0 2 2 7 6 1 6 2 建筑技术 第 4 3 卷第 2 期 发现 ，玄武岩纤维布与梁底混凝土均未出现粘结不足 现象，玄武岩纤维的实测应变与梁底截面的平均应变 基本相同。玄武岩纤维修复梁在其标距范围内的平均 应变符合平截面假定。 ； _ ) 【 x 】 一 2 O 0 o ( _ | 一2 O0 0 C ( b ) 图 1 截面 的应变沿梁高分布示意 ( a ) B l 一 3 分布示意； ( b ) B 1 分布示意 -0k N 一1 0k N +2 0k N * 一3 Ok N - _ 4 0k N 一 4 5k N +5 0k N 一 5 5 k N 一 6 0k N +6 2k N 4 3 挠 度 试验梁跨中挠度对比见图2 所示。 由该图试验数据 可发现 ： 在加载初期， 各试验梁的挠度相差不大； 当受 拉区混凝土开裂后， 尤其当纵筋屈服以后。 未修复梁的 挠度开始急剧增加，而经裂缝修补后的试验梁挠度增 长相对缓慢。 在相同荷载作用下 ， 被修复梁的挠度均小 于未修复梁的挠度， 且该差异随荷载的增加而增大。 破 坏时，梁B I 一 1 的挠度达4 4 m m，而修复梁的挠度在3 0 m m左右。由此可得出结论， 玄武岩纤维水泥砂浆及玄 武岩纤维布的使用可提高构件的抗弯刚度。 挠度 mm 图2 试验梁跨中挠度对比示意 4 4 受弯承载力及截面延性 图3 为试验梁受弯承载力对比图。 由表3 和图3 可看 出， 用玄武岩纤维布修复的梁 ， 其屈服荷载、 极限荷载 均有所增长， 其中极限荷载的增长更为显著。可见， 采 取补强修复措施后， 梁受弯承载力的增长幅度是随玄 武岩纤维布粘贴面积的增加而增大，但该增幅并不是 无限度的， 在试验中发现 ， 粘贴4 层玄武岩纤维布的梁 B I 一 4 已开始出现带有脆性特征的破坏。 工程设计时， 不 能用无限制的提高玄武岩纤维布粘贴层数的办法来提 高构件的承载力。B I 一 2 ， B I 一 3 ， B I 一 4 三根玄武岩纤维修 复梁破坏均始于受拉钢筋的屈服 ， 以上4 根梁最终都是 受压区混凝土达到极限压应变， 混凝土被压碎而破坏， 因此均为适筋梁破坏。 5 结语 图3 试验梁受弯承载力比较示意 口屈服荷载 极限荷载 ( 1 )玄武岩纤维布补强修复钢筋混凝土梁时， 截 面的平均应变仍然符合平截面假定。 ( 2 )玄武岩纤维布修复梁屈服荷载、极限荷载均 有提高。 玄武岩纤维布既对结构补强， 又对细密裂缝和 灌浆后裂缝进行封缝。 修复加固综合技术的采用， 使得 修复梁破坏时抗裂度得到了有效提高。 ( 3 )采用玄武岩纤维水泥砂浆并粘贴玄武岩纤维 布综合处理后的试验梁挠度小于未修复的梁，说明该 修复加固综合技术使构件的抗弯刚度增加。 ( 4 )使用玄武岩纤维来提高受弯构件承载力的补 强修复方法是有效的。 粘贴玄武岩纤维后， 梁的受弯承 载力提高较为显著。 ( 5 )玄武岩纤维布和玄武岩纤维水泥砂浆结合使 用不仅有效提高构件的抗裂性与耐久性，而且还可提 高受弯构件的抗弯承载力，同时对原混凝土结构起保 护作用， 达到综合修复效果， 也可降低施工成本。 参考文献 1 G B 5 0 3 6 7 2 0 0 6 ， 混凝土结构加固设计规范 s 2 李志强， 麻建锁， 李艳芳， 等 玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁抗剪 承载力试验研究 J 建筑技术 ， 2 0 1 0 ，4 1 ( 3 ) ： 2 4 8 2 5 0 E 3 3 麻建锁， 白润山， 蔡焕琴 玄武岩纤维加固修复木结构的研究与应 用 J 1 建 筑技术 ， 2 0 0 7 ， 3 8 ( 6 ) ： 4 2 6 4 2 7