建筑工程技术中高延性混凝土的应用

建筑工程技术中高延性混凝土的应用

王珏

中铁一局集团建筑安装工程有限公司，陕西省西安市， 710005，

摘要：高延性混凝土在抗形变、抗震、提高建筑结构承载力等方面具有明显优势，可以被应用于房屋、桥梁等混凝土结构的加固，在加固之后极大的提高了建筑物的强度、韧性与抗裂性，由于其中加入了纤维，可以极大地提高建筑物的耐火性。高延性混凝土的广泛应用可以极大地减少我国对于房屋、桥梁等混凝土结构的养护投入，提高结构强度。

关键词：建筑工程技术；高延性；混凝土；应用

1高延性混凝土的特点及施工方法

在高延性混凝土的研究中，研究人员发现高延性混凝土具有显著提高砌体墙的开裂荷载和开裂以后的后继承载力；显著提高砖墙及砖柱的竖向承载力及耐损伤能力；可以有效约束墙体，改善砌体墙的脆性特征，有效提高砖墙的变形性能等特点，在实际的应用中高延性混凝土被广泛地应用于砌体结构的静力加固及中高烈度的抗震加固。与传统的施工技术相比，高延性混凝土可以避免破坏原结构整体性，无需在墙上要钻孔打洞绑扎钢筋，从而避免对原结构的整体性破坏；而且对于单面加固的建筑，高延性纤维混凝土与砌体结构粘结强度高，试验表明单面加固砌体效果好于双面钢筋网水泥砂浆加固，对于外墙体部位进行单面加固时不会破坏原建筑风貌；高延性混凝土加固施工简单，工期短，构造措施简单，抹面一次完成，施工质量容易保证，施工工期比传统加固方法短。在高延性混凝土的施工中，可以将施工方法总结为以下4步。（1）基层处理，清理基层表面至平整、粗糙、清洁、无油污灰尘。（2）材料配制，在施工之前需要先取少量原料进行配比，测试出最佳配比方案，然后将水、粉料、特性纤维等按照比例充分搅拌。（3）施工，在原材料配比完成后，即可在潮湿的混凝土、砖等结构进行粉刷、涂抹，如果设计涂抹厚度较厚，可根据现场情况分层涂抹。（4）养护，施工完成后，表面干燥后，应进行喷雾养护或者覆盖草帘、麻袋等保持潮湿，确保混凝土的完美凝结。

2高延性混凝土的优势

2.1高延性混凝土在抗形变位置的应用

通过对钢筋混凝土建筑的受力分析，可以发现其受力变形部位主要集中在梁、节点核心区以及柱端塑性铰区。以塑性铰区为例，本次试验以5个高延性混凝土实验与1个传统钢筋混凝土实验为对照。其实验设置施工数据见表1。借助拟静力实验反力架装置对6组结构件进行实验，通过分级增加载荷的方式观察结构件的形变情况，每级增加10kN，每级循环一次至结构件出现屈服位移，在结构件屈服位移之后再依次增加受力，至结构件位移增量至4mm，每级位移重复3次，测量载荷数据变化，当载荷下降至最大载荷的85%时，视为结构件遭到破坏。对照组结构件在受到20kN载荷时开始出现裂缝，受到90kN载荷时，开始出现屈服位移，位移增量加载至13mm时，结构件保护层剥落，结构件遭到破坏。试验1组，在载荷至30kN时开始出现裂缝，位移增量达到16mm时遭到破坏，其他实验组在实验过程中都经历了裂缝、破坏的过程，其受力强度与位移距离均大于对照组。通过此次实验，可以发现高延性混凝土的抗变形能力明显强于传统的混凝土结构。

表1　高延性混凝土载荷实验参数设置

2.2高延性混凝土具有优秀的抗震性能

通过实验1组，发现高延性混凝土的抗形变能力极强，但对于其抗震性能需要进一步进行研究。为了更加实际地模拟房屋抗震的效果，试验采用了4个无筋砌体墙为实验组和2个构造柱约束体墙为对照组，其中2个试验墙体采用高延性混凝土面层加固，2个试验前提采用高延性混凝土条带加固，通过静力试验模拟墙体受力。其中墙体的设计参数高宽比为0.62，结构柱内纵筋46，箍筋为6@200mm。墙体砌筑采用统一的参数与标准，减少不确定因素对试验结果的影响。其中试验1组为无构造柱未加固，试验2组为无构造柱单面面层加固，试验3组为无构造柱双面条带加固，试验4组为无构造柱双面配筋条带加固，对照1组为带构造柱未加固，对照2组未带构造柱单面面层加固。进行静力载荷试验时可以参考实验1开展。其中试验1组加载至90kN时墙体出现裂缝，加载至110kN时墙体出现位移屈服，位移增量至8mm时载荷降至峰值的85%以下，墙体遭到破坏；试验2组加载至100kN时墙体出现裂缝,加载至-100kN时出现位移屈服，位移屈服增量至-4mm时墙体遭到破坏；试验3组加载至-100kN时墙体出现裂缝，加载至120kN时墙体出现位移屈服，位移增量至8mm时墙体遭到破坏；试验4组与试验2组受力出现裂缝与位移屈服的载荷相当，当位移增量达到14mm时墙体遭到破坏。对照1组载荷加载至70kN时墙体出现裂缝，加载至-110kN时墙体出现位移屈服，位移增量至14mm时荷载降至峰值的85%以下，墙体遭到破坏；对照2组与对照1组出现裂缝与位移屈服的载荷相当，位移增量至10mm时墙体结构遭到了破坏。通过对实验数据进一步分析可以发现高延性混凝土加固的墙体可以有效增强墙体的抗震性能，而且单面面层加固的抗震性能要好于条带加固的方式。

2.3高延性混凝土可以提高建筑的承载能力

目前我国普遍采用的钢筋混凝土结构加固方式有增大截面法、置换混凝土加固法、粘合复合纤维加固法等，这种方式在一定程度上可以改善建筑物的受力情况，但并没有解决混凝土易开裂的问题。在此背景下高延性混凝土受到了人们的关注。为了验证高延性混凝土对于建筑物承载能力的提高，采用5根长细比为5的混凝土短柱进行试验，在选取实验材料时选取尺寸为240mm×240mm×1200mm的混凝土短柱，其中纵筋采用12钢筋，箍筋采用8钢筋。采用高延性混凝土加固的配比为砂∶水泥∶粉煤灰∶水∶减水剂依次为0.72∶1∶1∶0.58∶0.03，并在其中掺入聚乙烯醇纤维2%，之后依次将实验组分别在液压伺服试验机上进行破坏实验。在实验中发现加固过后的混凝土柱在载荷峰值达到2400kN之后短柱遭到了破坏，对其破坏过程分析可知，造成其破坏的主要原因是裂缝的贯通导致混凝土约束力降低，进而导致混凝土受力遭到破坏。未加固的混凝土柱在载荷峰值达到2000kN左右时就遭到了破坏。试验数据对比如图1所示，其中纵轴为峰值载荷，横轴为试验分组。结合图1可以明显看出高延性混凝土加固过后的混凝土柱峰值载荷明显强于未加固的混凝土柱。

图1　加固混凝土与未加固混凝土载荷峰值

3结语

随着我国城市化的推进，建筑工程技术中高延性混凝土的应用受到了相关从业人员的广泛关注。在实际的应用中高延性混凝土的抗压、抗裂、抗弯曲性能得到了充分的验证，在相关的实验中高延性混凝土的拉伸性能是普通混凝土的50~200倍，极限拉伸应变可以达到普通混凝土的100倍。结合高延性混凝土的实际应用对其抗形变、抗震以及承载能力进行探讨。

参考文献

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[2]本刊编辑部.为超高延性混凝土在桥梁工程中的应用提供技术支撑[J].中国公路,2020,(11):21.

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[4]杨康.谈高延性混凝土加固砌体结构[J].山西建筑,2020,46(11):57-58.