高强无收缩灌浆料在结构加固补强技术中的研究与应用 一级专业 - 结构工程师考试辅导
1 前言
上世纪xx年代初，为了满足进口设备安装的需要，我国开始了灌浆料的研制工作，并于19xx年研制成功。灌浆料的首次应用是上海宝山钢铁总厂二期工程2050热轧厂主轧线主体设备安装上。经过几十年的研究实践，我国灌浆料的技术性能逐步提高，其各项技术性能已达到国际水平。
而灌浆料的使用范围，已逐渐从早期单一的冶金建设全面拓展到民用、市政、电力等各行业，从传统的用于机械设备安装的二次灌浆发展到用于混凝土结构的加固补强技术，并获得了良好的效果。经过多项工程实践证实，用高强无收缩灌浆料进行结构加固补强，具有易于施工、工期快和加固修补效果好的特点。
本文以上海宝冶工程技术公司所生产的BY系列高强无收缩灌浆料为例，结合其在具体加固补强项目中的实际运用予以论述。
2 高强无收缩灌浆料在加固补强中的技术性能
2.1流动度
为了满足灌浆施工自行流动的要求，灌浆料的流动度必须大于260mm.如果没有必要的流动性能，狭小的空间是灌不进去的，达不到饱满填充的效果。即使其它性能再高，对灌浆工程也没有意义。所以，灌浆料的流动度是评价灌浆料质量优劣的首要条件。灌浆料的流动度随加水率（用水量/干料重量）的增大而增大。但是，加水率过大会出现泌水现象和降低抗压强度。灌浆料加水率的可调节范围应在1％以内。灌浆料的流动度随停放时间的增加而减小。
2.2膨胀率
膨胀率是灌浆料的第二个主要技术指标。为了使灌浆料硬化后，能够获得饱满填充效果，灌浆料必须具有适宜的膨胀性能。
2.3抗压强度
在结构加固修补中，一般都希望有较高的早期强度，以便尽早投入使用。灌浆料的1d抗压强度最低应大于22MPa.目前，国内常用灌浆料的抗压强度指标一般为R1≥22MPa，R3≥40MPa，R28≥60MPa.
2.4钢筋粘结强度
无论是结构加固补强工程还是设备基础灌浆，要保证灌浆料与钢筋具有足够的粘结强度，才能达到一体化目的。灌浆料与光面钢筋的粘结强度一般应大于或等于6MPa，与螺纹钢筋的粘结强度一般应大于或等于13MPa.
2.5凝结时间
凝结时间是影响施工进度的重要指标。对于加固修补工程，往往希望强度上得越快越好，即希望终凝时间尽可能的短。但是初凝时间不易过短，过短时易造成拌合物流动性降低而影响施工操作和灌注质量。灌浆料的初凝时间一般应为2-4h左右，终凝时间一般应为6h左右。
3、高强无收缩灌浆料在锚固植筋方面的应用
3.1 灌浆料与环氧树脂胶在技术性能上的比较
在实际工程中经常遇到钢筋如何生根的问题。如有的建筑物由于其用途的改变，需要增加梁、柱、墙；有的建筑物为墙面挂石板，需要埋设龙骨；有的旧建筑物加固需要在墙面铺设钢筋网。
以前解决钢筋生根问题是使用环氧树脂胶。虽然环氧树脂胶用于植筋已有很长的历史了，但它还是存在许多缺点。BY系列灌浆料在植筋施工时对基层处理的要求较环氧树脂宽松，施工及使用温度较环氧树脂范围广泛，钢筋粘结力及其他性能与环氧树脂一致，施工性能和环境指标远远好于环氧树脂。特别要指出的是在植筋后钢筋的焊接连接方面，由于BY系列灌浆料为无机材料，从其耐热性考虑比环氧树脂有极大的优势。另外，BY系列灌浆料在价格方面比环氧树脂便宜许多，锚固效果良好。
3.2 锚固植筋注意事项
3.2.1对植筋孔的要求
根据原冶金工业部发布的《水泥基灌浆材料施工技术规程》（YB/T9261-98）的要求，使用BY系列灌浆料植筋时，钻孔的深度及直径应符合表2、表3的要求，钻孔后应清除孔中杂物，用清水湿润孔洞，植筋前除去孔洞中明水，但应保证孔壁的湿润。
3.2.2对钢筋的要求
使用BY系列灌浆料植筋时，推荐使用Ⅱ级以上的钢筋，使用Ⅰ级钢筋时，钢筋形状应为L或倒T形。
3.2.3对BY系列灌浆料拌和稠度的要求
对于垂直植筋在拌和BY系列灌浆料时，可按合格证上的推荐用水量直接加入，拌和后即可使用；对于水平植筋和倒垂直植筋，在拌和BY系列灌浆料时应减少0.5～1.0%拌和用水。
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4高强无收缩灌浆料在结构加固补强中的应用
4.1 灌浆料与常用结构胶的性能比较
许多建筑物由于其功能的改变，在建筑物内需要增加梁、板、柱或对其进行加固（如图2），或由于施工质量缺陷需要修补，使用混凝土可能在质量上和工期上均难以满足该要求。而BY-40灌浆料完全可达到1天20MPa，3天为40MPa，可满足抢时间的要求。工程加固的目的就是要通过加固施工达到修复、补强、提高承载力、增强使用功能、满足使用要求，
结构加固常用的“粘钢补强”用的结构胶粘剂目前已广泛应用于混凝土结构构件连接和加固补强等方面，但它作为有机化学粘结剂，存在耐老化和耐高温性能较差、材料毒性大、材料成本较高等缺点，使其应用受到一定限制。
如耐高温问题，一般的结构胶，只能在低于120℃的环境中使用 ，加之所粘的钢板导热性好，所以热量极易传给粘接剂部分造成碳化；又如耐老化问题，一般的结构胶均为有机材料或高分子材料，这类材料的老化问题目前是无法解决的，所以加固的结构若干年后就需要进行再次加固。
而使用BY-40灌浆料进行结构的加固，则避免了上述问题的发生。实践证明，BY-40灌浆料具有良好的耐热性、较高的强度、较好的耐久性且不易老化。所以加固后的结构整体性好，使用正常且加固所需时间短，便于施工，在宝钢化工有限公司的实践中，得到了建设单位、施工单位的好评。
4.2灌浆施工注意事项
为了使灌浆料的技术性能得以充分发挥，保证梁、板、柱结构加固修补工程的质量，在灌浆施工中尤其应注意以下几点问题：
4.2.1基层处理要细致，确保结合面干净拉毛。
原建筑物梁、板、柱混凝土基层要去掉疏松部分，去掉老混凝土表面面层至露出混凝土新碴，用水将表面冲洗干净后，采用界面处理剂进行拉毛处理。考虑到钢筋保护层和BY系列灌浆料骨料的颗粒径，使用BY系列灌浆料加固梁、板、柱时，其厚度应不小于50mm。施工前应进一步用水将梁、板、柱湿润，BY系列灌浆料应采用机器搅拌，加水量应严格按合格证的推荐用水量。
4.2.2支模严格，确保坚固稳定、不漏浆。
20xx年12月，上海市某重大工程建设中，F区2层、3层和地下1层有三根混凝土柱由于振捣不好，强度未达到设计要求，需要进行加固补强。在与施工、设计、监理等单位认真协商后，我们提出了用灌浆料进行外包加固的
施工方案。该混凝土柱净高4.5m，要求加固补强之后不改变柱宽等几何尺寸。考虑到上述原因，每根柱分三段进行灌注，每段高度为1.2～1.5m，这样既可避免一次灌注时灌浆料对模板的侧压力过大而造成跑模，又便于施工。由于灌浆料中骨料最大粒径为5mm左右，为了保证灌注流畅，要求每根混凝土柱剔凿进2～2.5cm，并且接茬部位老混凝土表面均匀凿毛，露出新鲜表面，以增加粘结强度。经过补强，该混凝土柱的承载能力达到了设计要求，同时也满足了使用需要。
20xx年5月，某钢铁公司一深梁出现整跨梁露筋、梁底没有保护层、柱头处混凝土有漏振等现象。由于梁底钢筋排列紧密，间隙小，如果用喷射混凝土修补，混凝土回弹量过大，间隙小处，混凝土仍然进不去，而且修补之后的混凝土强度达不到原混凝土设计C50的要求。若采用聚合物混凝土修补，也受到施工条件的限制，不易保证与老混凝土密切结合。因此最佳修补方案仍然是采用BY-40灌浆料灌注修补。由于梁底与侧面有许多纵向与横向的插筋伸出，修补的一大难点是支设模板。
采用BY-40灌浆料加固修补时，由于其高流动度的特点，对模板支设要求比混凝土要严格得多，模板安装应当坚固稳定、不漏浆。本次修补工程中采用模板与混凝土表面的接缝，用BY-40灌浆料拌制成干稠水泥浆，用手指抹成断面45°角的封缝灰浆条，以做到严密不漏浆。抹缝在灌浆前24h进行完。模板与模板之间的接缝用塑料基粘胶带贴封。粘胶带贴在模板内侧效果最好。模板内侧不能贴时，可贴在接缝外侧。粘胶带均要贴平压实。贴粘胶带前将贴粘胶带处的浮灰清除干净。
封缝后要检查封堵情况。检查方法是用手电筒从外向模板内侧照射。如果模板内有手电筒光线，表明此处没封堵严密，需要重新封堵。也可用灌水方法检查，漏水处则需重新封堵。模板支设严密是灌浆料灌注充分以及和老混凝土密切结合的保证。由于认真采取了上述措施，这次修补结果，灌浆料与老混凝土充分结合，达到了一体化的效果。
4.2.3科学设置灌浆孔与排气孔，确保气体排出
20xx年10月，某工程地下一层混凝土柱由于漏振等原因，部分墙面、墙脚、柱根及柱腰等部位出现孔洞缺陷。由于缺陷大小不一，有的又相互连接，因而支设模板中合理布置灌浆孔与排气孔是灌注成功的关键。灌浆孔与排水孔应位于模板的最高处，比缺陷的最高位置高5～10cm，并且相对布置。这样灌浆料从一侧灌入，气体被赶至另一侧排出，灌浆料与老混凝土密切结合，避免窝住空气，造成新的孔洞缺陷。这次修补过程中，对每一处缺陷的模板支设，灌浆孔和排气孔的留置都进行了仔细地分析。修补之后，经过对修补界面处取芯和超声评定证实，新老混凝土结合非常紧密，没有出现新的孔洞缺陷。
4.3结构加固补强中的应用实例
20xx年6月，建于19xx年的上海某钢铁公司钢管厂环形炉120m烟囱需进行加固。根据设计要求，新增钢筒壁和原有混凝土筒壁之间缝隙须用填充材料灌注密实。在经过前期钻芯取样并进行抗压强度、碳化深度、矿物成分分析等实验后，上海宝冶工程技术公司决定用BY-40灌浆料进行加固。
加固前，首先对烟囱原有混凝土筒壁表面的基层需进行严格处理。在剔除筒壁表面浮浆、污物、空鼓砂浆层，对裸露钢筋进行除锈、阻锈的基础上，对局部缺陷、裂缝处也用修补砂浆进行封闭处理。设计要求填充的灌浆料可以达到C30的强度，并具有早强，高流动性，无收缩，水灰比不大于0.35，且一昼夜强度不低于20MPa。
在加固过程中，施工单位克服了搅拌及吊装时间长，高空作业难度及危险系数高等困难，在工期高度紧张的情况下，通过300t吊车的提升配合，将BY-40灌浆料提升到高于灌浆处高度，借助软管利用重力进行灌浆。同时BY-40灌浆料也以其良好的和易性，也保证了灌浆均匀、无离析。实践证明，BY-40灌浆料除了满足设计要求的具有大流动度、无收缩、早强及高强的性能外，还兼备质量可靠、降低成本、缩短工期和方便施工的特点，起到了良好的加固效果。
5结论
经过多年的快速发展，高强无收缩灌浆料除了在传统的设备基础二次灌浆上应用外，已经在结构加固补强方面显现出卓越的性能。由于其较传统产品更能耐高温、耐老化，且材料无毒性，成本低廉，同时具有易于施工、工期快和加固修补效果好的特点，越来越受到广大施工技术人员的肯定。
在施工过程中，做好基层处理确保结合面干净拉毛，支模严格确保坚固稳定不漏浆，同时科学设置灌浆孔与排气孔确保气体排出，并保证灌浆料膨胀率及强度增长所需的温度条件等，就能起到优良的结构加固补强效果。相信在今后的实际工程中，高强无收缩灌浆料将有更广阔的应用前景。
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