化学胶植筋在工程结构补强加固中的应用

 
时间日期:2007-2-28        已被阅读次:[2789]
 
广东省六建集团有限企业 沈宜森

【摘 要】 本文主要先容了工程结构加固中化学胶植筋的施工方法及试验过程,植筋技术
      能对砼结构进行加固,延长使用寿命或改变使用用途。
【关键词】 化学植筋 施工方法 抗拔力试验 结构补强加固

  一、工程概述和特点
  江门市新会区烟草专卖局综合办公楼改建工程是我企业在江门新会区承建的一项旧楼改
造工程,将原来三层钢筋砼结构的工业厂房,一部分建成办公楼,一部分改建成仓库,总建
筑面积4600m2,其中紧贴正面部分扩建了三层半,使之和原ca88物结构相连,拆除了二层部
分梁板,改造成颇有气势的大堂。为了满足消防要求,还在原ca88物内增建了三跑楼梯,整
个ca88物的使用功能改变很大,以致结构受力情况也随之而改变,设计采用了结构补强的方
法来达到使用要求,其中运用了化学植筋技术,下面对化学植筋的技术施工以及试验过程作
个概况。
  二、化学胶植筋技术
  2.1 技术原理
  化学胶植筋即是在已有混凝土结构或构件上根据工程需用钢筋,通过钻取适当的孔径和
孔深,采用化学锚固剂使新增的拟用钢筋与混凝土粘结牢固,并使新增的钢筋能达到要求的
性能。作用在植筋上的拉力通过化学胶粘剂向混凝土传递。化学植筋工艺简单、锚固快捷、
安全可靠。因而广泛应用于结构加固、补强、新旧砼结构连接、补埋钢筋,后埋钢构件等方
面。
  2.2 主要工具和材料
  1)注射系统 由注射器,储罐及可重复装罐的套筒组成。
  2)树脂锚固剂 由特种聚合物树脂,高强填料,固化剂、促进剂及各种助剂复配而成
。它能在各种气候条件下,广泛的温度范围内甚至在潮湿基础内快速固化成高强度的固体,
并产生强大的粘结作用,从而把基体(混凝土、岩石等)——锚固剂固化物——金属杆件三
者牢固地结合成一整体。
  本工程采用的汇丽牌树脂锚固剂有三类。即散装型、玻璃管支装型及石材粘结剂型。散
装型锚固剂,又分普通型和快固型两种,由甲、乙两组分组成,能承受的拉拔力可达到钢材
的屈服极限(钢材缩劲、拉断)或砼基体碎裂。因此,散装型锚固剂被广泛用于各种设备基
础(如地脚螺栓等)锚固、钢轨绝缘锚固、矿井巷道顶、壁部位锚固支护、水底基础锚固、
岩石固定、堤坝裂缝修复加固等。其性能指标见表1。
2.4 植筋设计
化学胶植筋技术的钢筋直径、孔径与孔深的确定必须要考虑以下限度:
1)钢筋使用限度:钢筋被充分利用时的设计拉力Fy是由钢筋横截面积乘以钢筋标准
强度后,再除以安全系数得到的。
Fy=0.25πΦ2fyk/(rsrq)
式中,Φ——钢筋直径;fyk——钢筋标准强度(适用于fyk=550N/mm2);rs——钢材安全系
数(取1.15);rq——变化作用系数(取1.5)。
2)锚固剂粘合限度:
钢筋和锚固剂之间的表面粘合所承受的力Fb是随锚固长度线性增长的,但它只随钢筋
直径的平方根线性增长,即


式中,Fc——混凝土安全系数(取1.5);rc——变化作用系数(取1.5);Φ——钢筋直径
;L——钻孔深度。
3)基体(混凝土)的粘合限度
孔壁与锚固剂之间粘合界面所承受的力Fc是随孔深而线性增长的,但它随砼标准强度
与孔径的乘积的平方根线性增长,即


  式中,fck,cube——混凝土抗压强度标准;L——钻孔深度;D——孔径。
  植筋设计时应采用抗拉荷截三个限度的最小值。
  三、化学胶植筋施工技术要点:
  3.1施工工艺
  钻孔→清孔→填装锚固剂→钢筋定位→养护钢筋绑扎或焊接等。
  3.2主要施工方法
  1)化学植筋孔的施工:
  ①根据设计图纸,放线测量确定钻孔位置。
  ②将要钻孔的部位表面的混凝土保护层凿除,露出受力钢筋。
  ③根据钢筋直径确定钻孔深度,调整好电钻上的孔深标尺。
  ④用孔刷将刚钻的孔穴侧壁上的灰尘刷净。
  ⑤用高压气筒将孔内刷落的灰尘吹出。
  2)安装注射系统
  将装有锚固剂的储罐放入把手,混合器旋上箔罐后再放入MD2000分配器。
  3)注射锚固剂并插入钢筋
  ①自孔穴底部开始喷射锚固剂,填满约2/3孔深,要确保锚固剂填牢。锚固剂的用量V可
根据钢筋直径Φ、孔径D,孔深L三个参数计算得到,即V=L(D2-Φ2)/1000。
  ②插入钢筋,将钢筋对直扶正,待锚固剂在规定时间内进行养护后,方可进行绑扎或焊
接钢筋等工序,在锚固剂养护期内严禁碰撞钢筋。
  四、抗拔力试验分析:
  4.1植筋的荷载——滑移曲线及受力过程
   为证实Φ14、Φ16、Φ18、Φ20植筋是否满足设计要求,故进行了现场抗拔力试验

  其中以Φ16钢筋为例,植筋加载端曲型的荷载——滑移(P-S)曲线

  由图可知,曲线分为三个阶段,当荷载小于某一值时,加载端的滑移与荷载保持直线关
系,植粘结性能存在一个弹性极限,这个弹性极限荷载通常为0.7-0.8Pu,对应的滑移为1.
00~1.40mm。曲线斜率反映了植筋的粘结强度。
  继续加载,植筋的荷载滑移曲线进入非线性阶段,曲线弯向S轴。一定范围内随埋深的
增长,植筋的极限承载力有提高的趋势。但超过一定深度后,埋深对植筋的极限承载力的影
响已微乎其微,极限承载力是101.37kN。
  荷载达到Pu后,曲线进入残余段,曲线发展是无规律的。试验测得,滑移急剧增大,但
荷载的发展是不确定的。多数情况下,锚固剂与混凝土间化学粘结力破坏后,在植筋被拔出
过程中,破坏面间的机械的咬合力和磨擦力会充当粘结力,这种粘结力通常比化学粘结力小
,所以荷载力下降,滑移急剧增大,残余粘结力是0.756Pu。
  4.2粘结强度的计算
  粘结强度的计算公式如下:
   τ=Pu/DLa
式中,τ——锚固剂与混凝土之间的平均粘结强度;Pu——粘结破坏时荷载值;D——钻孔
直径;La——植筋的埋入深度。
  在设计植筋的承载力时经常使用平均粘结度,但这种模型没有考虑混凝土,锚固剂和钢
筋之间的变形协调,且计算所得的平均粘结强度随埋深增大而降低。当取用平均粘结应力估
算埋深较大的植筋承载力时,安全系数较低,但该方法易于掌握运用。
  五、施工中应注意事项:
  1)钻孔前先将原混凝土表面钢筋保护层凿除,露出原受力钢筋,以免钻孔时将受力钢
筋损伤。
  2)在受力要求较严格或受力钢筋位置不明确时,只能采用电钻禁止使用水钻,以防止
切断原有受力钢筋,必要时要用钢筋定位仪确定原铜筋位置。
  3)为确保锚固剂与砼的粘结,需清除孔内的积水异物等。可先用压缩空气清孔以除粉
粒,然后再用脱脂棉蘸丙酮擦洗钻孔壁,对钻孔进行清理。
  4)竖向孔要马上用木塞等将孔堵上或铁皮遮盖作临时封闭,以防异物掉入孔内。
  5)应采用无锈的钢筋植入孔内并旋转钢筋。对于钢筋表面有少量锈蚀,必须先用砂纸
打磨除锈,至露出金属光泽为止,钢筋的锚固部分用丙酮清洗干净。
  6)视孔内干燥程度用自然风干或加热烘干,以保证孔壁干燥。保护植筋不被水浸泡,
可确保植筋质量。
  7)锚固剂要密实足量(或大于孔深的2/3,或大于计算用量)以确保粘结强度。
  8)树脂锚固剂为危险品,勿近明火,存放于25℃以下阴凉干燥通风处。
  六、结束语:
  本工程总共植了钢筋2476条,其中Φ14钢筋284条,Φ16钢筋1420条,Φ18钢筋532条,
Φ20钢筋240条(梁筋1704条,柱筋772条),通过利用化学植筋这一项新技术,施工工期缩
短了36天,而且为甲方节省了投资成本,实践证明化学植筋在工程结构补强加固中经济快捷
、安全可靠、竖而耐用,是有良好的推广价值。并提出了施工中应注意的事项,如不严格按
操作要领进行施工,可能会形成安全隐患,造成工程质量事故。
参考文献
  [1]Walter H.Model For pull-out Strength of Anchors in Concrete Structural E
ngineering, 1983,109(5)
     
 
 
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