植筋技术加固原理及施工质量的控制与发展

关键词： 植筋技术 加固原理 施工技术 质量控制 发展前景 中国论文 职称论文
摘要：介绍了植筋技术的加固原理，总结了其施工质量控制关键点，作为后锚固方式，植筋技术不可避免存在着不利因素，提出了几点建议以尽量避免不利因素的影响，最后提出了几个仍待解决的问题。
　　
　　1　背景
　　
　　在民用及工业建筑中，有很多时候需要进行结构构件、机器设备等的连接，而这些构件、设备的安装往往在主体结构施工时因为种种原因无法同时进行，因此，设计上多数情况是在设计、施工时考虑预埋板或钢筋。使用预埋的方法存在一些缺点：施工中容易使预埋件偏位，造成浪费，而且，进行预埋比较费工费时，在现在的很多情况下，往往工期很紧，无法进行预埋。另外实际工程中，由于建筑功能改变，承受荷载增加或者因质量事故等原因，使原结构构件，如梁、板、柱、墙等承载力不足，或因布局改变，要新增梁、板、柱和墙，要扩大断面新增钢筋等，需要在建筑本身建好以后再使用一些方法将新的结构、构件、设备连接到这些建筑主体或者建筑上来，在这些情况下，采用钻孔植筋技术能取得格外简捷的效果。
　　
　　2　植筋技术加固原理
　　
　　植筋技术是在需连接的旧混凝土构件上根据结构的受力特点，确定钢筋的数量、规格、位置，在旧构件上经过钻孔、清孔、注入植筋粘结剂，再插入所需钢筋，使钢筋与混凝土通过结构胶粘结在一起，然后浇注新混凝土，从而完成新旧钢筋混凝土的有效连接，达到共同作用、整体受力的目的。
　　由于在钢筋混凝土结构上植筋锚固已不必再进行大量的开凿挖洞，而只需在植筋部位钻孔后，利用化学锚固剂作为钢筋与混凝土的粘合剂就能保证钢筋与混凝土的良好粘接，从而减轻对原有结构构件的损伤，也减少了加固改造工程的工程量，又因植筋胶对钢筋的锚固力，使锚杆与基材有效地锚固在一起，产生的粘接强度与机械咬合力来承受受拉载荷，当植筋达到一定的锚固深度后，植入的钢筋就具有很强的抗拉力，从而保证了锚固强度。作为一种新型的加固技术，植筋技术不仅具有有方便、工作面小、工作效率高的特点，而且还具有适应性强、适用范围广、锚固结构的整体性能良好、价格低廉等优点。因此被广泛应用于建筑结构加固及混凝土的补强工程中。
　　
　　3　植筋技术施工质量关键控制点
　　
　　笔者从一些加固实例及有关文献中总结认为化学植筋的施工质量关键控制点主要有以下方面：
　　3．1定位
　　依照设计图纸的要求，对所需植筋的部位进行定位放线。在所需植筋点作出明显的标志，以便钻孔。定位时，要结合设计图纸及《混凝土结构设计规范》GB50010-2002的有关要求，尽量避免原结构中钢筋所处位置，以免钻孔时钻到原钢筋，影响植入钢筋的深度而减弱植筋的效果。
　　3．2钻孔
　　植筋定位要准确，钻孔时要避免钻断原结构钢筋，做到一次钻孔成功，检查构件混凝土强度，必须达到C20以上。按照设计要求确定钻孔的位置、孔径和深度，外侧孔壁与钢筋混凝土构件边缘间的宽度≥5mm以上，钻孔后的孔壁应完好，无裂缝和蜂窝等。其质量控制关键是钻孔直径和钻孔深度一定要按《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006的有关规定进行，不得按经验值估用。
　　3．3清孔
　　钻孔后应立即清理，用刷子擦扫孔壁灰粉并用压缩空气吹净钻孔内的灰粉，然后用干净物体临时封堵封孔口，以防尘土、砂粒等杂物落入。其质量控制关键钻孔后必须清扫干净，以增强与化学胶的粘结力。
　　3．4植筋表面处理
　　植入钢筋的规格、数量一般由设计单位进行计算确定。设计人员依据混凝土结构工程加固所需的承载力或弥补结构不足的实际情况，依据《混凝土结构设计规范》GB50010-2002的有关要求确定所需植入钢筋的规格、数量。另外，施工中需预埋、预插的钢筋错位或遗漏时，植入钢筋的规格、数量同原设计要求。
　　植筋应先通过物理试验，采用机械法或钢丝刷擦除植筋部分表面铁锈和氧化层，然后用丙酮(化学试剂)除去残留油污，经处理的钢筋应尽快植入孔内，避免二次污染。其质量控制关键是钢筋植入部分表面干净，以增加与化学胶的粘结力。
　　3．5化学粘合剂灌注
　　目前市场上供应的粘结剂种类、型号较多且性能各异，而粘结剂又是使植入钢筋与基体混凝土牢固锚固在一起体现植筋效果的关键材料。因此，在实际施工中，选择一种安全可靠，质量稳定，性能较好的粘结剂是确保工程质量的一项重要措施。大多数化学粘结剂均为双组分材料，用长嘴器具深入成孔底部，通过挤压器将化学粘合剂在孔内从里到外渐渐填孔并排出空气，注浆量为孔深的1/2～1/3。其质量控制关键是从孔底开始注浆，浆体不得有气泡存在。
　3．6钢筋植入
　　将处理好的植筋缓缓慢旋入孔内预定深度，其质量关键是植筋必须缓慢旋入。
　　3．7养护固化
　　已植入孔内的钢筋在常温下养护，直至使用的化学粘结剂固结的规定时间。其质量控制关键是保证固结时间，中间不得扰动。
　　植入钢筋后，钢筋与混凝土的连接应能满足规范及施工、使用的要求。除了要保证连接的强度、耐久性外，还应具有可焊接性，以及能满足一定的防火要求。
　　
　　4　植筋技术的缺陷及建议
　　
　　4．1钢筋与混凝土共同受力主要了决于它们之间的粘结能力。植筋为后锚固方式，锚固钢筋与握裹层混凝土问的状态同先锚固钢筋与握裹层混凝土间的状态相比具有以下不利因素：
　　4．1．1植筋时的钻孔对周围混凝土造成一定的损害；
　　4．1．2清孔不干净会使结构胶与混凝土之间的粘结力显著下降；
　　4．1．3植筋操作中注胶不饱满使实际锚固深度降低；
　　4．1．4温度、湿度、振动等条件对结构胶耐久性的不利影响；
　　4．1．5结构胶本身的质量稳定性的问题。
　　4．2在设计与施工中要尽量避免以上不利因素的影响，建议：
　　4．2．1根据现行《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006中所规定的钢筋锚固深度要求，结合结构胶的性能指标应尽可能的将植筋的锚固深度加固(尤其在后加牛腿、悬挑梁、板的情况下)不应片面按照厂家资料去做。
　　4．2．2建设单位应选择指定专业施工公司进行施工。
　　4．2．3施工现场应进行相当数量的植筋的检测试验。
　　4．2．4对特殊结构构件应采取其它措施配合并加大数量提高安全储备。
　　
　　5　发展前景
　　
　　在国外，植筋技术的应用范围非常广泛，但进入我国的时间却不长，20世纪90年代，国外公司(主要是喜利得和慧鱼)将这一技术引到中国，随后国内一些科研机构和公司也对此进行了研究，总的说来，这一技术是一种新型的钢筋混凝土结构加固改造技术，因此还有很多问题有待解决。
　　5．1更好地解决在带裂缝混凝土中工作的问题。对于使用粘接剂的后锚固技术，由于树脂胶本身的抗拉强度很高，裂缝发生在孔壁和硬化的胶体之间，这就导致与孔壁表面的粘结区域易发生失效，粘结力减弱。因为这一原因，钢筋或锚栓在开裂混凝土中承载力折减相当大。现在虽然已经有一些公司生产出某产品解决这一问题，但并非十分有效，仍需进一步的研究。
　　5．2锚固新材料的研究及应用。现在的锚固材料大部分是金属材料，另有少量的尼龙材料，但后者的承载力较低。在一些不能使用金属，又对承载力有要求的场合，后锚固技术便难有用武之地。因此，有必要开发出一些新型的高强而又有特殊性能如绝缘、防静电的锚固材料等。
　　5．3怎样更好地减轻施工难度和强度。目前在施工的时候，钻完孔普遍需要进行清孔，尤其是在使用粘接剂的时候，对清孔的质量要求较高，另外在有水的环境下，还需抽干水，因此施工的难度和强度较大。如何设法减轻施工难度和强度也是一个需要进一步研究的课题。