超高性能混凝土在某混合結構加固中的應用

蘭明生

（福州市建筑科學研究院有限公司，福建 福州 350000）

1 工程概況

福州雕刻總廠地塊改造提升項目-1 號樓位于福州市六一中路209 號， 約建于上世紀60年代，結構形式為混合結構，建筑面積約為1 181 m2，建筑層數為地上2 層。 承重墻的寬度為240 mm，采用實心黏土磚進行砌筑，A 軸和E 軸的柱子為磚柱，C 軸的柱子為混凝土柱，基礎采用柱下、墻下條形基礎， 設有地圈梁， 在磚墻頂部設置350 mm高的圈梁，樓蓋為預制鋼筋混凝土板，屋蓋為木屋蓋，屋面為瓦屋面。 總建筑高度為7.18 m，1 層層高為3.4 m，2 層層高為3.5～6.1 m， 室內外地坪高差為0.28 m。該建筑物的使用功能為商鋪，屬于A 類建筑，抗震設防烈度為7 度，場地類別為Ⅲ類，抗震設防類別為丙類,框架抗震等級為三級，地震分組為第三組。

2 承重墻加固方案確定

鑒于施工質量、施工工期、工程造價和耐久性等多方面因素綜合考慮，本工程承重墻加固方案選用超高性能混凝土(UHPC)面層加固法。外墻為單面加固，內墻為雙面加固，UHPC 的厚度為20 mm。

3 超高性能混凝土(UHPC)配合比設計

3.1 水泥

本工程水泥選用安徽海螺水泥股份有限公司生產的P·Ⅱ52.5 水泥，袋裝水泥，水泥無受潮結塊現象，水泥檢測結果如下：氧化鈣含量為63%，二氧化硅含量為21.92%， 細度為2.6%， 比表面積為335.1 m2/kg，燒失量為2.49%，密度為3.12 g/cm3，初凝和終凝時間分別為180 min 和247 min， 安定性合格，3 d 抗壓和抗折強度分別為32.7 MPa 和6.6 MPa。

3.2 礦物摻合料

本工程礦物摻合料選用鞏義市仁義耐火材料有限公司生產的白硅灰， 硅灰應選擇比表面積較大，從而保證UHPC 的流動性能滿足設計要求。 白硅灰檢測結果如下：二氧化硅含量為94.5%，氧化鈣含量為0.26%，含水率為2%，比表面積為11 998 m2/kg，燒失量2.4%，需水量比為115%，密度為2.1 g/cm3。

3.3 骨料

本工程骨料選用海城市誠信微細目石粉廠生產的石英砂，石英砂應潔凈和干燥。 石英砂檢測結果如下：三氧化二鐵含量為0.008%，二氧化硅含量為99.03%，燒失量為0.15%，密度為2.71 g/cm3，其中細砂目數為70～140 目， 粗砂目數為40～70 目，石英粉目數為400 目，耐火度為1 550 ℃。

3.4 纖維

本工程纖維選用東莞市合創塑膠有限公司生產的共聚甲醛纖維（POM），POM 纖維的檢測結果如下：伸長率為13%，抗拉強度為1 150 MPa，工作溫度為-45～95 ℃，耐堿性能為99%，密度為1.43 g/cm3，彈性模量為8.4 GPa。

3.5 外加劑

本工程外加劑選用廈門科之杰新材料有限公司生產的減水劑，減水劑的檢測結果如下：含氣量為2.1%，收縮率比115%，減水率為28.5%，泌水率比為51%。

3.6 超高性能混凝土配合比設計

根據規范GB/T31387—2015 和技術標準T/CECS 10107—2020 的相關規定， 對本工程超高性能混凝土進行配合比設計，為了滿足磚砌體抹面施工要求和加固效果， 要求制備出來的UHPC 的擴展度≥650 mm 和混凝土抗壓強度≥120 MPa。 經過數值模擬和試驗后確定超高性能混凝土配合比設計為水泥∶石英砂∶纖維∶白硅灰∶減水劑∶拌合水=1 400∶832∶27.8∶36∶27∶202， 各種原材料稱量后按照UHPC 制備方案進行攪拌，根據規范要求制作6 個抗壓強度試件，28 d 的UHPC 試件抗壓強度為128.3 MPa，滿足≥120 MPa 的設計要求。

4 超高性能混凝土(UHPC) 在混合結構加固中的應用

4.1 超高性能混凝土制備

嚴格按照UHPC 配合比設計對各種材料進行準確計量， 將白硅灰、P·Ⅱ52.5 水泥和石英砂等材料投入強制式混凝土攪拌機中進行攪拌，攪拌時間為2～3 min，使得骨料與膠凝材料混合均勻；接著往攪拌機中注入減水劑和拌合水，繼續攪拌5～7 min，使得拌合物成漿體，流動性接近目標值；最后均勻和緩慢地添加纖維到攪拌機中，使得纖維分散均勻地進入漿體中，纖維添加完成后應繼續攪拌2 min，制備完成的拌合物即為超高性能混凝土。 本工程制備所得的UHPC 的流動度實測值為208 mm，拌合物流動性滿足施工要求。

4.2 基層處理

采用專用設備將承重墻表面的粉刷層鏟除，將磚砌體表面的粉塵全部清理干凈，檢查磚砌體的整體性和質量，如果墻體存在裂縫，則應根據裂縫性質與寬度做出妥當處理，一般處理方法為壓力灌漿或者塞縫等。 如果磚塊間的勾縫存在松動現象，則應全部剔除， 灰縫應采用專業工具剔深約10 mm，殘灰采用鋼絲刷處理干凈；墻體存在損壞或者磚塊有松動跡象，則應采取局部修補或者局部拆砌的處理方法。 采用高壓水對磚墻進行沖洗，確保表面潔凈。 對于墻體上深度≤30 mm 的孔洞，采用1∶2 水泥砂漿進行填塞，表面與磚墻平齊。

4.3 超高性能混凝土施工

在磚墻上涂刷一道專用的界面劑， 該界面劑主要成分為水泥和膠水， 主要作用是增強基層與UHPC 層的黏結強度， 待界面劑干燥后即可開始UHPC層的施工。本工程UHPC 層厚度為20 mm，分2 遍壓抹，每層厚度為10 mm，UHPC 壓抹前應保證墻體濕潤而無明水， 第2 道UHPC 壓抹應在第1 道UHPC初凝前進行操作，一般間隔時間≤4 h。由于陰陽角如果設置施工縫， 后續容易在該處出現開裂現象，因此，該部位應一次性連續壓抹，一次成活。如果UHPC壓抹過程需要設置施工縫情況下， 那么接縫位置應留鋸齒狀毛茬，施工縫不得設置在陰陽角處。

4.4 養護

由于超高性能混凝土在凝固過程中會散發大量熱量，如果養護不及時，將導致混凝土因缺水而出現開裂現象，因此，待超高性能混凝土壓抹完成12 h 應及時進行澆水養護， 常用的養護工具為低壓水槍噴霧器，一天噴水養護3 次，使得超高性能混凝土一直處于濕潤狀態，養護時間≥7 d，確保超高性能混凝土的強度滿足設計要求。

5 結語

本工程采用超高性能混凝土對承重墻進行加固后， 外墻受壓承載力由加固前的213 kN/m 提高到951.4 kN/m，抗震承載力由由加固前的7.5 kN/m 提高到39.1 kN/m，內墻受壓承載力由加固前的193 kN/m 提高到1 985.4 kN/m， 抗震承載力由由加固前的6.2 kN/m提高到78.6 kN/m，承載力提高較為顯著。 承重墻加固完成后，墻體平整美觀，未發現開裂現象，UHPC 抗壓強度為126.5～131.4 MPa, 滿足≥120 MPa 設計要求。 實踐表明，超高性能混凝土面層加固法操作簡單，施工速度快，不僅省去布設鋼筋網和支設模板等復雜手續，還能顯著提高墻體受壓承載力，降低工程造價，值得在類似項目進行推廣。