高延性混凝土在既有建筑加固中的应用

一、引言

随着城市化进程的深入，既有建筑的安全性与耐久性面临严峻考验，结构加固需求日益迫切。传统加固材料如钢筋、普通混凝土，存在自重较大、施工复杂、延性不足等局限。高延性混凝土以其卓越的变形能力、裂缝控制性能及与原结构良好的兼容性，不仅能有效提升结构的抗震性能与承载能力，还能简化施工流程、缩短工期。

1 高延性混凝土的材料特性

高延性混凝土(HighDuctileConcrete)是以水泥作胶凝材料，加入粉煤灰、硅灰等掺合料和钢纤维或聚乙烯醇纤维(PVA)，通过搅拌形成的复合材料。其最重要的特点是： ① 高延性。区别于普通混凝土的脆性断裂，HDC 在拉伸应力达到初始开裂强度后，仍能继续承载更高应力或维持高应力水平，同时产生显著的塑性变形（极限拉伸应变可达 3%-8% ，远高于普通混凝土的 0.01%-0.02% ），表现出优异的应变硬化特性； ② 高抗裂性。内部随机分布的纤维能有效抑制裂缝扩展，形成宽度小于 0.1mm 且分布细密均匀的微裂缝网络。这使得结构在承受巨大变形时仍能维持整体性与承载能力； ③ 界面粘结性好。与原混凝土基层的粘结强度大于 2.5MPa ，显著优于普通修补砂浆，确保加固层可与原结构协同受力。 ④ 高耐久性。具备高抗渗性（等级 ），高抗冻性（等级 > F200），适用于湿差较大的地区以及冻融环境。⑤ 良好的力学匹配性。抗压强度范围宽（C30-C60），可满足不同的加固要求，且弹性模量与普通混凝土相近，可减小新旧材料间的刚度差异，降低界面应力集中。

2 既有建筑加固中的应用场景

2.1 框架结构梁柱加固

针对框架结构存在承载力或延性不足时，可采用高延性混凝土外包加固。对于梁构建，通过在受拉区或全截面外包 10mm-40mm 厚 HDC 层，可提高梁的受弯承载力和延性。例如，某办公楼框架梁由于设备荷载增加导致配筋不足，采用 30mm 厚 HDC 外包加固后，受弯承载力提高 30% ，极限挠度增大 40% ，有效改善梁的受力状态。对于地震高烈度区，利用高延性混凝土包裹加固柱构件，可以提高柱的延性和抗剪能力，某教学楼框架柱加固后位移延性系数从1.5 提升至3.0，在模拟地震作用下无脆性破坏，满足抗震设防要求。

2.2 墙体加固

既有砌体结构或混凝土墙体因开裂、承载力不足需加固时，可采用高延性混凝土面层加固。针对抗压墙，在墙体双面铺设 15mm 厚高延性混凝土层，或单侧铺设 20mm 厚高延性混凝土层；针对剪力墙，在墙体双面铺设 10mm 厚高延性混凝土层，或单侧铺设 15mm 厚高延性混凝土层。当墙体边缘构件抗震性能不达标时，可采用高延性混凝土局部加厚边缘构件，提高其延性和耗能能力。

2.3 楼板加固

当既有建筑楼板因超载、开裂或挠度超标需加固时，可在板底浇筑 20～ 40mm 厚高延性混凝土（HDC）增强层。该技术通过 HDC 的超高抗裂性能抑制既有裂缝发展，并凭借其与原混凝土界面粘结强度（ ）实现新旧材料协同工作，从而显著提升楼板抗弯刚度与承载能力。

3 施工工艺要点

3.1 基层处理

基层处理是确保高延性混凝土与既有结构有效粘结的关键。施工前需清除原结构表面的浮灰、油污、松动砂浆等，用高压水枪冲洗干净。对于存在裂缝的基层，宽度 ≤0.2mm 的裂缝可直接涂刷界面剂；宽度 >0.2mm 的裂缝需用环氧树脂灌浆处理。基层表面应凿毛处理，采用机械凿毛或人工凿除，使表面露出新鲜混凝土或砖石骨料，粗糙度达到 2-3mm 。处理完成后，涂刷专用界面剂（如水泥基渗透结晶型界面剂），涂刷厚度 1-2mm ，确保均匀覆盖，待界面剂初凝后（约2-4h）再进行高延性混凝土浇筑。

3.2 材料制备与浇筑

高延性混凝土需采用强制式搅拌机搅拌，按照配合比准确计量水泥、矿物掺合料、骨料、纤维和水。搅拌顺序为：先将水泥、骨料干拌 2min ，再加入水和外加剂搅拌 3min ，最后加入纤维搅拌 5min ，确保纤维分散均匀，无结团现象。浇筑前需检查高延性混凝土的工作性，坍落度控制在200-250mm ，扩展度 ÷500mm 。采用人工浇筑或泵送浇筑，对于梁、柱等构件，需分层浇筑，每层厚度 ≤300mm ，用插入式振捣棒振捣（振捣时间10-15s），避免过振导致纤维分布不均。楼板、墙体等平面构件可采用平板振捣器振捣，表面用抹子抹平，确保平整度偏差≤5mm。

3.3 养护与成型

高延性混凝土浇筑完成后，需在 12h 内覆盖塑料薄膜保湿养护，养护时间不少于 14d。夏季高温时，可在薄膜上覆盖麻袋洒水降温，避免表面失水过快产生裂缝；冬季施工时，需采取保温措施，环境温度不得低于 5°C ，必要时采用蒸汽养护（温度 ≤60^∘C ）。养护期间严禁在加固层上堆放重物或进行后续施工，待混凝土强度达到设计强度的 75% 以上（约 7d），方可拆除模板或进行下道工序。

4 工程应用案例

在滇西地震高烈度区，针对砖砌农房整体性差、抗震能力不足的问题，采用双面喷射20 毫米厚高延性混凝土面层（掺 2%PVA 纤维）进行加固。该方案替代了传统60 毫米厚钢筋网砂浆加固层，使造价降低 40% ，工期缩短 50% 。经实验室模拟 7 级地震试验，加固后墙体裂缝宽度均小于 0.1 毫米。实际工程中，800 余户农房采用此技术加固后，成功经受多次 5 级以上地震考验，无结构性损坏。

某1920 年代砖混结构历史保护建筑出现承重墙斜裂缝（最大宽度3 毫米），承载力下降 30‰ 。为保留原有装饰石膏线，创新采用单侧浇筑 30 毫米厚高延性混凝土加固层（掺钢纤维与纳米二氧化硅）。修复后墙体渗透率降低 90% ，抗剪强度提升 220% ，在零破坏原建筑风貌的前提下通过文物部门验收，成为历史建筑可逆性修复的典范。

某2000 年6 层框架结构办公楼，因功能改造增加荷载，原框架梁承载力不足，采用高延混凝土外包加固，梁底及两侧包裹 50mm 厚高延混凝土（设计强度 C40，极限拉伸应变 3.5% ），内置 Φ8@200 钢筋网片与原梁钢筋连接。施工过程中严格控制施工过程中的基层凿毛深度（约 2.5mm ），界面剂涂刷质量，混凝土坍落度（ 220mm ）等技术指标，养护 14d 后测得混凝土抗压强度达到 42MPa,粘结强度为 2.8MPa 。且检测荷载试验后，加固后梁的最大挠度由 18mm 减小到 11mm ,且无新增裂纹产生，可正常使用。与传统的增大截面加固法相比，缩短工期约 30% ，节省造价约 20% ，具有较好的经济性。

5 结语

高延性混凝土的高延展性、高抗裂性以及良好的粘结性都决定了其在既有建筑加固中有很大的应用前景。实践中，需通过合理选择应用场景与使用方法、严格把控施工质量，来保障既有建筑的结构性能并延长其使用寿命；同时，还应结合结构类型、加固需求及环境条件，开展实际工程的方案设计与施工设计，充分发挥高延性混凝土的性能优势，以此推动既有建筑加固技术的创新与发展。

参考文献：

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