王玉冰

（太原王孝雄建筑設(shè)計(jì)院（有限公司），山西 太原 030024）

0 前言

植筋技術(shù)是建筑施工中的一種連接技術(shù)，它是利用錨固膠將鋼筋和基底連接在一起時(shí)的結(jié)構(gòu)黏結(jié)力。它需要在混凝土或墻壁的巖石上鉆孔，并插入高強(qiáng)度錨固黏合劑，然后插入鋼筋或型材。植筋技術(shù)隨著建筑結(jié)構(gòu)膠的發(fā)展而發(fā)展，但其發(fā)展過(guò)程中仍然存在一些問(wèn)題，值得我們研究思考。

1 混凝土結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)的概況

1.1 混凝土結(jié)構(gòu)植筋的力學(xué)性能

混凝土結(jié)構(gòu)中植入的鋼筋作為整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力部分，必須保證鋼筋的質(zhì)量符合使用標(biāo)準(zhǔn)，有良好承壓能力，力學(xué)性能良好?？雇饬妒菧y(cè)試力學(xué)性能是否符合要求的重要標(biāo)準(zhǔn)，是植入鋼筋的重要測(cè)試部分，是否具有良好的抗外力拉扯能力是植筋技術(shù)是否發(fā)揮其應(yīng)有效果的前提條件，只有當(dāng)拉力達(dá)到所要求的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量才符合要求，影響混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素有很多，植入鋼筋的質(zhì)量，植入鋼筋的長(zhǎng)度，混凝土本身的材料、混凝土的保存、植入鋼筋的技術(shù)手法以及黏合膠的配比是否符合要求都會(huì)影響到混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。為了保障混凝土結(jié)構(gòu)植入鋼筋的性能穩(wěn)定，要對(duì)鋼筋進(jìn)行一系列的測(cè)試，根據(jù)鋼筋的極限外力拉扯能力以及混凝土平面的極限黏合度實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，鋼筋的極限外力拉扯能力和混凝土平面的極限黏合度隨著混凝土質(zhì)量強(qiáng)度的增加而增加，且增加的幅度很大。但是，隨著埋深深度的加深，鋼筋的極限外力拉扯能力和混凝土平面的極限黏合度增加的幅度越來(lái)越小，如果埋深深度相同的話，鋼筋的極限外力拉扯能力和混凝土平面的極限黏合度隨著植入鋼筋的直徑的增大而增強(qiáng)。當(dāng)混凝土的質(zhì)量不變時(shí)，植入鋼筋的直徑越大，鋼筋的極限外力拉扯能力越大。隨著埋深深度的不斷增加，植入鋼筋的各個(gè)節(jié)點(diǎn)受到混凝土的黏合力是不同的，呈不均勻分布，但整體上來(lái)說(shuō)，隨著鋼筋植入深度的增加，鋼筋收到的混凝土的黏合度呈減小趨勢(shì)。一般來(lái)說(shuō)，在選擇混凝土以及鋼筋時(shí)，嚴(yán)格按照方案要求選取，且操作沒(méi)有異常的情況下，深入如果達(dá)到了15d，植入的鋼筋不會(huì)出現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象。

1.2 混凝土結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)存在的問(wèn)題

雖然制造商提供的最小錨固長(zhǎng)度可以滿足工程要求，有些選擇鋼筋斷裂時(shí)的抗拉強(qiáng)度作為錨固長(zhǎng)度，但這是相當(dāng)不合理的。鋼筋和混凝土之間的結(jié)合強(qiáng)度可以共同發(fā)揮作用。植筋是一種后裝式錨固技術(shù)，與傳統(tǒng)錨固狀態(tài)相比，植筋與混凝土之間的夾持力在以下一些方面存在不足，植筋時(shí)對(duì)鉆孔周圍的混凝土造成傷害、如果孔不完全傾斜，邊界強(qiáng)度會(huì)顯著下降、如果插入的黏合劑不夠，實(shí)際長(zhǎng)度會(huì)減小、溫度、濕度和振動(dòng)會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生不良影響以及結(jié)構(gòu)膠本身可能存在質(zhì)量問(wèn)題?；炷两Y(jié)構(gòu)構(gòu)件中鋼筋的氯化物腐蝕是一個(gè)世界性的大問(wèn)題。氯化物通常通過(guò)除冰鹽或海水引入混凝土，這導(dǎo)致鈍化和點(diǎn)蝕的局部破壞。鋼筋混凝土柱不夠堅(jiān)固，這可歸因于以下原因：由于在循環(huán)荷載下薄保護(hù)層混凝土的側(cè)向約束不足，鋼筋容易發(fā)生屈曲；轉(zhuǎn)角出現(xiàn)大的塑性應(yīng)變，導(dǎo)致其斷裂；由于拱效應(yīng)，方形截面鋼筋籠的有效約束僅施加在角部附近，其中約束效率小于圓形約束。

1.3 混凝土結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)結(jié)構(gòu)膠

結(jié)構(gòu)膠是植筋技術(shù)中一定會(huì)使用到的黏合部分的重要材料，是不可替代不可省略的，而黏合過(guò)程是否能夠順利進(jìn)行直接影響到植筋技術(shù)能否成功，進(jìn)而影響到混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)膠的質(zhì)量是否符合要求與混凝土結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)能否順利進(jìn)行相關(guān)聯(lián)。結(jié)構(gòu)膠是樹脂和無(wú)機(jī)物混合制成的混合物，數(shù)脂的作用在于提高結(jié)構(gòu)膠的黏性以及黏合速度，無(wú)機(jī)質(zhì)則能提高結(jié)構(gòu)膠的堅(jiān)韌性以及黏度。在國(guó)外，植筋技術(shù)從1960—1970 年起就廣泛應(yīng)用于隧道和礦山的建設(shè)，到了1980 年，應(yīng)用就更加廣泛了，逐漸發(fā)展為建筑行業(yè)必不可缺的一項(xiàng)重要技術(shù)。在之后的一段時(shí)間里，研究人員還針對(duì)植筋技術(shù)進(jìn)行了一系列各種各樣的研究實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，混凝土植筋的抗外力拉扯能力、抗壓能力以及其他力學(xué)性能都有了大幅的提升，植筋技術(shù)確實(shí)能夠增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這些結(jié)果更加重了混凝土結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)在建筑行業(yè)地位，為混凝土結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)提供了理論基石，極大程度上促進(jìn)了植筋技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展速度。在我國(guó)，植筋技術(shù)是在1980 年開(kāi)始興起的，短短幾十年，植筋技術(shù)在我國(guó)做出了突出貢獻(xiàn)，應(yīng)用十分廣泛，結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用也引起了一部分研發(fā)人員的注意，植筋技術(shù)的順利開(kāi)展離不開(kāi)結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)膠是連接混凝土各個(gè)結(jié)構(gòu)的必須材料。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)膠已經(jīng)可以滿足絕大多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)的需要，但是，為了提高植筋技術(shù)的使用效果，使鋼筋更好地發(fā)揮出其使用價(jià)值，有部分研發(fā)人員致力于研發(fā)效果更好、性能更加多樣的結(jié)構(gòu)膠，如耐高溫、耐低溫、時(shí)間消耗小的結(jié)構(gòu)膠。

2 混凝土結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)的前景

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)的現(xiàn)狀

混凝土結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)在近二三十年間廣泛使用，幾乎所有的新興建筑等都應(yīng)用了混凝土結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)，但是對(duì)于一些老舊建筑由于建成時(shí)并沒(méi)有應(yīng)用到植筋技術(shù)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不如新型建筑堅(jiān)固，所以，很大一部人老舊建筑在不能滿足堅(jiān)固性要求的前提下都會(huì)被翻新重造，通過(guò)混凝土結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)就行二次加固，確保建筑的使用穩(wěn)定性。這是混凝土植筋技術(shù)在現(xiàn)代的主要應(yīng)用現(xiàn)狀。利用新型結(jié)構(gòu)膠來(lái)加固原有鋼筋的老舊建筑也可以對(duì)其起到加固的作用，我國(guó)對(duì)于植筋技術(shù)雖然應(yīng)用廣泛，但植筋技術(shù)仍然有很多可以改良的技術(shù)要點(diǎn)，植筋技術(shù)還需要進(jìn)一步的研究。

2.2 混凝土結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)改進(jìn)方案

根據(jù)相關(guān)的政策規(guī)定，混凝土結(jié)構(gòu)所使用的鋼筋只有在經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)后才可以正式投入使用，結(jié)構(gòu)膠在使用時(shí)應(yīng)該現(xiàn)配現(xiàn)用，要保證數(shù)量足夠使用以及使用的結(jié)構(gòu)膠沒(méi)有徹底凝固。結(jié)構(gòu)膠使用過(guò)程中要保證用量充足，不摻雜雜質(zhì)以及空氣等，植筋的鋼筋表面應(yīng)清潔無(wú)污漬，并保持干燥。強(qiáng)化混凝土修補(bǔ)，即在修補(bǔ)的周邊將電鍍陽(yáng)極連接到鋼上，現(xiàn)在在英國(guó)已經(jīng)成為一種常見(jiàn)的做法，這一過(guò)程很快被接受為全球修補(bǔ)工程的一個(gè)重要組成部分。陽(yáng)極對(duì)于處理初期陽(yáng)極形成現(xiàn)象或環(huán)效應(yīng)是必要的，在這種情況下，腐蝕會(huì)迅速轉(zhuǎn)移到修復(fù)周圍的原始混凝土中。陽(yáng)極是有意“陰極保護(hù)”的一種基本形式，因此相鄰的鋼保持陰極狀態(tài)，防止腐蝕開(kāi)始。電偶陽(yáng)極是在20 世紀(jì)90 年代后期開(kāi)發(fā)的，由鋅金屬制成，包裹在一種特殊配制的多孔水泥砂漿中，該砂漿用氫氧化鋰飽和。這種環(huán)境中，過(guò)量的氫氧化鋰保持恒定的高酸堿度，可使鋅保持在活性狀態(tài)，同時(shí)產(chǎn)生可溶性鋅腐蝕產(chǎn)物，這些產(chǎn)物可通過(guò)砂漿遷移，而不會(huì)阻礙金屬的腐蝕過(guò)程。類似的離散陽(yáng)極，但具有更高的電流輸出能力，已被開(kāi)發(fā)用于安裝在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中，以保護(hù)更大的易受腐蝕區(qū)域。還有一種是分布式陽(yáng)極系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，用于覆蓋、裝箱或大型維修，其中鋼筋留在含氯混凝土中，大部分覆蓋混凝土被新混凝土替代，或需要額外覆蓋。在過(guò)去的20年里，英國(guó)和美國(guó)都進(jìn)行了一些試驗(yàn)，作為修復(fù)結(jié)構(gòu)元件的一部分。根據(jù)應(yīng)用類型，鋼表面0.3～10mA/m2數(shù)量級(jí)的電流密度可保持15～20 年。根據(jù)在英國(guó)萊斯特的一座橋上進(jìn)行的最古老的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，當(dāng)時(shí)使用的陽(yáng)極設(shè)計(jì)壽命為10 年，其結(jié)果被視為一個(gè)里程碑。從這些原型陽(yáng)極的局限性中吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)使得開(kāi)發(fā)具有更長(zhǎng)使用壽命的陽(yáng)極成為可能。例如，活化砂漿中高達(dá)7 倍質(zhì)量的額外氫氧化鋰似乎降低了孔隙堵塞的效果，因?yàn)橛捎跉溲趸嚨娜芙猓紫堵实脑黾铀坪醯窒虽\腐蝕產(chǎn)物體積的增加。此外，金屬部件表面積的增加加上較短的陽(yáng)極間距在這方面也有所幫助，因?yàn)殛?yáng)極以低于最大速率的速率運(yùn)行，允許鋅酸鹽離子在沉淀為氧化鋅之前有更多的時(shí)間遷移到活化灰漿的主體中。隨著時(shí)間的推移，犧牲陽(yáng)極不能提供固定的電流輸出，必須考慮陽(yáng)極老化。包含陽(yáng)極“老化系數(shù)”的方案設(shè)計(jì)將更好地預(yù)測(cè)陽(yáng)極的長(zhǎng)期性能，并可用于確保在整個(gè)設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)達(dá)到特定的性能水平。

2.3 混凝土結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)的應(yīng)用

為了提高鋼筋混凝土柱的抗震能力和延伸性能，發(fā)展了新型鋼筋混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)—螺旋鋼筋混凝土柱。螺旋鋼筋混凝土柱的穩(wěn)定性要比傳統(tǒng)的混凝土植筋結(jié)構(gòu)要更好一些。螺旋桿增加了對(duì)混凝土柱的約束，提高了混凝土柱的穩(wěn)定性以及可延伸性。螺旋鋼筋混凝土柱由于具有良好的抗震性能，在高層建筑和大跨度結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。普通混凝土綱紀(jì)結(jié)構(gòu)受到的混凝土約束貢獻(xiàn)不大，對(duì)受短軸彎曲的工字鋼柱甚至不能形成有效的約束。相反，單個(gè)的鋼筋與橫向鋼筋或板條焊接在一起，就像一個(gè)籠子，以收集更多的圍壓應(yīng)力，具有更好的約束效果。其次，在螺旋鋼筋混凝土柱的各個(gè)節(jié)點(diǎn)處，鋼筋可以很容易地通過(guò)各截面的柱，而不會(huì)遭到各部分截面的阻攔。大量實(shí)驗(yàn)可以證明，螺旋鋼筋側(cè)向約束被認(rèn)為是提高柱延性的最有效手段之一。螺旋鋼筋混凝土柱對(duì)核心混凝土施加均勻壓力，沒(méi)有在某一點(diǎn)形成拱起，在循環(huán)模式的作用下更加穩(wěn)定。螺旋鋼筋混凝土柱在循環(huán)模式作用下還具有良好的伸展和耗能能力。因此，為了增加曲線柱的側(cè)向約束，在鋼筋籠內(nèi)的截面中心放置一根螺旋鋼筋，這種創(chuàng)新的螺旋約束角鋼混凝土柱，能很好地提高混凝土建筑的穩(wěn)定性。即使在惡劣的天氣情況下，如地震龍卷風(fēng)，即使外在鋼筋發(fā)生彎曲，內(nèi)里的螺旋鋼筋混凝土柱也會(huì)減少受到的外力，對(duì)建筑起到保護(hù)作用。

3 結(jié)語(yǔ)

混凝土植筋技術(shù)的應(yīng)用很大程度上增加了混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了建筑物的使用壽命。所以，在保持原來(lái)建筑結(jié)構(gòu)不變且穩(wěn)定的情況下，植入鋼筋，能增強(qiáng)原來(lái)建筑結(jié)構(gòu)的載重能力。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，植筋技術(shù)有諸多優(yōu)勢(shì)，值得大家推廣。