某化肥厂1#高炉加固设计及施工

1、某化肥厂1#高炉加固设计及施工 摘要：本文介绍某化肥厂1#高炉由于框架梁在高温及遭受化学粉尘侵蚀的环境下，使用近20年后框架梁及预制板出现混凝土严重腐蚀、脱落、露筋、钢筋锈蚀等涉及安全性及耐久性问题的加固设计与施工。关键词：高温 侵蚀 安全性及耐久性 加固设计 加固施工工程概况：某化肥厂1#高炉为2层框架结构，长9.6m，宽8.7m，建筑面积约180，框架内部有一直径约3m、高约10m煅烧矿物的高炉，该建筑建造于80年代末，现已无任何设计及施工资料可查。框架顶平台的水泥预制板及平台承重梁的混凝土严重腐蚀，脱落并导致钢筋多处外露、预制板板底多处炸裂等现象，存在严重的安全隐患，且已发生过一起安全事

2、故后，引起安全部门的高度重视，后安全部门立即勒令该厂关闭1#高炉并要求及时进行整改。该建筑的现状该建筑所有的楼面板、屋面板为预制空心板，柱为650650mm砖包柱，柱芯为400400mm钢筋混凝土，每侧配222钢筋。框架梁最大跨度10.8m，截面尺寸为800300mm。2.1 梁经现场检测发现KL-1、KL-5混凝土脱落较重，部分箍筋锈蚀使截面已削弱1/2，且底部多根受力主筋裸露、锈蚀；其它框架梁也有不同程度的箍筋外露锈蚀，但由原施工质量较差造成，且面积削弱不多对构件的承载力影响不大；连系梁L-1、L-2离高炉一侧混凝土已崩裂、主筋暴露、受高炉高温的影响较大。梁的混凝土设计标号为200 kg/

3、cm2号(C18)，采用钻芯取样法检测其混凝土强度为23.1 MPa，检测结果可见混凝土已满足原设计的要求，在表观完整处采用酚酞法检测混凝土的碳化深度为13mm，碳化区域的混凝土有明显的异样，有硫酸根腐蚀的迹象。2.2 柱底层框架柱四周外包120mm厚普通烧结砖，表观检查时外侧砖局部有掉角、酥化现象，但无裂缝及其它明显不适于继续承载的变形，框架柱的混凝土设计标号为200 kg/cm2号(C18)，采用钻芯取样法检测其混凝土强度为为11.2 MPa，仅达到原设计混凝土强度的60左右。2.3 预制空心板检测预制空心板沿主筋方向混凝土严重脱落，钢筋外露、锈蚀严重，在楼面或屋面走动时有颤动感，存在严重

4、安全隐患。工厂为继续生产，在使用时已铺设了8mm的钢板于板面，以减少集中荷载的影响和增强整体的刚度。2.4 相关标准的规定根据民用建筑可靠性鉴定标准GB50292-1999第4.2.1条的规定：“混凝土结构安全性鉴定，应该按承载能力、构造以及不适于继续承载的位移(或变形)和裂缝等四个检查项目，分别评定每一受检构件的等级，并取其中最低一级作为该构件安全性等级”，柱的混凝土强度等级强度低，使结构抗力与作用效应之比低于0.9，其安全性等级评为du级，应及时处理。以及根据民用建筑可靠性鉴定标准GB50292-1999第4.2.7条的规定：“当混凝土结构构件出现下列情况之一时，不论其裂缝宽度大小，应直接

5、定为du级：1.受压区混凝土有压坏迹象；2.因主筋锈蚀导致构件掉角以及混凝土保护层严重脱落”，框架梁KL-1、KL-5、L-1、L-2及预制空心板安全性均应评为du级，应及时处理。加上该建筑处于内部高炉有高温和水蒸气，比较潮湿及周边有化学物质和粉尘的侵蚀，会加速钢筋的锈蚀及混凝土的剥离；再则，使用中常常出现有采用震动爆破清理炉膛的工作，为了提高结构的安全性及耐久性需求，必须立即对建筑进行加固处理。 加固方案的确定混凝土结构或构件需要进行加固的原因很多，但其原因主要有：(1)构件承载力不足；(2)构件有不适于继续承载的变形；(3)耐久性不满足要求等。针对结构或构件不同的加固原因，采取不同的加固的

6、方法，可谓加固应遵守的第一原则。为此，对本工程而言，预制空心板是丧失承载力的问题；框架梁因高温、腐蚀和严重露筋而影响耐久性的问题；框架柱因表观质量、强度过低以及爆破震动等，致使结构抗力过低产生的安全性问题；故方案中必须将上述问题一一有针对性的解决才行。3.1板加固改造针对预制板板底存在大面积混凝土剥离、脱落、主筋严重外露及锈蚀，方案采取拆除预制空心板改为现浇板；但对局部损坏不严重，又处于非重要部位的预制板采取加固处理，其处理方法为，将预制板的边孔和中间两孔的孔内穿入310的钢筋后，用高强灌浆料填充空洞，再于板面设置钢筋网片浇叠合层，穿入预制空心板孔内的钢筋端部需加工90弯钩，以增强钢筋的有效锚

7、固。本方法简便直观、施工容易、工程量小、经济实惠，即不用拆除原预制板，减少工作量同时原预制板也可作为模板使用减少模板用量。但由于预制空心板本身承载力不足，施工时应设置必要的支撑，保证施工过程的安全及保证现浇叠合层后板不产生过大的变形。3.2梁加固3.2.1框架梁加固对靠近高炉露筋较严重的4根框架梁KL-1、KL-5，采用在梁底浇注“U”梁的方法，在梁侧靠近锅炉的部位采取砌筑耐火砖阻热的措施，这4根梁的其它部位采用普通砖砌筑(见图3、图4)，由此既可提高梁的承载力又可提升其耐久性；其它框架梁采用挂钢丝网，再粉刷30mm厚M10砂浆的方法处理。3.2.2 连系梁加固一、二层4根连系梁由于靠锅炉太近

8、，受锅炉温度影响较严重，靠锅炉一侧梁表面混凝土已崩裂脱落，局部主筋暴露锈蚀，原要求把这4根梁打掉在远离高炉两侧重新浇注，方案设计时考虑到打掉连系梁后，对主梁局部会产生损伤，为减少对框架的损伤和工程量，采取保留原梁在紧靠原连系梁侧面浇注与其等截面的梁，将原梁作为新梁的隔热层不考虑其承载的作用，原梁靠近新梁一侧可作为新梁的侧模；为了增强原梁的耐久性，采取在原梁表面挂钢丝网后粉刷M10砂浆的方法对其进行处理。3.3柱加固由于原设计柱的混凝土强度等级较低，加之检测所得强度远较原设计低。为便于梁、板的加固需要，对承受荷载大的四根柱Z1用加大截面的方法处理(见图5)；其余的柱则采用表面挂钢丝网后粉刷加固处

9、理，以提高其耐久性。3.4 梁柱节点处理3.4.1 框架梁与柱节点处理框架梁柱节点的处理是本次加固设计一个重点，梁柱节点应该可靠，梁底部加大截面后其底部主筋与柱应该有效连接，混凝土芯柱为400400mm，梁宽度为300mm，由于条件的限制，本工程采取梁底部两根钢筋采用植筋的方法植入柱内锚固，再将其它钢筋绑扎锚固的方法，钢筋的布置见图4。3.4.2 新增连系梁与框架梁节点处理 标高5.66m处新增连系梁低部钢筋采用植筋的方法与框架梁锚固，上部负弯筋通长布置，尾端采用斜向下45度植入框架梁内(见图6)。3.5各种细部构造处理措施由于加固时新增截面都不大，本次设计框架梁底面增厚150mm，侧面增宽1

10、50mm，柱新增宽度150mm，新增尺寸比较小箍筋间距处理不当会给施工带来相当大的难度，一般来说箍筋间距至少需保证插入式振动器方便进入并振荡，这样才能保证新浇注的混凝土密实。为使新旧混凝土可靠连接和共同工作，又在构件竖向间距为500mm处，增设了214拉结筋。4 施工措施4.1加固构件表面处理需加大截面处理的部位，首先清理缺陷处至密实层，再将其他部位的表面凿毛或打成沟槽，沟槽深度为6mm，间距为200mm，剔掉构件的锋利棱角后，去除浮渣、灰尘，表面冲洗干净，用水泥净浆处理界面后浇注新混凝土。对挂网处理的部位，先剔出表面粉刷，对需处理的部位进行清理、修补，用水泥净砂浆处理界面后，挂钢丝网片，网片必须贴实构件，粉刷后不得出现空鼓现象。4.2 加固用混凝土增大截面的加固方法，通常所增截面不会太大，加之新增截面内钢筋配置较多，因此，混凝土拌合物的流动性要好，骨料的颗粒级配要好，粗骨料的径粒不得过大，本次采用1020mm的碎石粗骨料，机制山(中)砂，混凝土坍落度120150mm。5结束语(1) 在预制空心板变形不大的情况下采用直接加固的方法比将其改造为现浇板工程量小、经济；反之采用加固的方法也不科学，合理的加固方法是需要对原结构作出理性的分析后才能获得的。(2) 采用加大截面的方法加固混凝土构件时，在后加截面厚度较小的情况下，新