粘鋼在建筑物加固中的應(yīng)用

潘演員 孫 鋒

一、前言

根據(jù)初步設(shè)計(jì)報(bào)告建議，安慶市花涼亭水庫(kù)泄水建筑物缺陷擬采用粘鋼加固技術(shù)進(jìn)行修復(fù)加固，泄水建筑物主要缺陷如下：（1）泄洪隧洞混凝土結(jié)構(gòu)多處存在鋼筋銹脹現(xiàn)象，部分鋼筋銹蝕嚴(yán)重；（2）經(jīng)過(guò)復(fù)核計(jì)算，泄洪隧洞出口弧形門支座附近閘墩的局部受拉區(qū)的裂縫控制、閘墩局部受拉區(qū)扇形鋼筋面積不滿足《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL/T191-96） 要求；（3）泄洪隧洞出口弧形閘門的兩個(gè)支臂坐落在支撐梁上，支撐梁承受弧形門推力，因弧形門推力較大，為增強(qiáng)支撐梁結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備，確保安全，擬對(duì)梁端進(jìn)行加固處理，提高支撐梁兩端抗剪安全系數(shù)。

二、施工方法及質(zhì)量控制

1.被粘物的表面處理

粘鋼加固混凝土結(jié)構(gòu)，其表面處理包括混凝土和鋼板表面的處理。其目的在于除去妨礙膠結(jié)表面的疏松層和污物，制造有一定粗糙度的新鮮表面；增加被粘物的表面積，提高膠結(jié)力；改變被粘物表面化學(xué)結(jié)構(gòu)，便于膠粘劑的浸潤(rùn)。

（1）混凝土的表面處理

粘鋼加固的混凝土，含水率控制在6%以下。如濕度過(guò)大，采用熱風(fēng)或紅外線加熱干燥。

對(duì)于濕度較大的混凝土構(gòu)件或齡期在三個(gè)月內(nèi)的構(gòu)件，因一般樹(shù)脂類膠粘劑在潮濕的基層上粘結(jié)強(qiáng)度會(huì)大幅降低，故除滿足上述要求外，需進(jìn)行人工干燥。

（2）粘鋼加固用鋼板的表面處理

鋼板由于受大氣的氧化，在其表面生成氧化膜（即銹），其主要成分為Fe2O3和FeO（Fe3O4）。氧化膜凝聚力小，膠結(jié)性能差，在粘結(jié)前必須進(jìn)行表面處理。鋼板未生銹或輕微銹蝕，可用噴砂、砂布或平砂輪打磨，直至出現(xiàn)金屬光澤。打磨粗糙度越大越好，打磨的紋路盡量與鋼板受力方向垂直，其后用脫脂棉沾苯酮擦拭干凈。

2.膠粘劑的配制

粘鋼加固用結(jié)構(gòu)膠基本上為甲、乙兩組分，在使用現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)配制。配制按產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)的規(guī)定進(jìn)行，但由于膠的限時(shí)性較強(qiáng)，使用前應(yīng)作現(xiàn)場(chǎng)試配，根據(jù)當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)貧鉁貤l件及存放時(shí)間長(zhǎng)短作適當(dāng)調(diào)整，選擇各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均為最優(yōu)的配比。

配制時(shí)，按規(guī)定配比稱量，將甲、乙兩組分分別倒入容器中進(jìn)行攪拌。稱量相對(duì)誤差不宜超過(guò)2%～5%。攪拌容器不得有油污和水分，采用手工或機(jī)械沿同一方向攪拌，以免帶入空氣形成氣泡降低粘結(jié)性能，直到色澤完全均勻（10～15min）為止。攪拌過(guò)程中嚴(yán)禁水滴濺入容器內(nèi)。

3.鋼板的粘貼

膠粘劑配制好以后，用刮刀同時(shí)涂抹在已處理好的混凝土表面和鋼板結(jié)合面上。宜先用少量膠于結(jié)合面來(lái)回刮抹數(shù)遍，再抹至所需厚度，而且要中間厚邊緣薄，然后將鋼板粘貼于預(yù)定位置。若是立面粘貼，為防止流淌，應(yīng)加一層脫蠟玻璃絲布。

鋼板粘貼后，用手錘沿粘貼面輕輕敲擊鋼板，如無(wú)空洞聲，表示已粘貼密實(shí)；否則應(yīng)剝下鋼板補(bǔ)膠，重新粘貼。

4.固定和加壓

鋼板粘貼好后立即用特制的U型夾具夾緊（圖1—a）或用方木頂撐（圖 1—b、1—c、1—d），壓力保持為0.05～0.1MPa，以使膠液剛從鋼板邊緣擠出為度。當(dāng)采用方木頂撐時(shí)，為使鋼板受力均勻，鋼板下應(yīng)放置表面平直的木方，木方下設(shè)木支柱，木支柱間距不大于1m，支柱下設(shè)木楔，以防支頂過(guò)程中鋼板產(chǎn)生移動(dòng)。當(dāng)室內(nèi)凈空較高的結(jié)構(gòu)加固時(shí)，應(yīng)采用圖1—d的支頂方法進(jìn)行加壓固定，木橫梁擱置在墻或柱上。采用木支柱加壓方式，在固化期內(nèi)應(yīng)避免碰撞木支柱。

若鋼板加壓后出現(xiàn)局部膠液未擠出現(xiàn)象，應(yīng)在此部位鋼板與方木之間加塞插片或薄木楔，直至膠液擠出為止。

膨脹螺栓固定粘貼鋼板時(shí)，一般兼作鋼板的永久附加錨固措施，其埋設(shè)孔洞應(yīng)與鋼板一道于涂膠之前配鉆。

5.養(yǎng)護(hù)、固化和防腐處理

為確保膠結(jié)質(zhì)量，首先要將膠結(jié)面貼緊，然后按膠粘劑的要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和固化，避免膠結(jié)面滑移、剝離、翹邊和起泡。

一般環(huán)氧膠粘劑4℃以下就不反應(yīng)，故要在最低的養(yǎng)護(hù)溫度以上進(jìn)行固化。國(guó)內(nèi)目前使用的幾種結(jié)構(gòu)膠粘劑都是在常溫（20℃左右）下固化，24h即可拆除夾具或支撐，3d即可受力使用。若氣溫低于10℃時(shí)，固化期間應(yīng)采用紅外線燈進(jìn)行人工加溫。固化期間不得對(duì)粘貼鋼板有任何攪動(dòng)。

加固后，加固鋼板應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行防腐處理。環(huán)境干燥無(wú)腐蝕氣體、酸堿溶液浸蝕鋼板時(shí)，在鋼板表面涂刷一層除銹油漆即可。當(dāng)外抹砂漿保護(hù)防腐時(shí)，為了有利于砂漿的粘結(jié)，應(yīng)在鋼板表面粘結(jié)或外包一層鉛絲網(wǎng)或點(diǎn)粘一層豆石，并在抹灰時(shí)涂刷一道混凝土界面劑。

6.粘鋼加固混凝土結(jié)構(gòu)膠結(jié)工藝的物理力學(xué)性能檢驗(yàn)

膠結(jié)工藝的物理力學(xué)性能檢驗(yàn)主要包括鋼—鋼粘結(jié)抗剪強(qiáng)度的檢驗(yàn)、鋼—混凝土粘結(jié)抗剪強(qiáng)度和鋼—混凝土粘結(jié)抗拉強(qiáng)度的檢驗(yàn)。

（1）鋼—鋼粘結(jié)抗剪強(qiáng)度的檢驗(yàn)

制備鋼—鋼拉伸剪切試件5個(gè)，進(jìn)行粘結(jié)抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。所測(cè)的鋼—鋼粘結(jié)抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)值不得低于該種膠的相應(yīng)規(guī)定（見(jiàn)圖2）。

（2）鋼—混凝土粘結(jié)抗剪強(qiáng)度的檢驗(yàn)

如圖3所示，采用強(qiáng)度等級(jí)為C40或C40以上的高強(qiáng)混凝土試塊與鋼板粘結(jié)，作雙剪試驗(yàn)，鋼板與混凝土之間的粘結(jié)面積為2mm×30mm×40mm。只有當(dāng)破壞發(fā)生在混凝土上方屬合格。

（3）鋼—混凝土粘結(jié)抗拉強(qiáng)度檢驗(yàn)

如圖4所示，采用強(qiáng)度等級(jí)≥C40的高強(qiáng)混凝土試塊與鋼板對(duì)粘，進(jìn)行軸拉試驗(yàn)，鋼板與混凝土之間的粘結(jié)面積為2mm×30mm×40mm。其粘結(jié)抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于或等于混凝土的抗拉強(qiáng)度，即破壞發(fā)生在混凝土上方屬合格。

三、結(jié)語(yǔ)

因建筑物運(yùn)行年限較久，時(shí)常會(huì)碰到結(jié)構(gòu)承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求等問(wèn)題，需進(jìn)行加固。與其他加固方法相比，粘鋼加固施工干凈利落，完成加固后的結(jié)構(gòu)外觀不改變。鋼板屬于薄結(jié)構(gòu)因此結(jié)構(gòu)自重增加極微，不會(huì)導(dǎo)致建筑物內(nèi)其他構(gòu)件的連鎖加固。經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐證明粘鋼加固工藝完全能保證加固工程的質(zhì)量，加固后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度都能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，并且粘鋼加固施工速度快、不影響建筑物正常運(yùn)行，適合加固工程所要求的短、快、省的特點(diǎn)■