粘碳纖維布及粘鋼結(jié)構(gòu)加固施工

齊延年

(山西六建集團有限公司，山西太原 030024)

在太原武宿國際機場1號航站樓改造工程施工中進行了大量結(jié)構(gòu)加固施工。其中使用最多的是粘碳纖維布、粘鋼結(jié)構(gòu)加固形式?，F(xiàn)將其施工工藝進行總結(jié)，積累施工經(jīng)驗，希望對以后遇到同類施工有所幫助。

加固工程基本概況:太原機場1號航站樓改造工程中根據(jù)新的使用功能劃分對原結(jié)構(gòu)進行受力分析，對不滿足要求的構(gòu)件進行加固，加固方法采用粘鋼法590 m2和粘碳纖維法6 500 m2，局部采用增大梁截面法，56根框架柱粘碳纖維加固;其余部分板開洞部位加固、新增上屋面樓梯部位加固、新增設(shè)備荷載部位加固。

1 應(yīng)用范圍

粘碳纖維布法、粘鋼法是工程結(jié)構(gòu)加固最常見也是應(yīng)用最廣泛的兩種方法，它主要應(yīng)用在梁、柱結(jié)構(gòu)部位。一棟舊的建筑物在改造時，或者在增加荷載時，它的受力特點就發(fā)生了變化，所以在這種情況下我們就必須在舊結(jié)構(gòu)上經(jīng)過計算其受力后進行加固。

2 加固施工方法

2．1 粘鋼加固施工

粘鋼需使用結(jié)構(gòu)膠和植栓粘結(jié)固定鋼板使其同需加固構(gòu)件共同受力。

粘鋼工藝流程:卸荷→定位放線→基層處理(混凝土面、鋼件)→預貼→打孔(包括加壓脹栓孔)、植栓→調(diào)制結(jié)構(gòu)膠→涂膠(鋼件、混凝土面)→粘貼、加壓→固化、養(yǎng)護→卸支撐加壓設(shè)備→檢驗、驗收。

具體施工步驟:

1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件卸荷:本工程墻體、裝飾層拆除后，已經(jīng)處于結(jié)構(gòu)構(gòu)件卸荷狀態(tài)。

2)定位放線:首先熟悉圖紙，明確加固范圍及部位，然后在混凝土構(gòu)件上彈線，標出粘貼位置(輪廓線)，并在此基礎(chǔ)上四周各加寬不小于50 mm的加寬打磨區(qū)(為避免清理時污染已處理過的混凝土面)。

3)基層處理:混凝土面基層處理:粘結(jié)前對被粘物的表面進行處理，使表面清潔、無油、無浮灰及松散結(jié)構(gòu)，保持干燥、粗糙。對原混凝土構(gòu)件粘合面用硬毛刷蘸高效洗滌劑，先除去其表面油污，后用清水沖洗，再對粘合面進行打磨(打磨機具使用角磨機配置金剛石磨片);除去1 mm～3 mm厚混凝土面層，直至完全露出新的混凝土面，并用無油壓縮空氣吹除粉塵。最后，用脫脂棉蘸丙酮擦拭表面2遍～3遍即可。處理后表面若有嚴重凹凸不平的部分，用環(huán)氧砂漿修補找平。

4)鋼件處理:如鋼件未生銹或輕微銹蝕，用角磨光機打磨，直至出現(xiàn)金屬光澤。打磨粗糙度越大越好，打磨紋路與鋼件受力方向垂直。鋼件銹蝕嚴重，先用稀鹽酸浸泡20 min，使銹層脫落，再用石灰水沖洗中和酸離子，用清水清洗干凈，最后用平砂輪或角磨機打磨出紋路，再用脫脂棉蘸丙酮擦拭2遍～3遍(打磨后的鋼板要存放在干燥處，避免潮氣生銹或表面弄臟)。鋼件、混凝土面處理合格后進行預貼，預貼時鋼件與混凝土面應(yīng)基本吻合，并與粘貼線吻合。根據(jù)設(shè)計要求，需加設(shè)脹栓，先對混凝土面成孔，成孔符合相應(yīng)有關(guān)要求，并用無油壓縮空氣吹凈或丙酮清孔。如預貼不合格可進行人工處理，處理方法為:對偏差較大的采用人工剔鑿、打磨，并對經(jīng)剔鑿產(chǎn)生的凹、凸處用環(huán)氧樹脂砂漿修補，使其完全吻合。鋼件采用焊接方式接長。鋼板切坡口，采用E53焊條。焊接后需打磨平整。如有加固部位需要焊接，焊口部位800 mm采用后注膠粘結(jié)。

5)預貼:鋼板根據(jù)現(xiàn)場定位放線位置進行預貼，根據(jù)實際位置打孔植栓。待錨栓固化后方可進行下道工序。柱上植栓固定鋼板采用后注膠粘結(jié)。植栓工藝流程:定位放線→機械成孔→清孔→鋼筋處理→配膠→鋼筋→固定、養(yǎng)護→檢驗。具體施工步驟:a．定位放線:根據(jù)結(jié)構(gòu)加固圖進行放線，并在預貼后測放出鉆孔位置線(鋼筋孔位應(yīng)避開原結(jié)構(gòu)主筋并按設(shè)計要求合理布置)。b．機械成孔:按設(shè)計圖紙要求在規(guī)定位置成孔，孔深、孔徑達到設(shè)計要求深度:15d。成孔機械選用電錘。c．清孔:電錘成孔后，用無油壓縮空氣將孔內(nèi)浮塵吹盡，并用棉絲擦拭孔壁兩次，最后用脫脂棉絲蘸丙酮擦拭兩次，再用干凈的棉絲將孔口封閉，以防止粉塵或砂粒進入孔內(nèi)。d．配膠:植栓用膠要提前報甲方、監(jiān)理簽字認可后方可使用，膠的配制和使用要嚴格遵照相應(yīng)產(chǎn)品使用說明。e．植栓:首先將配制好的膠注入孔內(nèi)，然后緩慢將螺栓插入孔內(nèi)，同時要求螺栓旋轉(zhuǎn)，使結(jié)構(gòu)膠從孔口溢出，排出孔內(nèi)空氣;待螺桿插好后，用環(huán)氧膠泥封口，以免膠在固化期間向外流淌;螺桿外露長度應(yīng)符合施工、規(guī)范要求。f．固定、養(yǎng)護:植栓施工完畢后，凝膠硬化過程中要保證錨固螺栓不受擾動。g．檢驗、驗收:植栓24 h后進行拉拔試驗。驗收必須符合設(shè)計圖紙和相關(guān)規(guī)范的要求，驗收合格后，才可以進行下道工序。

6)配制結(jié)構(gòu)膠:粘結(jié)劑為甲、乙兩組分，使用前應(yīng)進行現(xiàn)場質(zhì)量檢查，合格后方能使用。配制時，將甲組分桶裝物事先攪拌，然后將已按比例分裝的乙組分按甲∶乙=3∶1比例放在容器內(nèi)，用低速攪拌機以100 r/min～200 r/min攪拌至色澤均勻，一般約10 min～15 min即可，容器不得有油污或進入雨水，攪拌應(yīng)按同一方向進行。一次配膠量不得超過10 kg，應(yīng)盡量少配，隨用隨配。溫度越高，膠的固化時間越短。30 min內(nèi)，要將配好的結(jié)構(gòu)膠用完。

7)粘貼、加壓:a．手工涂膠:對于厚度不大于5 mm的鋼板，采用手工涂膠的方式粘貼。結(jié)構(gòu)膠粘劑配制好后，用油灰刀同時涂抹在已處理好的混凝土和鋼件表面，鋼板表面涂抹厚度為1 mm～3 mm，以中間厚邊緣薄為宜，然后將鋼件貼于預定位置。若是立面粘貼，為防止流淌，加一層脫蠟玻璃絲布。粘好鋼件后，可用小錘沿粘貼面輕輕敲鋼件。如無空鼓聲，表示已粘貼密實。粘貼密實度錨固區(qū)應(yīng)達到90%以上。非錨固區(qū)應(yīng)達到70%以上，否則應(yīng)剝下鋼件，重新粘貼，直至空鼓面積達到規(guī)范要求。b．壓力注膠:粘貼厚度大于5 mm的鋼板，采用壓力注膠的方式粘貼。

將鋼構(gòu)件用專用卡具固定，用電焊點焊固定后進行焊接;焊接材料要符合圖紙要求，焊縫沒有夾渣、咬邊、未焊透等焊接缺陷，焊縫外觀表面平整，焊縫尺寸達到設(shè)計要求。焊接經(jīng)檢查合格后進行封縫。

用環(huán)氧膠泥封縫，封縫前應(yīng)先涂刷一層環(huán)氧漿液，每隔1 m左右放置一根注膠管(注意:在根部必須放一根注膠管，在頂部必須放一根出氣管)。環(huán)氧膠泥一定要壓嚴實，防止注膠時泄露，造成工料浪費。

將注膠管接通壓縮空氣試壓，試壓壓力不要過大，如果沒有氣阻現(xiàn)象，則可進行下道工序。

灌注采用專用壓力灌漿器，灌注時應(yīng)由下向上，由一端到另一端地進行，使膠慢慢從底部向上流，直至注滿整個鋼材與混凝土之間的間隙。注意注膠時壓力不宜超過0．2 MPa～0．3 MPa，維持此壓力繼續(xù)灌注，一旦出漿，立即關(guān)閉閥門;這時鋼件內(nèi)的漿液不一定十分飽滿，還會有吸漿現(xiàn)象，因此在膠剛從出氣孔流出時，不應(yīng)馬上停止注膠，而應(yīng)用較小的壓力維持一段時間(10 s左右)，方可停止灌漿，并用高強樹脂膠泥堵孔。灌漿結(jié)束后，應(yīng)立即拆除管路和設(shè)備;并用丙酮沖洗管路和設(shè)備;灌注后不應(yīng)對鋼材進行錘擊、移動、焊接。

8)固定與加壓:鋼件粘貼好后，立即用脹栓加壓，壓力保持為0．05 MPa～0．1 MPa，以使膠液剛從鋼件邊緣擠出為度。

9)施工安全及注意事項:a．甲組分的使用時間(5 kg～10 kg膠量):5℃:4 h，25℃:25min。隨著溫度升高，使用時間將縮短，因此混合好后要立即涂敷完，混合后放置時間過長就會失去粘結(jié)性能而不能使用，宜“用多少配多少”，以免造成浪費。b．涂膠時的環(huán)境溫度宜在10℃ ～30℃之間，粘結(jié)時，被粘結(jié)物的溫度不能低于5℃。c．取用甲、乙兩組分的工具不能相互混用。d．分散的甲、乙組分如果一次性用不完必須蓋緊密封。e．在涂抹混合劑時必須戴上手套，如果手上或皮膚粘上混合劑，可用丙酮擦去，然后用水洗凈。f．配制粘結(jié)劑用的原料應(yīng)密封貯存，遠離火源，避免陽光直接照射。配制和使用場所，必須保持通風良好。g．操作人員應(yīng)穿工作服，戴防護口罩和手套。h．工作場所應(yīng)配備必要的滅火器。

2．2 碳纖維布加固施工

施工工藝流程見圖1。

具體施工步驟:

1)定位放線:首先熟悉圖紙，明確加固范圍及部位，然后在構(gòu)件上彈線，彈出粘貼位置(輪廓線)，并在此基礎(chǔ)上四周各加寬不小于50 mm的加寬打磨區(qū)。

2)表面處理:清除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層，并用修復材料將表面修復平整;被粘貼的混凝土表面應(yīng)打磨平整，除去表面浮漿、油污等雜質(zhì)，直至完全露出混凝土結(jié)構(gòu)新面，且表面平整度應(yīng)小于5 mm/m，轉(zhuǎn)角粘貼處應(yīng)進行導角處理并打磨成圓弧狀，梁圓弧半徑應(yīng)不得小于20 mm，柱圓弧半徑不得小于25 mm;混凝土表面應(yīng)用強力吹風器吹凈并用丙酮擦拭干凈，同時使混凝土表面保持干燥。當表面含水率大于4%或環(huán)境溫度小于5℃時應(yīng)采取措施，達到要求后方可施工。

3)裁切碳纖維布:被粘布材應(yīng)按照設(shè)計尺寸結(jié)合現(xiàn)場實際情況準確下料，要求裁剪下料時不亂絲，不斷絲。裁剪后織物寬度不 應(yīng)小于100 mm。

圖1 碳纖維布加固施工工藝流程

4)配制、涂刷底層樹脂:按產(chǎn)品生產(chǎn)廠家提供的工藝規(guī)定配制底層樹脂。配膠應(yīng)由專人負責，調(diào)膠工具應(yīng)為低速攪拌器，攪拌應(yīng)均勻且無氣泡產(chǎn)生，并防止灰塵等雜質(zhì)混入;采用滾筒刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面，在底層樹脂表面指觸干燥后，盡快進行下一道工序的施工。

5)找平處理:按設(shè)計要求配制找平材料環(huán)氧樹脂砂漿;對混凝土表面凹陷部位用找平材料填補平整，不應(yīng)有棱角;轉(zhuǎn)角處應(yīng)用找平材料修理成為光滑的圓弧，梁的圓弧半徑不小于20 mm，柱圓弧半徑不小于25 mm;在找平材料表面指觸干燥后，盡快進行下一道工序的施工。

6)粘貼碳纖維布:按產(chǎn)品生產(chǎn)廠家提供的工藝規(guī)定配制浸漬樹脂，并均勻涂抹于粘貼部位;將碳纖維布用手輕壓貼于需粘貼的位置，采用專用的滾筒順纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布，滾壓時不得損傷碳纖維布;多層粘貼時應(yīng)重復上述過程，并在碳纖維表面的粘結(jié)劑達到指觸干燥時及時進行下一層的粘貼;應(yīng)在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂。柱上所有碳纖維布粘貼環(huán)向圍束，搭接長度為200 mm。

7)固化養(yǎng)護:粘結(jié)劑的固化，一般在常溫下即可。對于粘貼好的碳纖維布在24 h內(nèi)嚴禁擾動。

8)注意事項:a．本工程碳纖維多層粘貼的數(shù)量較大，應(yīng)按照以上工序檢驗程序，嚴格控制好每道工序的施工質(zhì)量。b．碳纖維片材為導電材料，施工時應(yīng)遠離電器設(shè)備及電源，或采取可靠的防護措施。施工過程中應(yīng)避免碳纖維布的彎折。c．碳纖維布配套樹脂的原料應(yīng)密封儲存，遠離火源，避免陽光直接照射。同時粘結(jié)劑材料不得沾染生活水源，廢棄物不得倒入下水道，應(yīng)按環(huán)保要求集中處理。d．樹脂的配制和使用場所應(yīng)在室內(nèi)進行，其操作環(huán)境及施工場所應(yīng)保持通風良好。現(xiàn)場施工人員應(yīng)采取相應(yīng)的勞動保護措施。

2．3 部分節(jié)點做法

1)柱加固節(jié)點做法:范圍(－0．500至標頂)。柱根部－0．500標高部位用200×5鋼板環(huán)向粘貼。M12螺栓@280加壓固定，加固72 h后，對柱周邊澆筑400 mm寬的C15混凝土至－0．050。固定螺栓錨固15 d，見圖2。柱交梁:外豎向纖維布粘貼于梁底錨固長度200 mm，見圖3。柱上所有碳纖維布粘貼環(huán)向圍束搭接長度為200 mm。

2)所有梁附加碳纖維布100 mm寬@200 mm U形箍條。U形碳纖維布箍條上部壓條參照圖結(jié)施－13中梁節(jié)點做法。屋面梁加固粘碳纖維布U形箍條變?yōu)榄h(huán)向圍束。

圖2 柱根部加固節(jié)點做法示意圖

圖3 柱交梁處碳纖維布加固示意圖

所有梁底、梁頂粘鋼加固，鋼板兩端與原結(jié)構(gòu)柱連接采用尺寸為400×200厚的加固粘貼鋼板。鋼板焊接后，灌注結(jié)構(gòu)膠(焊接鋼板部位400 mm范圍內(nèi)在粘貼時不要涂膠后灌注方式)，加壓鋼板附加2根M24的錨栓，深度為360 mm(見圖4)。

所有梁底、梁面粘碳纖維布加固時，端部下翻、上翻延伸，結(jié)構(gòu)柱粘貼錨固200mm。梁兩端與原結(jié)構(gòu)柱連接采用尺寸為－200×0．167厚的碳纖維布柱環(huán)向加壓錨固。

圖4 梁底、梁頂粘鋼加固示意圖

3 結(jié)語

本次結(jié)構(gòu)加固工程情況復雜、加固方法多樣，且通過了省質(zhì)監(jiān)站組織的省內(nèi)著名結(jié)構(gòu)專家進行的專家論證會，從加固方案到施工過程進行了專家論證，從技術(shù)上保證了該加固工程的可行性、可靠性，加固工程保質(zhì)完成。在新的建筑業(yè)形勢下將會遇到許多復雜未知的施工情況，需要我們建筑一線技術(shù)人員不斷努力學習，總結(jié)經(jīng)驗為今后工作打好基礎(chǔ)。