結(jié)構(gòu)膠在地鐵車站建設(shè)中的應(yīng)用研究

摘要：文章介紹了結(jié)構(gòu)膠在國內(nèi)的現(xiàn)狀及應(yīng)用范圍，通過對結(jié)構(gòu)膠優(yōu)勢的研究，重點分析了結(jié)構(gòu)膠在地鐵車站中的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)膠可用來在地鐵站建設(shè)中加固車站墻體，提高車站墻體穩(wěn)固性。結(jié)構(gòu)膠通過粘結(jié)鋼材結(jié)構(gòu)，加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，提高車站鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐用性，克服因長期使用導(dǎo)致的老化、開裂等缺陷。結(jié)構(gòu)膠還應(yīng)用在地鐵車站梁柱及墻體裂縫修復(fù)中，常用的JCN等多種型號結(jié)構(gòu)膠用于裂縫修復(fù)，具有工藝效果好，粘結(jié)強度高，固化時間短，適應(yīng)性強等多種優(yōu)點。最后對結(jié)構(gòu)膠的發(fā)展做了展望。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)膠;地鐵車站;應(yīng)用

中圖分類號：TQ436+.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）09-0035-04

0 引言

從1978年結(jié)構(gòu)膠被引入中國后，逐漸受到了人們的青睞，其強度高、抗剝離、耐沖擊、施工工藝簡便等特點讓它的應(yīng)用面廣泛。例如，金屬、陶瓷、塑料、橡膠、木材等相同材料或者不同種材料之間的粘接[1]。此外，結(jié)構(gòu)膠還可以部分代替焊接、鉚接等傳統(tǒng)連接形式，簡化了施工操作。且使用結(jié)構(gòu)膠的結(jié)合面應(yīng)力分布均勻，對零件無熱影響和變形。結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用十分廣泛，主要用于構(gòu)件的加固、粘接、修補等;如粘鋼，粘碳纖維，植筋，裂縫補強、密封，孔洞修補、道釘粘貼、表面防護、混凝土粘接等[2].

1 結(jié)構(gòu)膠的簡介

1.1 結(jié)構(gòu)膠的定義

結(jié)構(gòu)膠是指強度高（壓縮強度>65MPa，鋼一鋼正拉粘接強度>30MPa，抗剪強度>18MPa），能夠承受較大負(fù)荷，且耐老化、耐疲勞、耐腐蝕，性能穩(wěn)定（在預(yù)期壽命內(nèi)），適用于承受強力的結(jié)構(gòu)件粘接的膠粘劑。部分結(jié)構(gòu)膠主要性能如表1所示，相比于其他連接材料，結(jié)構(gòu)膠粘劑具有明顯的優(yōu)勢：①結(jié)構(gòu)膠制造工藝成熟，制造成本較低，因此使用成本低[3]。②結(jié)構(gòu)膠使用工藝簡單，結(jié)構(gòu)膠的使用加速了施工速度，改進了建筑質(zhì)量。③結(jié)構(gòu)膠廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，加固和修復(fù)效果好，可使得加固后的耐受強度高于未加固之前[4]。

1.2 結(jié)構(gòu)膠的使用方法

第1步：對需要進行修補或者使用結(jié)構(gòu)膠的對象表面進行粗化處理，再使用清洗劑進行清洗。第2步：配制結(jié)構(gòu)膠。按質(zhì)量比A：B=4：1或體積比3：1將A、B兩組份混合均勻，并在規(guī)定操作時限內(nèi)用完。第3步：將調(diào)制好的結(jié)構(gòu)膠均勻的涂布在需要粘接的表面。第4步：固化。在20 - 25。C下保持24h來固化結(jié)構(gòu)膠，或者80℃下固化2h，固化后即可投入使用。

1.3 結(jié)構(gòu)膠的優(yōu)勢

在建筑施工工程中，通常會因為各種原因使建成的建筑物達(dá)不到設(shè)計要求，例如：設(shè)計原因，施工不當(dāng)、使用產(chǎn)生的破壞等。這樣的建筑可能會危害人的健康，因此需要對建筑進行修補加固。使用建筑結(jié)構(gòu)膠對各種部件進行加固、修補、粘接具有傳統(tǒng)方法無法比擬的優(yōu)勢。用結(jié)構(gòu)膠這樣的合成材料來加固構(gòu)件，比一般的鉚、焊受力均勻，材料不會產(chǎn)生應(yīng)力集中，使得加固后的材料更耐疲勞，構(gòu)件的整體性和抗裂性能夠更好。結(jié)構(gòu)膠使用方法簡單、工藝簡便，耗時短。施工到使用時間一般為1 - 2d。使用結(jié)構(gòu)膠進行加固，不會影響建筑的外觀設(shè)計，不占用多余空間，不影響原本的設(shè)計，保持美觀的同時能夠達(dá)到建筑強度要求。結(jié)構(gòu)膠具有更加優(yōu)異的物理機械性能，其本身強度大大超過原強度。粘接性能好，耐永、耐介質(zhì)性優(yōu)良。在施工中可以提高效率，降低成本，節(jié)約能源。

1.4 我國結(jié)構(gòu)膠的現(xiàn)狀

我國結(jié)構(gòu)膠雖然起步較晚，但近年來發(fā)展較快。首先體現(xiàn)在產(chǎn)量上突飛猛進，由上世紀(jì)八十年代起步的年產(chǎn)量的幾噸到目前可以達(dá)到年產(chǎn)量幾千噸。其次，應(yīng)用范圍不斷擴大，最開始的應(yīng)用是一般建筑物的梁加固，目前已經(jīng)擴大到橋梁的加固，包括公路用橋梁以及鐵路橋梁，支撐柱、墻面、板面等的加固修復(fù)，一般建筑物的加固及抗震應(yīng)用等。同時，結(jié)構(gòu)膠的品種類型不斷增多，性能也不斷提高，目前常用的結(jié)構(gòu)膠品種達(dá)20多個，按組成類別可分為環(huán)氧氨基甲酸酯，氧氣橡膠，環(huán)氧丙烯酸，環(huán)氧樹脂及其涂料，改性橡膠，納米材料結(jié)構(gòu)膠，丙烯酸酯和無機物等，應(yīng)用條件也大大拓展，有耐溫型、耐熱型、可潮濕施工型、常溫施工型、干燥施工型、灌注型等。其不同型號對于的應(yīng)用范圍和應(yīng)用實例見表2。結(jié)構(gòu)膠的性能隨著不同的應(yīng)用條件要求也不同，除了滿足常規(guī)的粘結(jié)強度要求外，我國還開發(fā)了許多具有特種使用性能的結(jié)構(gòu)膠，如可顯著提高結(jié)構(gòu)膠的柔韌性的納米材料結(jié)構(gòu)膠，改結(jié)構(gòu)膠具有較強的致密防水、抗老化、抗剪強度等優(yōu)異性能[5];可用于超過I50℃環(huán)境的耐高溫結(jié)構(gòu)膠等。隨著我國經(jīng)濟社會快速發(fā)展，結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用范圍及消耗量不斷增加，各種高質(zhì)量、高水平的結(jié)構(gòu)膠也不斷被開發(fā)、使用。

2 結(jié)構(gòu)膠在地鐵車站的應(yīng)用研究

2.1 提高地鐵車站墻體穩(wěn)固性

在地下車站的設(shè)計中，經(jīng)常使用磚砌體結(jié)構(gòu)。但是，結(jié)構(gòu)壁也是有缺陷的。這種設(shè)計是自支撐的，并且墻壁上的負(fù)載非常高，特別是混凝土的強度低，這導(dǎo)致剪切強度低和材料抗拉度較低，墻壁施工的安全性，時間久了墻體會容易開裂，這將嚴(yán)重影響墻體體結(jié)構(gòu)的安全性[6]。

正是這是不安全因素，因此墻體需采用一些加固方式，防止墻體開裂而產(chǎn)生嚴(yán)重后果。目前采用的加固方式主要有兩種，一種是直接加固法，即直接對全部墻體加固。另一種方法是灌注法，即在墻體施工過程中，磚塊之間的貼合過程中加入特定性能的結(jié)構(gòu)膠，從而達(dá)到增強砌體結(jié)構(gòu)粘合性，加大抗剪強度和抗拉強度的目的。注膠的過程是現(xiàn)場配置，采用特殊的灌漿機器，將特制的性能強于普通砂漿的結(jié)構(gòu)膠灌注于墻體的灰縫中，達(dá)到加固結(jié)構(gòu)的目的。其所采用的注膠方法也十分簡便，操作工具簡單，易于操作，經(jīng)濟成本低。常采用的注膠工具有電鉆，清灰器，膠槍，毛刷等。

注膠步驟也比較簡便，第1步是定位，找到需要加膠的墻體部位，一般是墻體的灰縫，然后對該部位標(biāo)記，根據(jù)墻體承重力大小決定選用不同的打孔直徑，為下一步注膠做計算。第2步是打孔，根據(jù)標(biāo)記的位置選用電鉆打孔，常用的打孔直徑為15-40mm之間，能夠保證良好的注膠效果及粘合力。第3步是清灰，把灰縫中的灰塵清理，為下一步注膠做準(zhǔn)備。第4步是最關(guān)鍵的注膠，注膠過程要根據(jù)膠體性能而定，如有的是常溫下注膠，有的是加熱高溫膠，同時，膠體的量要適度，達(dá)到剛好溢出孔徑為好。常用的結(jié)構(gòu)膠前文已講述，主要有環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠以及硅酮結(jié)構(gòu)膠等。第5步是密封，將注好膠的孔徑進行密封，常采用砂漿或者粘性較好的粘性土進行密封，這樣能夠保證膠體在孔徑內(nèi)起到良好粘合加固效果。主要的注膠過程示意圖如圖1所示。

2.2 加固地鐵站鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

我國地鐵站建設(shè)規(guī)模巨大，大量的地鐵站建設(shè)過程中必須要用到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單純使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)長期會有老化以等安全隱患。因此，需要采用可以操作簡便，經(jīng)久耐用的加固技術(shù)對鋼筋進行粘合加固。近年來，我國許多科研單位開發(fā)出了性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)膠用來加固建筑鋼結(jié)構(gòu)。典型的如JGN型結(jié)構(gòu)膠，用于粘合建筑鋼筋，粘合劑粘結(jié)減少了許多結(jié)構(gòu)部件的制造中的重量和復(fù)雜性，最顯著的是在地鐵站整體框架鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)搭建中。例如，通過將復(fù)合蒙皮板粘合到低密度（例如蜂窩）芯上而形成的夾心板，將獲得具有出色比剛度的結(jié)構(gòu)板[7]。此外，復(fù)合倍結(jié)構(gòu)膠劑的應(yīng)用也已擴展到鋁和鋼組件，其中使用環(huán)氧膠膜將硼一環(huán)氧復(fù)合補丁貼在金屬表面上，復(fù)合倍增劑和粘合膜被共固化，以有效地形成跨越基材裂縫的復(fù)合補片。這些加固程序可延長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，并消除或推遲了昂貴的維修工作。

碳纖維結(jié)構(gòu)膠是常用來加固鋼筋結(jié)構(gòu)的材料，該技術(shù)興起于20世紀(jì)80年代，并快速傳播到我國，目前已廣泛應(yīng)用到我國地鐵站建筑施工中。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有與良好機械性能，是地鐵站建筑施工的理想選擇。鋼筋混凝土的機械性能受物理和環(huán)境條件的影響很大。在鋼筋混凝土的應(yīng)用中應(yīng)考慮的關(guān)鍵問題是可靠性和耐久性。碳纖維結(jié)構(gòu)膠（ CFRP）由纖維和嵌入的聚合物基質(zhì)制成。碳纖維結(jié)構(gòu)膠表現(xiàn)出非常高的強度重量比，并有望在附著到拉伸面時提高鋼筋結(jié)構(gòu)的彎曲性能。碳纖維結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)鋼筋復(fù)合材料以其可行性，機械性能，經(jīng)濟可行性和耐用性等吸引了研究者的興趣。根據(jù)這些研究[8]，外部粘合碳纖維結(jié)構(gòu)膠已被驗證為增強鋼筋復(fù)合材材料和增強承重能力的有效方法。為了確保新建鋼筋混合結(jié)構(gòu)的可靠性并加強舊的或傳統(tǒng)的鋼筋復(fù)合結(jié)構(gòu)，已開發(fā)出碳纖維結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)復(fù)合材料，以增強地鐵站鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能并延長使用壽命。同時，碳纖維結(jié)構(gòu)膠粘合鋼筋結(jié)構(gòu)系統(tǒng)會不可避免地受到多種條件的影響，例如濕度條件和溫度等。碳纖維結(jié)構(gòu)膠片材和鋼筋之間的界面是碳纖維結(jié)構(gòu)膠粘合鋼筋混凝土系統(tǒng)中的重要區(qū)域，碳纖維結(jié)構(gòu)膠和鋼筋之間的粘合完整性對于鋼筋混凝土系統(tǒng)的整體性能以及實現(xiàn)有效的加固目標(biāo)至關(guān)重要。

2.3 修復(fù)地鐵車站梁及墻體裂縫

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的地鐵站隨著使用時間延長不可避免會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，常見的地鐵站梁柱的裂縫原因主要有設(shè)計缺陷導(dǎo)致大梁受載后產(chǎn)生較大負(fù)彎矩，由于受到的壓力越大，產(chǎn)生的負(fù)彎矩越大，梁端上部無法承受如此大的彎矩，從而產(chǎn)生梁裂縫。裂縫達(dá)到一定數(shù)值，會對整個梁柱以及地鐵車站的安全性。長久穩(wěn)定性造成安全隱患，為消除隱患，必須對裂縫進行修復(fù)處理。常用的修復(fù)處理方法為結(jié)構(gòu)膠與混凝土澆筑裂縫，達(dá)到修復(fù)目的。常采用JGN-F型結(jié)構(gòu)膠灌縫方法對裂縫進行修復(fù)[9]，修復(fù)過程十分簡便。首先是配置JGN-F型灌膠膠膠，然后對裂縫進行前處理，用打磨機將裂縫周邊磨平，再用鼓吹機吹干凈裂縫周邊灰塵，最后將配比均勻的密封結(jié)構(gòu)膠用灌漿機灌注到裂縫中，完成裂縫密封。經(jīng)修復(fù)后的梁柱及墻體可以達(dá)到加固的作用，滿足地鐵車站建筑安全的評價標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)膠裂縫修復(fù)方法經(jīng)濟高效，操作簡單，具有多種優(yōu)點，如結(jié)構(gòu)膠能夠緊密粘合多種材料，結(jié)合力牢固，同時，結(jié)構(gòu)膠固化時間短，大大縮短操作所需工期，節(jié)省施工時間。使用結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)的部位受力均勻且固化后強度高，高于一般混凝土的強度，這是結(jié)構(gòu)膠用于修復(fù)裂縫的最大優(yōu)勢，而且得益于受力均勻，后期不易出現(xiàn)受力不均導(dǎo)致的負(fù)彎矩集中裂縫現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)耐受強度及抗拉強度都會提升。

3 結(jié)語

結(jié)構(gòu)膠在我國的應(yīng)用范圍不斷擴大，品種以及類別也不斷增多，在提高地鐵車站的建筑強度，工程耐用性以及方便后期裂縫修復(fù)起到了很大作用。但是，目前結(jié)構(gòu)膠仍存在一些不足，如大規(guī)模應(yīng)用時間不長，技術(shù)積累不足，施工單位自行配置結(jié)構(gòu)膠難以達(dá)到技術(shù)要求規(guī)范，國內(nèi)結(jié)構(gòu)膠的性能與國外先進水平仍有一定差距，進口結(jié)構(gòu)膠成本較高。因此，應(yīng)深入研究開發(fā)性能更高，價格更經(jīng)濟實用的新型結(jié)構(gòu)膠，制訂結(jié)構(gòu)膠配置相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，便于結(jié)構(gòu)膠高效利用。

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作者簡介：舒承興（1979-），男，江西奉新人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：隧道橋梁。