粘鋼在建筑物加固中的應用

潘演員 孫 鋒

一、前言

根據初步設計報告建議，安慶市花涼亭水庫泄水建筑物缺陷擬采用粘鋼加固技術進行修復加固，泄水建筑物主要缺陷如下：（1）泄洪隧洞混凝土結構多處存在鋼筋銹脹現象，部分鋼筋銹蝕嚴重；（2）經過復核計算，泄洪隧洞出口弧形門支座附近閘墩的局部受拉區的裂縫控制、閘墩局部受拉區扇形鋼筋面積不滿足《水工混凝土結構設計規范》（SL/T191-96） 要求；（3）泄洪隧洞出口弧形閘門的兩個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，為增強支撐梁結構安全儲備，確保安全，擬對梁端進行加固處理，提高支撐梁兩端抗剪安全系數。

二、施工方法及質量控制

1.被粘物的表面處理

粘鋼加固混凝土結構，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，提高膠結力；改變被粘物表面化學結構，便于膠粘劑的浸潤。

（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。如濕度過大，采用熱風或紅外線加熱干燥。

對于濕度較大的混凝土構件或齡期在三個月內的構件，因一般樹脂類膠粘劑在潮濕的基層上粘結強度會大幅降低，故除滿足上述要求外，需進行人工干燥。

（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，膠結性能差，在粘結前必須進行表面處理。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

粘鋼加固用結構膠基本上為甲、乙兩組分，在使用現場臨時配制。配制按產品使用說明書的規定進行，但由于膠的限時性較強，使用前應作現場試配，根據當時當地氣溫條件及存放時間長短作適當調整，選擇各項力學性能指標均為最優的配比。

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

3.鋼板的粘貼

膠粘劑配制好以后，用刮刀同時涂抹在已處理好的混凝土表面和鋼板結合面上。宜先用少量膠于結合面來回刮抹數遍，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定位置。若是立面粘貼，為防止流淌，應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，如無空洞聲，表示已粘貼密實；否則應剝下鋼板補膠，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。當采用方木頂撐時，為使鋼板受力均勻，鋼板下應放置表面平直的木方，木方下設木支柱，木支柱間距不大于1m，支柱下設木楔，以防支頂過程中鋼板產生移動。當室內凈空較高的結構加固時，應采用圖1—d的支頂方法進行加壓固定，木橫梁擱置在墻或柱上。采用木支柱加壓方式，在固化期內應避免碰撞木支柱。

若鋼板加壓后出現局部膠液未擠出現象，應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，一般兼作鋼板的永久附加錨固措施，其埋設孔洞應與鋼板一道于涂膠之前配鉆。

5.養護、固化和防腐處理

為確保膠結質量，首先要將膠結面貼緊，然后按膠粘劑的要求進行養護和固化，避免膠結面滑移、剝離、翹邊和起泡。

一般環氧膠粘劑4℃以下就不反應，故要在最低的養護溫度以上進行固化。國內目前使用的幾種結構膠粘劑都是在常溫（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，固化期間應采用紅外線燈進行人工加溫。固化期間不得對粘貼鋼板有任何攪動。

加固后，加固鋼板應按設計要求進行防腐處理。環境干燥無腐蝕氣體、酸堿溶液浸蝕鋼板時，在鋼板表面涂刷一層除銹油漆即可。當外抹砂漿保護防腐時，為了有利于砂漿的粘結，應在鋼板表面粘結或外包一層鉛絲網或點粘一層豆石，并在抹灰時涂刷一道混凝土界面劑。

6.粘鋼加固混凝土結構膠結工藝的物理力學性能檢驗

膠結工藝的物理力學性能檢驗主要包括鋼—鋼粘結抗剪強度的檢驗、鋼—混凝土粘結抗剪強度和鋼—混凝土粘結抗拉強度的檢驗。

（1）鋼—鋼粘結抗剪強度的檢驗

制備鋼—鋼拉伸剪切試件5個，進行粘結抗剪強度試驗。所測的鋼—鋼粘結抗剪強度試驗值不得低于該種膠的相應規定（見圖2）。

（2）鋼—混凝土粘結抗剪強度的檢驗

如圖3所示，采用強度等級為C40或C40以上的高強混凝土試塊與鋼板粘結，作雙剪試驗，鋼板與混凝土之間的粘結面積為2mm×30mm×40mm。只有當破壞發生在混凝土上方屬合格。

（3）鋼—混凝土粘結抗拉強度檢驗

如圖4所示，采用強度等級≥C40的高強混凝土試塊與鋼板對粘，進行軸拉試驗，鋼板與混凝土之間的粘結面積為2mm×30mm×40mm。其粘結抗拉強度應大于或等于混凝土的抗拉強度，即破壞發生在混凝土上方屬合格。

三、結語

因建筑物運行年限較久，時常會碰到結構承載力不能滿足設計要求等問題，需進行加固。與其他加固方法相比，粘鋼加固施工干凈利落，完成加固后的結構外觀不改變。鋼板屬于薄結構因此結構自重增加極微，不會導致建筑物內其他構件的連鎖加固。經過工程實踐證明粘鋼加固工藝完全能保證加固工程的質量，加固后結構強度和剛度都能滿足設計及規范要求，并且粘鋼加固施工速度快、不影響建筑物正常運行，適合加固工程所要求的短、快、省的特點■