粘钢在建筑物加固中的应用

潘演员 孙 锋

一、前言

根据初步设计报告建议，安庆市花凉亭水库泄水建筑物缺陷拟采用粘钢加固技术进行修复加固，泄水建筑物主要缺陷如下：（1）泄洪隧洞混凝土结构多处存在钢筋锈胀现象，部分钢筋锈蚀严重；（2）经过复核计算，泄洪隧洞出口弧形门支座附近闸墩的局部受拉区的裂缝控制、闸墩局部受拉区扇形钢筋面积不满足《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96） 要求；（3）泄洪隧洞出口弧形闸门的两个支臂坐落在支撑梁上，支撑梁承受弧形门推力，因弧形门推力较大，为增强支撑梁结构安全储备，确保安全，拟对梁端进行加固处理，提高支撑梁两端抗剪安全系数。

二、施工方法及质量控制

1.被粘物的表面处理

粘钢加固混凝土结构，其表面处理包括混凝土和钢板表面的处理。其目的在于除去妨碍胶结表面的疏松层和污物，制造有一定粗糙度的新鲜表面；增加被粘物的表面积，提高胶结力；改变被粘物表面化学结构，便于胶粘剂的浸润。

（1）混凝土的表面处理

粘钢加固的混凝土，含水率控制在6%以下。如湿度过大，采用热风或红外线加热干燥。

对于湿度较大的混凝土构件或龄期在三个月内的构件，因一般树脂类胶粘剂在潮湿的基层上粘结强度会大幅降低，故除满足上述要求外，需进行人工干燥。

（2）粘钢加固用钢板的表面处理

钢板由于受大气的氧化，在其表面生成氧化膜（即锈），其主要成分为Fe2O3和FeO（Fe3O4）。氧化膜凝聚力小，胶结性能差，在粘结前必须进行表面处理。钢板未生锈或轻微锈蚀，可用喷砂、砂布或平砂轮打磨，直至出现金属光泽。打磨粗糙度越大越好，打磨的纹路尽量与钢板受力方向垂直，其后用脱脂棉沾苯酮擦拭干净。

2.胶粘剂的配制

粘钢加固用结构胶基本上为甲、乙两组分，在使用现场临时配制。配制按产品使用说明书的规定进行，但由于胶的限时性较强，使用前应作现场试配，根据当时当地气温条件及存放时间长短作适当调整，选择各项力学性能指标均为最优的配比。

配制时，按规定配比称量，将甲、乙两组分分别倒入容器中进行搅拌。称量相对误差不宜超过2%～5%。搅拌容器不得有油污和水分，采用手工或机械沿同一方向搅拌，以免带入空气形成气泡降低粘结性能，直到色泽完全均匀（10～15min）为止。搅拌过程中严禁水滴溅入容器内。

3.钢板的粘贴

胶粘剂配制好以后，用刮刀同时涂抹在已处理好的混凝土表面和钢板结合面上。宜先用少量胶于结合面来回刮抹数遍，再抹至所需厚度，而且要中间厚边缘薄，然后将钢板粘贴于预定位置。若是立面粘贴，为防止流淌，应加一层脱蜡玻璃丝布。

钢板粘贴后，用手锤沿粘贴面轻轻敲击钢板，如无空洞声，表示已粘贴密实；否则应剥下钢板补胶，重新粘贴。

4.固定和加压

钢板粘贴好后立即用特制的U型夹具夹紧（图1—a）或用方木顶撑（图 1—b、1—c、1—d），压力保持为0.05～0.1MPa，以使胶液刚从钢板边缘挤出为度。当采用方木顶撑时，为使钢板受力均匀，钢板下应放置表面平直的木方，木方下设木支柱，木支柱间距不大于1m，支柱下设木楔，以防支顶过程中钢板产生移动。当室内净空较高的结构加固时，应采用图1—d的支顶方法进行加压固定，木横梁搁置在墙或柱上。采用木支柱加压方式，在固化期内应避免碰撞木支柱。

若钢板加压后出现局部胶液未挤出现象，应在此部位钢板与方木之间加塞插片或薄木楔，直至胶液挤出为止。

膨胀螺栓固定粘贴钢板时，一般兼作钢板的永久附加锚固措施，其埋设孔洞应与钢板一道于涂胶之前配钻。

5.养护、固化和防腐处理

为确保胶结质量，首先要将胶结面贴紧，然后按胶粘剂的要求进行养护和固化，避免胶结面滑移、剥离、翘边和起泡。

一般环氧胶粘剂4℃以下就不反应，故要在最低的养护温度以上进行固化。国内目前使用的几种结构胶粘剂都是在常温（20℃左右）下固化，24h即可拆除夹具或支撑，3d即可受力使用。若气温低于10℃时，固化期间应采用红外线灯进行人工加温。固化期间不得对粘贴钢板有任何搅动。

加固后，加固钢板应按设计要求进行防腐处理。环境干燥无腐蚀气体、酸碱溶液浸蚀钢板时，在钢板表面涂刷一层除锈油漆即可。当外抹砂浆保护防腐时，为了有利于砂浆的粘结，应在钢板表面粘结或外包一层铅丝网或点粘一层豆石，并在抹灰时涂刷一道混凝土界面剂。

6.粘钢加固混凝土结构胶结工艺的物理力学性能检验

胶结工艺的物理力学性能检验主要包括钢—钢粘结抗剪强度的检验、钢—混凝土粘结抗剪强度和钢—混凝土粘结抗拉强度的检验。

（1）钢—钢粘结抗剪强度的检验

制备钢—钢拉伸剪切试件5个，进行粘结抗剪强度试验。所测的钢—钢粘结抗剪强度试验值不得低于该种胶的相应规定（见图2）。

（2）钢—混凝土粘结抗剪强度的检验

如图3所示，采用强度等级为C40或C40以上的高强混凝土试块与钢板粘结，作双剪试验，钢板与混凝土之间的粘结面积为2mm×30mm×40mm。只有当破坏发生在混凝土上方属合格。

（3）钢—混凝土粘结抗拉强度检验

如图4所示，采用强度等级≥C40的高强混凝土试块与钢板对粘，进行轴拉试验，钢板与混凝土之间的粘结面积为2mm×30mm×40mm。其粘结抗拉强度应大于或等于混凝土的抗拉强度，即破坏发生在混凝土上方属合格。

三、结语

因建筑物运行年限较久，时常会碰到结构承载力不能满足设计要求等问题，需进行加固。与其他加固方法相比，粘钢加固施工干净利落，完成加固后的结构外观不改变。钢板属于薄结构因此结构自重增加极微，不会导致建筑物内其他构件的连锁加固。经过工程实践证明粘钢加固工艺完全能保证加固工程的质量，加固后结构强度和刚度都能满足设计及规范要求，并且粘钢加固施工速度快、不影响建筑物正常运行，适合加固工程所要求的短、快、省的特点■