粘碳纖維布及粘鋼結構加固施工

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構加固施工。其中使用最多的是粘碳纖維布、粘鋼結構加固形式。現將其施工工藝進行總結，積累施工經驗，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新的使用功能劃分對原結構進行受力分析，對不滿足要求的構件進行加固，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、新增設備荷載部位加固。

1 應用范圍

粘碳纖維布法、粘鋼法是工程結構加固最常見也是應用最廣泛的兩種方法，它主要應用在梁、柱結構部位。一棟舊的建筑物在改造時，或者在增加荷載時，它的受力特點就發生了變化，所以在這種情況下我們就必須在舊結構上經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

粘鋼需使用結構膠和植栓粘結固定鋼板使其同需加固構件共同受力。

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→調制結構膠→涂膠(鋼件、混凝土面)→粘貼、加壓→固化、養護→卸支撐加壓設備→檢驗、驗收。

具體施工步驟:

1)結構構件卸荷:本工程墻體、裝飾層拆除后，已經處于結構構件卸荷狀態。

2)定位放線:首先熟悉圖紙，明確加固范圍及部位，然后在混凝土構件上彈線，標出粘貼位置(輪廓線)，并在此基礎上四周各加寬不小于50 mm的加寬打磨區(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、無浮灰及松散結構，保持干燥、粗糙。對原混凝土構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基本吻合，并與粘貼線吻合。根據設計要求，需加設脹栓，先對混凝土面成孔，成孔符合相應有關要求，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，并對經剔鑿產生的凹、凸處用環氧樹脂砂漿修補，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。

5)預貼:鋼板根據現場定位放線位置進行預貼，根據實際位置打孔植栓。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。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、養護→檢驗。具體施工步驟:a．定位放線:根據結構加固圖進行放線，并在預貼后測放出鉆孔位置線(鋼筋孔位應避開原結構主筋并按設計要求合理布置)。b．機械成孔:按設計圖紙要求在規定位置成孔，孔深、孔徑達到設計要求深度: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。d．配膠:植栓用膠要提前報甲方、監理簽字認可后方可使用，膠的配制和使用要嚴格遵照相應產品使用說明。e．植栓:首先將配制好的膠注入孔內，然后緩慢將螺栓插入孔內，同時要求螺栓旋轉，使結構膠從孔口溢出，排出孔內空氣;待螺桿插好后，用環氧膠泥封口，以免膠在固化期間向外流淌;螺桿外露長度應符合施工、規范要求。f．固定、養護: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。驗收必須符合設計圖紙和相關規范的要求，驗收合格后，才可以進行下道工序。

6)配制結構膠:粘結劑為甲、乙兩組分，使用前應進行現場質量檢查，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，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，攪拌應按同一方向進行。一次配膠量不得超過10 kg，應盡量少配，隨用隨配。溫度越高，膠的固化時間越短。30 min內，要將配好的結構膠用完。

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。結構膠粘劑配制好后，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。粘貼密實度錨固區應達到90%以上。非錨固區應達到70%以上，否則應剝下鋼件，重新粘貼，直至空鼓面積達到規范要求。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，焊縫尺寸達到設計要求。焊接經檢查合格后進行封縫。

用環氧膠泥封縫，封縫前應先涂刷一層環氧漿液，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，如果沒有氣阻現象，則可進行下道工序。

灌注采用專用壓力灌漿器，灌注時應由下向上，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，維持此壓力繼續灌注，一旦出漿，立即關閉閥門;這時鋼件內的漿液不一定十分飽滿，還會有吸漿現象，因此在膠剛從出氣孔流出時，不應馬上停止注膠，而應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。灌漿結束后，應立即拆除管路和設備;并用丙酮沖洗管路和設備;灌注后不應對鋼材進行錘擊、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．涂膠時的環境溫度宜在10℃ ～30℃之間，粘結時，被粘結物的溫度不能低于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．配制粘結劑用的原料應密封貯存，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．操作人員應穿工作服，戴防護口罩和手套。h．工作場所應配備必要的滅火器。

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，然后在構件上彈線，彈出粘貼位置(輪廓線)，并在此基礎上四周各加寬不小于50 mm的加寬打磨區。

2)表面處理:清除被加固構件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結構層，并用修復材料將表面修復平整;被粘貼的混凝土表面應打磨平整，除去表面浮漿、油污等雜質，直至完全露出混凝土結構新面，且表面平整度應小于5 mm/m，轉角粘貼處應進行導角處理并打磨成圓弧狀，梁圓弧半徑應不得小于20 mm，柱圓弧半徑不得小于25 mm;混凝土表面應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%或環境溫度小于5℃時應采取措施，達到要求后方可施工。

3)裁切碳纖維布:被粘布材應按照設計尺寸結合現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:按產品生產廠家提供的工藝規定配制底層樹脂。配膠應由專人負責，調膠工具應為低速攪拌器，攪拌應均勻且無氣泡產生，并防止灰塵等雜質混入;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:按設計要求配制找平材料環氧樹脂砂漿;對混凝土表面凹陷部位用找平材料填補平整，不應有棱角;轉角處應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:按產品生產廠家提供的工藝規定配制浸漬樹脂，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;多層粘貼時應重復上述過程，并在碳纖維表面的粘結劑達到指觸干燥時及時進行下一層的粘貼;應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向圍束，搭接長度為200 mm。

7)固化養護:粘結劑的固化，一般在常溫下即可。對于粘貼好的碳纖維布在24 h內嚴禁擾動。

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

2．3 部分節點做法

1)柱加固節點做法: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施－13中梁節點做法。屋面梁加固粘碳纖維布U形箍條變為環向圍束。

圖2 柱根部加固節點做法示意圖

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，鋼板兩端與原結構柱連接采用尺寸為400×200厚的加固粘貼鋼板。鋼板焊接后，灌注結構膠(焊接鋼板部位400 mm范圍內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，結構柱粘貼錨固200mm。梁兩端與原結構柱連接采用尺寸為－200×0．167厚的碳纖維布柱環向加壓錨固。

圖4 梁底、梁頂粘鋼加固示意圖

3 結語

本次結構加固工程情況復雜、加固方法多樣，且通過了省質監站組織的省內著名結構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，從技術上保證了該加固工程的可行性、可靠性，加固工程保質完成。在新的建筑業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人員不斷努力學習，總結經驗為今后工作打好基礎。