粘碳纤维布及粘钢结构加固施工

齐延年

(山西六建集团有限公司，山西太原 030024)

在太原武宿国际机场1号航站楼改造工程施工中进行了大量结构加固施工。其中使用最多的是粘碳纤维布、粘钢结构加固形式。现将其施工工艺进行总结，积累施工经验，希望对以后遇到同类施工有所帮助。

加固工程基本概况:太原机场1号航站楼改造工程中根据新的使用功能划分对原结构进行受力分析，对不满足要求的构件进行加固，加固方法采用粘钢法590 m2和粘碳纤维法6 500 m2，局部采用增大梁截面法，56根框架柱粘碳纤维加固;其余部分板开洞部位加固、新增上屋面楼梯部位加固、新增设备荷载部位加固。

1 应用范围

粘碳纤维布法、粘钢法是工程结构加固最常见也是应用最广泛的两种方法，它主要应用在梁、柱结构部位。一栋旧的建筑物在改造时，或者在增加荷载时，它的受力特点就发生了变化，所以在这种情况下我们就必须在旧结构上经过计算其受力后进行加固。

2 加固施工方法

2．1 粘钢加固施工

粘钢需使用结构胶和植栓粘结固定钢板使其同需加固构件共同受力。

粘钢工艺流程:卸荷→定位放线→基层处理(混凝土面、钢件)→预贴→打孔(包括加压胀栓孔)、植栓→调制结构胶→涂胶(钢件、混凝土面)→粘贴、加压→固化、养护→卸支撑加压设备→检验、验收。

具体施工步骤:

1)结构构件卸荷:本工程墙体、装饰层拆除后，已经处于结构构件卸荷状态。

2)定位放线:首先熟悉图纸，明确加固范围及部位，然后在混凝土构件上弹线，标出粘贴位置(轮廓线)，并在此基础上四周各加宽不小于50 mm的加宽打磨区(为避免清理时污染已处理过的混凝土面)。

3)基层处理:混凝土面基层处理:粘结前对被粘物的表面进行处理，使表面清洁、无油、无浮灰及松散结构，保持干燥、粗糙。对原混凝土构件粘合面用硬毛刷蘸高效洗涤剂，先除去其表面油污，后用清水冲洗，再对粘合面进行打磨(打磨机具使用角磨机配置金刚石磨片);除去1 mm～3 mm厚混凝土面层，直至完全露出新的混凝土面，并用无油压缩空气吹除粉尘。最后，用脱脂棉蘸丙酮擦拭表面2遍～3遍即可。处理后表面若有严重凹凸不平的部分，用环氧砂浆修补找平。

4)钢件处理:如钢件未生锈或轻微锈蚀，用角磨光机打磨，直至出现金属光泽。打磨粗糙度越大越好，打磨纹路与钢件受力方向垂直。钢件锈蚀严重，先用稀盐酸浸泡20 min，使锈层脱落，再用石灰水冲洗中和酸离子，用清水清洗干净，最后用平砂轮或角磨机打磨出纹路，再用脱脂棉蘸丙酮擦拭2遍～3遍(打磨后的钢板要存放在干燥处，避免潮气生锈或表面弄脏)。钢件、混凝土面处理合格后进行预贴，预贴时钢件与混凝土面应基本吻合，并与粘贴线吻合。根据设计要求，需加设胀栓，先对混凝土面成孔，成孔符合相应有关要求，并用无油压缩空气吹净或丙酮清孔。如预贴不合格可进行人工处理，处理方法为:对偏差较大的采用人工剔凿、打磨，并对经剔凿产生的凹、凸处用环氧树脂砂浆修补，使其完全吻合。钢件采用焊接方式接长。钢板切坡口，采用E53焊条。焊接后需打磨平整。如有加固部位需要焊接，焊口部位800 mm采用后注胶粘结。

5)预贴:钢板根据现场定位放线位置进行预贴，根据实际位置打孔植栓。待锚栓固化后方可进行下道工序。柱上植栓固定钢板采用后注胶粘结。植栓工艺流程:定位放线→机械成孔→清孔→钢筋处理→配胶→钢筋→固定、养护→检验。具体施工步骤:a．定位放线:根据结构加固图进行放线，并在预贴后测放出钻孔位置线(钢筋孔位应避开原结构主筋并按设计要求合理布置)。b．机械成孔:按设计图纸要求在规定位置成孔，孔深、孔径达到设计要求深度:15d。成孔机械选用电锤。c．清孔:电锤成孔后，用无油压缩空气将孔内浮尘吹尽，并用棉丝擦拭孔壁两次，最后用脱脂棉丝蘸丙酮擦拭两次，再用干净的棉丝将孔口封闭，以防止粉尘或砂粒进入孔内。d．配胶:植栓用胶要提前报甲方、监理签字认可后方可使用，胶的配制和使用要严格遵照相应产品使用说明。e．植栓:首先将配制好的胶注入孔内，然后缓慢将螺栓插入孔内，同时要求螺栓旋转，使结构胶从孔口溢出，排出孔内空气;待螺杆插好后，用环氧胶泥封口，以免胶在固化期间向外流淌;螺杆外露长度应符合施工、规范要求。f．固定、养护:植栓施工完毕后，凝胶硬化过程中要保证锚固螺栓不受扰动。g．检验、验收:植栓24 h后进行拉拔试验。验收必须符合设计图纸和相关规范的要求，验收合格后，才可以进行下道工序。

6)配制结构胶:粘结剂为甲、乙两组分，使用前应进行现场质量检查，合格后方能使用。配制时，将甲组分桶装物事先搅拌，然后将已按比例分装的乙组分按甲∶乙=3∶1比例放在容器内，用低速搅拌机以100 r/min～200 r/min搅拌至色泽均匀，一般约10 min～15 min即可，容器不得有油污或进入雨水，搅拌应按同一方向进行。一次配胶量不得超过10 kg，应尽量少配，随用随配。温度越高，胶的固化时间越短。30 min内，要将配好的结构胶用完。

7)粘贴、加压:a．手工涂胶:对于厚度不大于5 mm的钢板，采用手工涂胶的方式粘贴。结构胶粘剂配制好后，用油灰刀同时涂抹在已处理好的混凝土和钢件表面，钢板表面涂抹厚度为1 mm～3 mm，以中间厚边缘薄为宜，然后将钢件贴于预定位置。若是立面粘贴，为防止流淌，加一层脱蜡玻璃丝布。粘好钢件后，可用小锤沿粘贴面轻轻敲钢件。如无空鼓声，表示已粘贴密实。粘贴密实度锚固区应达到90%以上。非锚固区应达到70%以上，否则应剥下钢件，重新粘贴，直至空鼓面积达到规范要求。b．压力注胶:粘贴厚度大于5 mm的钢板，采用压力注胶的方式粘贴。

将钢构件用专用卡具固定，用电焊点焊固定后进行焊接;焊接材料要符合图纸要求，焊缝没有夹渣、咬边、未焊透等焊接缺陷，焊缝外观表面平整，焊缝尺寸达到设计要求。焊接经检查合格后进行封缝。

用环氧胶泥封缝，封缝前应先涂刷一层环氧浆液，每隔1 m左右放置一根注胶管(注意:在根部必须放一根注胶管，在顶部必须放一根出气管)。环氧胶泥一定要压严实，防止注胶时泄露，造成工料浪费。

将注胶管接通压缩空气试压，试压压力不要过大，如果没有气阻现象，则可进行下道工序。

灌注采用专用压力灌浆器，灌注时应由下向上，由一端到另一端地进行，使胶慢慢从底部向上流，直至注满整个钢材与混凝土之间的间隙。注意注胶时压力不宜超过0．2 MPa～0．3 MPa，维持此压力继续灌注，一旦出浆，立即关闭阀门;这时钢件内的浆液不一定十分饱满，还会有吸浆现象，因此在胶刚从出气孔流出时，不应马上停止注胶，而应用较小的压力维持一段时间(10 s左右)，方可停止灌浆，并用高强树脂胶泥堵孔。灌浆结束后，应立即拆除管路和设备;并用丙酮冲洗管路和设备;灌注后不应对钢材进行锤击、移动、焊接。

8)固定与加压:钢件粘贴好后，立即用胀栓加压，压力保持为0．05 MPa～0．1 MPa，以使胶液刚从钢件边缘挤出为度。

9)施工安全及注意事项:a．甲组分的使用时间(5 kg～10 kg胶量):5℃:4 h，25℃:25min。随着温度升高，使用时间将缩短，因此混合好后要立即涂敷完，混合后放置时间过长就会失去粘结性能而不能使用，宜“用多少配多少”，以免造成浪费。b．涂胶时的环境温度宜在10℃ ～30℃之间，粘结时，被粘结物的温度不能低于5℃。c．取用甲、乙两组分的工具不能相互混用。d．分散的甲、乙组分如果一次性用不完必须盖紧密封。e．在涂抹混合剂时必须戴上手套，如果手上或皮肤粘上混合剂，可用丙酮擦去，然后用水洗净。f．配制粘结剂用的原料应密封贮存，远离火源，避免阳光直接照射。配制和使用场所，必须保持通风良好。g．操作人员应穿工作服，戴防护口罩和手套。h．工作场所应配备必要的灭火器。

2．2 碳纤维布加固施工

施工工艺流程见图1。

具体施工步骤:

1)定位放线:首先熟悉图纸，明确加固范围及部位，然后在构件上弹线，弹出粘贴位置(轮廓线)，并在此基础上四周各加宽不小于50 mm的加宽打磨区。

2)表面处理:清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，并用修复材料将表面修复平整;被粘贴的混凝土表面应打磨平整，除去表面浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构新面，且表面平整度应小于5 mm/m，转角粘贴处应进行导角处理并打磨成圆弧状，梁圆弧半径应不得小于20 mm，柱圆弧半径不得小于25 mm;混凝土表面应用强力吹风器吹净并用丙酮擦拭干净，同时使混凝土表面保持干燥。当表面含水率大于4%或环境温度小于5℃时应采取措施，达到要求后方可施工。

3)裁切碳纤维布:被粘布材应按照设计尺寸结合现场实际情况准确下料，要求裁剪下料时不乱丝，不断丝。裁剪后织物宽度不 应小于100 mm。

图1 碳纤维布加固施工工艺流程

4)配制、涂刷底层树脂:按产品生产厂家提供的工艺规定配制底层树脂。配胶应由专人负责，调胶工具应为低速搅拌器，搅拌应均匀且无气泡产生，并防止灰尘等杂质混入;采用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，在底层树脂表面指触干燥后，尽快进行下一道工序的施工。

5)找平处理:按设计要求配制找平材料环氧树脂砂浆;对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，不应有棱角;转角处应用找平材料修理成为光滑的圆弧，梁的圆弧半径不小于20 mm，柱圆弧半径不小于25 mm;在找平材料表面指触干燥后，尽快进行下一道工序的施工。

6)粘贴碳纤维布:按产品生产厂家提供的工艺规定配制浸渍树脂，并均匀涂抹于粘贴部位;将碳纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置，采用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布;多层粘贴时应重复上述过程，并在碳纤维表面的粘结剂达到指触干燥时及时进行下一层的粘贴;应在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。柱上所有碳纤维布粘贴环向围束，搭接长度为200 mm。

7)固化养护:粘结剂的固化，一般在常温下即可。对于粘贴好的碳纤维布在24 h内严禁扰动。

8)注意事项:a．本工程碳纤维多层粘贴的数量较大，应按照以上工序检验程序，严格控制好每道工序的施工质量。b．碳纤维片材为导电材料，施工时应远离电器设备及电源，或采取可靠的防护措施。施工过程中应避免碳纤维布的弯折。c．碳纤维布配套树脂的原料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射。同时粘结剂材料不得沾染生活水源，废弃物不得倒入下水道，应按环保要求集中处理。d．树脂的配制和使用场所应在室内进行，其操作环境及施工场所应保持通风良好。现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。

2．3 部分节点做法

1)柱加固节点做法:范围(－0．500至标顶)。柱根部－0．500标高部位用200×5钢板环向粘贴。M12螺栓@280加压固定，加固72 h后，对柱周边浇筑400 mm宽的C15混凝土至－0．050。固定螺栓锚固15 d，见图2。柱交梁:外竖向纤维布粘贴于梁底锚固长度200 mm，见图3。柱上所有碳纤维布粘贴环向围束搭接长度为200 mm。

2)所有梁附加碳纤维布100 mm宽@200 mm U形箍条。U形碳纤维布箍条上部压条参照图结施－13中梁节点做法。屋面梁加固粘碳纤维布U形箍条变为环向围束。

图2 柱根部加固节点做法示意图

图3 柱交梁处碳纤维布加固示意图

所有梁底、梁顶粘钢加固，钢板两端与原结构柱连接采用尺寸为400×200厚的加固粘贴钢板。钢板焊接后，灌注结构胶(焊接钢板部位400 mm范围内在粘贴时不要涂胶后灌注方式)，加压钢板附加2根M24的锚栓，深度为360 mm(见图4)。

所有梁底、梁面粘碳纤维布加固时，端部下翻、上翻延伸，结构柱粘贴锚固200mm。梁两端与原结构柱连接采用尺寸为－200×0．167厚的碳纤维布柱环向加压锚固。

图4 梁底、梁顶粘钢加固示意图

3 结语

本次结构加固工程情况复杂、加固方法多样，且通过了省质监站组织的省内著名结构专家进行的专家论证会，从加固方案到施工过程进行了专家论证，从技术上保证了该加固工程的可行性、可靠性，加固工程保质完成。在新的建筑业形势下将会遇到许多复杂未知的施工情况，需要我们建筑一线技术人员不断努力学习，总结经验为今后工作打好基础。