结构胶在地铁车站建设中的应用研究

摘要：文章介绍了结构胶在国内的现状及应用范围，通过对结构胶优势的研究，重点分析了结构胶在地铁车站中的应用，结构胶可用来在地铁站建设中加固车站墙体，提高车站墙体稳固性。结构胶通过粘结钢材结构，加固钢筋混凝土结构，提高车站钢筋混凝土结构耐用性，克服因长期使用导致的老化、开裂等缺陷。结构胶还应用在地铁车站梁柱及墙体裂缝修复中，常用的JCN等多种型号结构胶用于裂缝修复，具有工艺效果好，粘结强度高，固化时间短，适应性强等多种优点。最后对结构胶的发展做了展望。

关键词：结构胶;地铁车站;应用

中图分类号：TQ436+.2

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）09-0035-04

0 引言

从1978年结构胶被引入中国后，逐渐受到了人们的青睐，其强度高、抗剥离、耐冲击、施工工艺简便等特点让它的应用面广泛。例如，金属、陶瓷、塑料、橡胶、木材等相同材料或者不同种材料之间的粘接[1]。此外，结构胶还可以部分代替焊接、铆接等传统连接形式，简化了施工操作。且使用结构胶的结合面应力分布均匀，对零件无热影响和变形。结构胶的应用十分广泛，主要用于构件的加固、粘接、修补等;如粘钢，粘碳纤维，植筋，裂缝补强、密封，孔洞修补、道钉粘贴、表面防护、混凝土粘接等[2].

1 结构胶的簡介

1.1 结构胶的定义

结构胶是指强度高（压缩强度>65MPa，钢一钢正拉粘接强度>30MPa，抗剪强度>18MPa），能够承受较大负荷，且耐老化、耐疲劳、耐腐蚀，性能稳定（在预期寿命内），适用于承受强力的结构件粘接的胶粘剂。部分结构胶主要性能如表1所示，相比于其他连接材料，结构胶粘剂具有明显的优势：①结构胶制造工艺成熟，制造成本较低，因此使用成本低[3]。②结构胶使用工艺简单，结构胶的使用加速了施工速度，改进了建筑质量。③结构胶广泛应用于建筑行业，加固和修复效果好，可使得加固后的耐受强度高于未加固之前[4]。

1.2 结构胶的使用方法

第1步：对需要进行修补或者使用结构胶的对象表面进行粗化处理，再使用清洗剂进行清洗。第2步：配制结构胶。按质量比A：B=4：1或体积比3：1将A、B两组份混合均匀，并在规定操作时限内用完。第3步：将调制好的结构胶均匀的涂布在需要粘接的表面。第4步：固化。在20 - 25。C下保持24h来固化结构胶，或者80℃下固化2h，固化后即可投入使用。

1.3 结构胶的优势

在建筑施工工程中，通常会因为各种原因使建成的建筑物达不到设计要求，例如：设计原因，施工不当、使用产生的破坏等。这样的建筑可能会危害人的健康，因此需要对建筑进行修补加固。使用建筑结构胶对各种部件进行加固、修补、粘接具有传统方法无法比拟的优势。用结构胶这样的合成材料来加固构件，比一般的铆、焊受力均匀，材料不会产生应力集中，使得加固后的材料更耐疲劳，构件的整体性和抗裂性能够更好。结构胶使用方法简单、工艺简便，耗时短。施工到使用时间一般为1 - 2d。使用结构胶进行加固，不会影响建筑的外观设计，不占用多余空间，不影响原本的设计，保持美观的同时能够达到建筑强度要求。结构胶具有更加优异的物理机械性能，其本身强度大大超过原强度。粘接性能好，耐永、耐介质性优良。在施工中可以提高效率，降低成本，节约能源。

1.4 我国结构胶的现状

我国结构胶虽然起步较晚，但近年来发展较快。首先体现在产量上突飞猛进，由上世纪八十年代起步的年产量的几吨到目前可以达到年产量几千吨。其次，应用范围不断扩大，最开始的应用是一般建筑物的梁加固，目前已经扩大到桥梁的加固，包括公路用桥梁以及铁路桥梁，支撑柱、墙面、板面等的加固修复，一般建筑物的加固及抗震应用等。同时，结构胶的品种类型不断增多，性能也不断提高，目前常用的结构胶品种达20多个，按组成类别可分为环氧氨基甲酸酯，氧气橡胶，环氧丙烯酸，环氧树脂及其涂料，改性橡胶，纳米材料结构胶，丙烯酸酯和无机物等，应用条件也大大拓展，有耐温型、耐热型、可潮湿施工型、常温施工型、干燥施工型、灌注型等。其不同型号对于的应用范围和应用实例见表2。结构胶的性能随着不同的应用条件要求也不同，除了满足常规的粘结强度要求外，我国还开发了许多具有特种使用性能的结构胶，如可显著提高结构胶的柔韧性的纳米材料结构胶，改结构胶具有较强的致密防水、抗老化、抗剪强度等优异性能[5];可用于超过I50℃环境的耐高温结构胶等。随着我国经济社会快速发展，结构胶的应用范围及消耗量不断增加，各种高质量、高水平的结构胶也不断被开发、使用。

2 结构胶在地铁车站的应用研究

2.1 提高地铁车站墙体稳固性

在地下车站的设计中，经常使用砖砌体结构。但是，结构壁也是有缺陷的。这种设计是自支撑的，并且墙壁上的负载非常高，特别是混凝土的强度低，这导致剪切强度低和材料抗拉度较低，墙壁施工的安全性，时间久了墙体会容易开裂，这将严重影响墙体体结构的安全性[6]。

正是这是不安全因素，因此墙体需采用一些加固方式，防止墙体开裂而产生严重后果。目前采用的加固方式主要有两种，一种是直接加固法，即直接对全部墙体加固。另一种方法是灌注法，即在墙体施工过程中，砖块之间的贴合过程中加入特定性能的结构胶，从而达到增强砌体结构粘合性，加大抗剪强度和抗拉强度的目的。注胶的过程是现场配置，采用特殊的灌浆机器，将特制的性能强于普通砂浆的结构胶灌注于墙体的灰缝中，达到加固结构的目的。其所采用的注胶方法也十分简便，操作工具简单，易于操作，经济成本低。常采用的注胶工具有电钻，清灰器，胶枪，毛刷等。

注胶步骤也比较简便，第1步是定位，找到需要加胶的墙体部位，一般是墙体的灰缝，然后对该部位标记，根据墙体承重力大小决定选用不同的打孔直径，为下一步注胶做计算。第2步是打孔，根据标记的位置选用电钻打孔，常用的打孔直径为15-40mm之间，能够保证良好的注胶效果及粘合力。第3步是清灰，把灰缝中的灰尘清理，为下一步注胶做准备。第4步是最关键的注胶，注胶过程要根据胶体性能而定，如有的是常温下注胶，有的是加热高温胶，同时，胶体的量要适度，达到刚好溢出孔径为好。常用的结构胶前文已讲述，主要有环氧树脂结构胶以及硅酮结构胶等。第5步是密封，将注好胶的孔径进行密封，常采用砂浆或者粘性较好的粘性土进行密封，这样能够保证胶体在孔径内起到良好粘合加固效果。主要的注胶过程示意图如图1所示。

2.2 加固地铁站钢筋混凝土结构

我国地铁站建设规模巨大，大量的地铁站建设过程中必须要用到钢筋混凝土结构，单纯使用钢筋混凝土结构长期会有老化以等安全隐患。因此，需要采用可以操作简便，经久耐用的加固技术对钢筋进行粘合加固。近年来，我国许多科研单位开发出了性能优异的结构胶用来加固建筑钢结构。典型的如JGN型结构胶，用于粘合建筑钢筋，粘合剂粘结减少了许多结构部件的制造中的重量和复杂性，最显着的是在地铁站整体框架钢筋混凝土结构搭建中。例如，通过将复合蒙皮板粘合到低密度（例如蜂窝）芯上而形成的夹心板，将获得具有出色比刚度的结构板[7]。此外，复合倍结构胶剂的应用也已扩展到铝和钢组件，其中使用环氧胶膜将硼一环氧复合补丁贴在金属表面上，复合倍增剂和粘合膜被共固化，以有效地形成跨越基材裂缝的复合补片。这些加固程序可延长钢筋混凝土结构的使用寿命，并消除或推迟了昂贵的维修工作。

碳纤维结构胶是常用来加固钢筋结构的材料，该技术兴起于20世纪80年代，并快速传播到我国，目前已广泛应用到我国地铁站建筑施工中。钢筋混凝土结构具有与良好机械性能，是地铁站建筑施工的理想选择。钢筋混凝土的机械性能受物理和环境条件的影响很大。在钢筋混凝土的应用中应考虑的关键问题是可靠性和耐久性。碳纤维结构胶（ CFRP）由纤维和嵌入的聚合物基质制成。碳纤维结构胶表现出非常高的强度重量比，并有望在附着到拉伸面时提高钢筋结构的弯曲性能。碳纤维结构胶粘结钢筋复合材料以其可行性，機械性能，经济可行性和耐用性等吸引了研究者的兴趣。根据这些研究[8]，外部粘合碳纤维结构胶已被验证为增强钢筋复合材材料和增强承重能力的有效方法。为了确保新建钢筋混合结构的可靠性并加强旧的或传统的钢筋复合结构，已开发出碳纤维结构胶粘结复合材料，以增强地铁站钢筋混凝土结构性能并延长使用寿命。同时，碳纤维结构胶粘合钢筋结构系统会不可避免地受到多种条件的影响，例如湿度条件和温度等。碳纤维结构胶片材和钢筋之间的界面是碳纤维结构胶粘合钢筋混凝土系统中的重要区域，碳纤维结构胶和钢筋之间的粘合完整性对于钢筋混凝土系统的整体性能以及实现有效的加固目标至关重要。

2.3 修复地铁车站梁及墙体裂缝

钢筋混凝土结构的地铁站随着使用时间延长不可避免会出现老化现象，常见的地铁站梁柱的裂缝原因主要有设计缺陷导致大梁受载后产生较大负弯矩，由于受到的压力越大，产生的负弯矩越大，梁端上部无法承受如此大的弯矩，从而产生梁裂缝。裂缝达到一定数值，会对整个梁柱以及地铁车站的安全性。长久稳定性造成安全隐患，为消除隐患，必须对裂缝进行修复处理。常用的修复处理方法为结构胶与混凝土浇筑裂缝，达到修复目的。常采用JGN-F型结构胶灌缝方法对裂缝进行修复[9]，修复过程十分简便。首先是配置JGN-F型灌胶胶胶，然后对裂缝进行前处理，用打磨机将裂缝周边磨平，再用鼓吹机吹干净裂缝周边灰尘，最后将配比均匀的密封结构胶用灌浆机灌注到裂缝中，完成裂缝密封。经修复后的梁柱及墙体可以达到加固的作用，满足地铁车站建筑安全的评价标准。结构胶裂缝修复方法经济高效，操作简单，具有多种优点，如结构胶能够紧密粘合多种材料，结合力牢固，同时，结构胶固化时间短，大大缩短操作所需工期，节省施工时间。使用结构胶粘结的部位受力均匀且固化后强度高，高于一般混凝土的强度，这是结构胶用于修复裂缝的最大优势，而且得益于受力均匀，后期不易出现受力不均导致的负弯矩集中裂缝现象，结构耐受强度及抗拉强度都会提升。

3 结语

结构胶在我国的应用范围不断扩大，品种以及类别也不断增多，在提高地铁车站的建筑强度，工程耐用性以及方便后期裂缝修复起到了很大作用。但是，目前结构胶仍存在一些不足，如大规模应用时间不长，技术积累不足，施工单位自行配置结构胶难以达到技术要求规范，国内结构胶的性能与国外先进水平仍有一定差距，进口结构胶成本较高。因此，应深入研究开发性能更高，价格更经济实用的新型结构胶，制订结构胶配置相关技术标准规程，便于结构胶高效利用。

参考文献

[1] Seeds A.The future use of structural adhesives in theconstruction of British Rail rolling-stock [J].lnternation-al Joumal of Adhesion&Adhesives， 1984，4（1）：17-21.

[2]王文军，李红旭，岳彩艳，等.新型增韧剂在建筑结构胶中的应用[C].全国环氧树脂应用技术学术交流会，2010，31（3）：55-57.

[3] Kumar P，Patnaik A， Chaudhary S.A review on appli-cation of structural adhesives in concrete and steel - con-crete composite and factors influencing the performanceof composite connections [J].International Joumal of Adhe-sion and Adhesives. 2017， 77： 1-14.

[4] Moussa 0，Vassilopoulos A P，Keller T.Effects of low-temperature curing on physical behavior of cold-curing ep-oxy adhesives in bridge construction [J].International Jour-nal of Adhesion& Adhesives， 2011， 32： 15-22.

[5]陈健聪.纳米材料改性环氧树脂建筑结构胶的研究[D].长沙：湖南大学，2006.

[6]孙隽骁，段绪胜，王少杰，结构胶增强砖石砌体的抗剪性能试验研究与分析[J].山东农业大学学报（自然科学版），2017，48（1）：79-83.

[7] Jin H， Miller G M， Pety S J，et al.Fracture behavior ofa self-healing， toughened epoxy adhesive[J].InternationalJournal of Adhesion&Adhesives ，2013 ，44： 157-165.

[8]张首文，王文军，李红旭，混凝土加固改造用建筑结构胶黏剂在中国的发展[J].化学与粘合，2005，27（1）：38-41.

[9]贺曼罗，近年来建筑结构胶粘剂的研究及应用[J].中国胶粘剂，1999，8（5）：1-9.

作者简介：舒承兴（1979-），男，江西奉新人，大学本科，工程师，研究方向：隧道桥梁。