摘要：本文以广西南宁丽原•天际城地下室加固改造工程为实例，介绍了粘钢与碳纤维技术在建筑等结构加固中，其加固方法、施工工艺及施工过程中的质量控制要点的实际应用。经过应用更进一步证实了用粘钢技术和碳纤维加固技术施工方便、工期短、效果好。
关键字：粘钢加固技术，碳纤维加固技术，打磨，灌浆
引言
随着使用年限的增加或使用功能的改变，部分已建工程由于各种自然环境因素影响，其承载力、刚度及稳定性不断降低而产生安全、质量的问题，为保证结构的安全，必须对其结构进行加固改造。
碳纤维加固修补结构技术是一种新型的结构加固技术,它是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面,以达到对结构及构件加固补强的目的。碳纤维材料(CFRP)用于混凝土结构加固修补的研究始于20世纪80年代美、日等发达国家,我国起步较晚,于90年代后期在我国迅速发展起来。碳纤维一般是直径为5μm~20μm的连续纤维,基材由树脂和固化剂组成,用树脂(内加固化剂)浸润碳纤维,待树脂固化后便形成了碳纤维增强塑料(简称CFRP)。碳纤维根据原料及生产方式的不同,主要分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维及沥青基碳纤维。碳纤维产品包括PAN基碳纤维(高强度型)及沥青基碳纤维(高弹性型)。具有节能、环保、高强高效、施工便捷、耐腐蚀、应用面广、施工质量保证等优点。
粘钢加固技术也是目前工程加固中常用的方法之一,它是应用高强度的结构粘结剂,将钢板粘贴在钢筋砼或其他被加固构件的表面,使被加固构件与钢板共同工作,从而达到对原结构或构件补强加固的目的。同其他结构加固方法相比较,在结构或构件中采用粘钢加固有其独特的优点：施工现场基本无湿作业,干净简洁；施工方法较简单,工期较短,对结构的正常使用基本不影响；传力简单明确,耐久性较好;基本不增加结构的重量,基本不改变结构的外观；粘贴钢板的方案灵活多样,适应性强；性价比较高,能节省材料和工期,加固费用较低。
一、工程概况
南宁丽原•天际城工程地下室建于90年代初，位于广西南宁市民族大道的繁华地段，由于需要往上新建57层商住楼，建筑高度达218米，建成后将成为南宁市位于市中心的标志性建筑；根据现代建筑的需要和使用功能的调整，必须对原有的地下室进行加固改造，工程包括自地下三层至地下一层结构拆除、改造加固工作。涉及拆除及改造加固的部位非常紧凑，主要包括柱、墙、板、梁新老结构搭接处的拆除及加固植筋、粘钢、碳纤维加固等。本文主要介绍粘钢和碳纤维技术在该建筑改造过程中的应用。南宁丽原•天际城平面图如下图所示：
图1南宁丽原•天际城平面图
二、粘钢工程
其中核心筒周边柱及核心筒剪力墙进行外包钢的加固处理，具体柱包钢、墙板粘钢从地下三层至地下一层的顺序进行。根据现场情况本工程采用湿法灌浆粘钢工艺。所选用的主要材料为：①钢材级别：Q235B、Q345B。②灌浆
一般的粘钢工程施工过程是：表面处理→结构胶配制、卸荷→混凝土梁、钢板抹胶→粘贴→固定加压→固化→卸支撑检验→防腐处理。本工程在使用粘钢技术加固过程中的流程如下图2所示：
图2粘钢工程施工流程图
1、具体其粘钢施工方法及技术措施
1.1砼表面处理
(1)放线。根据设计图纸确定所需加固构件的相应位置，用墨线画出需做基层处理的部位。主要是将缀板的位置确定下来，以便于进行砼打磨。
(2)砼表层凿除、打磨。所有砼粘结面必须干净、无油垢污物，表面无潮气和霜冻。如果粘结面很旧很脏，可用硬毛刷粘高效洗涤剂，刷除表面的污垢后用冷水冲洗。如粘结部位面层有粉刷层，需用钢钎凿除。
对粘结面进行打磨，打磨深度视老化情况适当调整，直至可以看到砼粗骨料露出坚实的砼基层面为止；用钢丝刷除去打磨表面松散浮渣；待完全干燥后用脱脂棉沾工业丙酮擦洗表面；对于湿度较大的砼构件，尚需无污染的热源进行人工干燥。
(3)修补、清洗砼基层。基底砼上的各种缺陷(如剥落碎片、蜂窝、空洞、腐蚀层等)必须清除或采用适当的材料(修复砂桨或环氧胶泥)修复。如果在裂缝处或砼接缝处漏水严重，则砼表面修复时将必须采取措施。修复材料固化、干燥后，用脱脂棉沾工业丙酮擦洗表面。
1.2锚栓孔定位
根据设计图纸的要求确定锚栓孔尺寸、间距、深度、排列方向等。用墨线(或油漆)在砼基层相应的位置作出标记。
一般情况下，柱子包角钢加固不需要设计锚栓，但有些情况下(比如异型柱阴角角钢)角钢不好固定，可以通过安装膨胀螺栓或化学锚栓进行固定。
1.3钻孔、清孔
(1)根据锚栓孔的深度、孔径选择合适的钻头，并在钻头上相应长度的位置上作好刻度标记，以保证钻孔深度满足要求。
钻孔时应避免钻断钢筋，碰到钢筋时应合理偏位，并做好标记。废弃的钻孔应采取适当的材料填充。孔钻好后，用毛刷或压缩空气将孔内石屑、灰尘清除干净。必要时，锚栓孔清除干净后，及时封住口部，避免灰尘、杂物落入孔内。
(2)安装锚栓(或膨胀螺栓)，将锚固化学胶水混合物注入孔内，随即插入锚栓。锚栓安装好固化后方可进行下一步安装受力。进行锚栓安装时，必须先用钻好孔的角钢在粘贴位置进行比对，定出锚栓钻孔位置，再进行钻孔；安装锚栓时，锚杆露在螺帽外的长度不宜过长，应能满足粉刷的需要。
1.4角钢表面处理
（1）除锈。钢板的粘结面必须经过除锈处理。钢板未生锈或轻微锈蚀时，可用适当的工具(喷砂、砂布、角磨机等)打磨。
应注意：粘结面处理好后的钢板粘贴前应放置于通风、干燥处避免再次生锈；使用前，应将打磨过的钢板使用丙酮进行清洗。
（2）锚栓孔定位、钻孔。钢板锚栓孔的定位应根据现场实际锚栓安装位置作调整，必须保证与现场砼面上的锚栓孔位置相吻合。
根据设计要求对钢板下料。钢板尺寸和质量应在自检基础上，由总包和监理进行抽查。
1.5角钢和缀板的安装。安装分为以下6个步骤：夹具制作、角钢安装、缀板下料、缀板焊接、拆除夹具。
1.6灌浆座的安装、钢板封口
灌浆座的安装位置应考虑到钢板的粘贴位置、钢板宽度、长度等因素，合理分布；在钢板封口时，要使用和钢板、混凝土黏结强度都比较高的封口材料，封口胶（包括安装灌浆座的密封胶）的涂抹应严格按照工艺标准进行施工，涂抹前必须将钢板和混凝土基面处理干净，否则造成封口胶黏结不牢，灌浆时可能会在该处漏浆。宜在封口胶（包括安装灌浆座的密封胶）完全固化之后方可进行下一步操作。
1.7灌浆
(1)灌浆之前可先进行试气，将肥皂水满刷在封口胶上，如漏气肥皂水必起泡，漏处须用腻子修补(试验时将灌浆嘴堵住)。试气有三个目的：通过压缩空气吹净残留于裂缝内的积尘；检验钢板与砼之间缝隙的贯通情况；检查封闭层有无漏气。
(2)粘结剂的配置必须保证主剂与固化剂以规定的特定比例均匀混合。在拌和时，须采用合适的工具，并以一定的速度按同一方向搅拌。注意拌和时避免雨水、油污或杂物等进入容器。
(3)灌浆泵使用前后应用丙酮清洗干净。灌浆应按照从下到上的顺序进行，通过观察上面的一个灌浆座是否有粘结剂流出来确定灌浆是否饱满。灌浆泵和灌浆座上的灌浆管的连接可以使用合适直径的硬塑料管进行。灌浆完成后应进行养护，在此期间，应避免对钢板的撞击及加载等。
（4）在灌浆完成后，不可避免的会出现一定的空鼓，可以使用注射器进行注胶修补。
1.8表面防护
（1）钢材表面处理。需要表面防护的钢板必须在粘钢胶固化后进行表面处理，包括：除去灌浆座、除去钢板及锚栓表面的封口胶及灌浆胶、钢板表面的打磨除锈；钢板表面残留的封口胶及灌浆胶必须清理干净，否则影响防护涂料的涂刷。
（2）涂刷防锈漆、防火漆。在完成钢板表面处理后，使用丙酮等清洗剂将钢板表面进行清洗，干燥后按照要求分别涂刷防锈漆或防火漆。
（3）涂刷防锈漆或防火漆完毕后，应采取妥善的围护，防止被人员、建筑垃圾、水等破坏。
在进行粘钢加固技术过程中还应该注意施工现场温度要求、湿度要求和一些相应的技术要点，确保工程安全顺利的进行。
三、碳纤维加固
该工程涉及到粘贴碳纤维施工的部位有包括整个地下三层至地下一层的板底加固、梁加固、墙洞周边加固。碳纤维加固技术的一般工艺流程为：施工准备→混凝土表面处理→配置并涂刷底层树脂→配制找平材料并对不平整处进行找平处理→配制并涂刷浸渍树脂或粘贴树脂→粘贴碳纤维片材→表面防护。该工程将一般的工艺流程与时的情况相结合，对其碳纤维加固工艺流程改为：
图3碳纤维加固的工艺流程
1、施工具体步骤
1.1施工准备
施工前应对施工环境温度进行测量。若环境温度小于5℃或环境湿度大于80%，则应采取加热措施，将被加固构件的表面温度及空气温度提高到合适的范围。为避免基底的粘结表面受污染，必须使用“干净”的热源(如电、丙烷等)，并保证消防安全。施工前应按设计图纸，在加固部位放线定位。为了定位准确，在打磨工序结束后，还应进行二次放线。
1.2表面处理
应清除被加固构件表面的粉刷层及其他障碍物，以确保碳纤维布粘贴在砼基面上，之后应清除砼结构疏松部分，至露出砼结构层。若有裂缝，应先行修补。然后，用修补材料将表层修复平整。
粘贴部位的砼，应除去浮浆层和油污等杂质，并打磨平整，直至露出结实可靠的基层，且平整度应达到5mm/m；构件转角粘贴处应打磨成圆弧状，圆弧半径应不小于20mm。对于砼基面的平整度处理必须按照要求进行。基面清洗、修复表面打磨后，采用钢丝刷将表面粉尘彻底清除，用丙酮清洗干净。经清理、打磨后的砼表面，若有凹陷处，应使用修补胶找平；模板接槎或转角部位，应抹成平滑的曲面。
1.3涂刷底胶
底胶应用滚筒刷或专用的刮板均匀涂抹在已用丙酮擦净的砼表面，配置好的底胶应在规定的时间内用完。当指触干燥后方可进入下一工序。
1.4配置粘接剂
粘结剂(粘浸胶)的配制，应按粘结剂供应厂商提供的配比和工艺要求进行，且应有专人负责。调胶使用的工具应为低转速搅拌器，搅拌应均匀，无气泡产生，并应防止灰尘等杂质混入。
1.5粘贴碳纤维布
粘贴碳纤维织物时，应按下列步骤和要求进行：
○1按设计要求的尺寸裁剪碳纤维织物；
○2配制好的粘结剂(粘浸胶)均匀涂抹于需要粘贴部位的砼面上；
○3裁剪好的碳纤维织物敷在涂好粘结剂的基层上；
○4特制的滚筒或其它合适的工具沿纤维方向在已贴好碳纤维织物的面上多次滚压，使粘结剂充分浸透碳纤维中，且使其平整，无气泡；
○5层粘贴时，逐层重复上述步骤，但应在碳纤维织物表面指触干燥后立即进行下一层的粘贴；
○6后一层碳纤维织物的表面应均匀涂抹一道粘结剂。
1.6表面刷防护防火涂料(如需要)
按照设计要求对碳纤维布进行表面刷防火涂料施工，要点如下：
○1涂刷防火涂料必须在碳纤维布固化后进行；
○2涂刷前必须将碳纤维布表面清理干净，不准有杂物、浮尘等；
○3分层进行涂刷直至设计厚度。
1.7施工期间应做好以下几方面防护
○1碳纤维布在储存、剪裁、使用过程中应做好防尘、防水等措施；
○2碳纤维布配套胶应做好防晒、防高温等措施；
○3打磨清洗完成的砼基面、涂刷好的底胶应及时进行碳纤维布粘贴，如不能，要做好防水、防尘等措施；
○4完成粘贴的碳纤维布在养护期间应做好防水、防尘、防撞击、防施加荷载等措施。
○5防火涂料未能全部固化之前，应做好防撞、防水等措施。
○6具体的防护措施可以通过围护、标语警示等方法，根据现场情况调整。
2、碳纤维工程技术特点
本工程根据不同结构部位采用碳纤维加固技术，加固结构作为二次组合结构,是通过新旧两部分整体工作,提高建筑的承载能力,与传统的加大截面法、缠绕钢丝法、预应力法相比,碳纤维加固砼技术无须对砼结构打孔穿洞,不会造成结构加固损伤,不必担心由于结构新旧结合处应力集中而减弱加固效果。与较为先进的粘钢板加固技术相比,碳纤维加固不需要辅助机具,施工简便,有效粘贴面积易于保证,施工功效较高。与玻璃纤维、尼龙纤维加固技术相比,由于碳纤维的比模量、比强度较高,柔韧性、耐腐蚀、抗老化性较好,使得碳纤维加固构件的延性改善程度较高,适用范围较广,利用年限较长。
四、小结
该工程地下室加固改造完成后经专业的检测单位检测，各项指标符合设计及相关规范的要求；采用粘钢技术和碳纤维加固技术,该工程用实践证明了采用粘贴钢板结合碳纤维材料加固方法是一种安全方便的加固技术,充分发挥了这两项技术的优点，施工简便,工效高、施工质量易保证,且工期较短,效果明显,达到预期目的,希望该工程的加固改造经验可供其他同类加固工程进行借鉴。
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