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        結(jié)構(gòu)膠在地鐵車站建設(shè)中的應(yīng)用研究

        2020-10-20 05:35:55舒承興
        粘接 2020年9期
        關(guān)鍵詞:碳纖維混凝土結(jié)構(gòu)

        摘要:文章介紹了結(jié)構(gòu)膠在國內(nèi)的現(xiàn)狀及應(yīng)用范圍,通過對結(jié)構(gòu)膠優(yōu)勢的研究,重點(diǎn)分析了結(jié)構(gòu)膠在地鐵車站中的應(yīng)用,結(jié)構(gòu)膠可用來在地鐵站建設(shè)中加固車站墻體,提高車站墻體穩(wěn)固性。結(jié)構(gòu)膠通過粘結(jié)鋼材結(jié)構(gòu),加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),提高車站鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐用性,克服因長期使用導(dǎo)致的老化、開裂等缺陷。結(jié)構(gòu)膠還應(yīng)用在地鐵車站梁柱及墻體裂縫修復(fù)中,常用的JCN等多種型號結(jié)構(gòu)膠用于裂縫修復(fù),具有工藝效果好,粘結(jié)強(qiáng)度高,固化時(shí)間短,適應(yīng)性強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)。最后對結(jié)構(gòu)膠的發(fā)展做了展望。

        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)膠;地鐵車站;應(yīng)用

        中圖分類號:TQ436+.2

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        文章編號:1001-5922(2020)09-0035-04

        0 引言

        從1978年結(jié)構(gòu)膠被引入中國后,逐漸受到了人們的青睞,其強(qiáng)度高、抗剝離、耐沖擊、施工工藝簡便等特點(diǎn)讓它的應(yīng)用面廣泛。例如,金屬、陶瓷、塑料、橡膠、木材等相同材料或者不同種材料之間的粘接[1]。此外,結(jié)構(gòu)膠還可以部分代替焊接、鉚接等傳統(tǒng)連接形式,簡化了施工操作。且使用結(jié)構(gòu)膠的結(jié)合面應(yīng)力分布均勻,對零件無熱影響和變形。結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用十分廣泛,主要用于構(gòu)件的加固、粘接、修補(bǔ)等;如粘鋼,粘碳纖維,植筋,裂縫補(bǔ)強(qiáng)、密封,孔洞修補(bǔ)、道釘粘貼、表面防護(hù)、混凝土粘接等[2].

        1 結(jié)構(gòu)膠的簡介

        1.1 結(jié)構(gòu)膠的定義

        結(jié)構(gòu)膠是指強(qiáng)度高(壓縮強(qiáng)度>65MPa,鋼一鋼正拉粘接強(qiáng)度>30MPa,抗剪強(qiáng)度>18MPa),能夠承受較大負(fù)荷,且耐老化、耐疲勞、耐腐蝕,性能穩(wěn)定(在預(yù)期壽命內(nèi)),適用于承受強(qiáng)力的結(jié)構(gòu)件粘接的膠粘劑。部分結(jié)構(gòu)膠主要性能如表1所示,相比于其他連接材料,結(jié)構(gòu)膠粘劑具有明顯的優(yōu)勢:①結(jié)構(gòu)膠制造工藝成熟,制造成本較低,因此使用成本低[3]。②結(jié)構(gòu)膠使用工藝簡單,結(jié)構(gòu)膠的使用加速了施工速度,改進(jìn)了建筑質(zhì)量。③結(jié)構(gòu)膠廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè),加固和修復(fù)效果好,可使得加固后的耐受強(qiáng)度高于未加固之前[4]。

        1.2 結(jié)構(gòu)膠的使用方法

        第1步:對需要進(jìn)行修補(bǔ)或者使用結(jié)構(gòu)膠的對象表面進(jìn)行粗化處理,再使用清洗劑進(jìn)行清洗。第2步:配制結(jié)構(gòu)膠。按質(zhì)量比A:B=4:1或體積比3:1將A、B兩組份混合均勻,并在規(guī)定操作時(shí)限內(nèi)用完。第3步:將調(diào)制好的結(jié)構(gòu)膠均勻的涂布在需要粘接的表面。第4步:固化。在20 - 25。C下保持24h來固化結(jié)構(gòu)膠,或者80℃下固化2h,固化后即可投入使用。

        1.3 結(jié)構(gòu)膠的優(yōu)勢

        在建筑施工工程中,通常會(huì)因?yàn)楦鞣N原因使建成的建筑物達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,例如:設(shè)計(jì)原因,施工不當(dāng)、使用產(chǎn)生的破壞等。這樣的建筑可能會(huì)危害人的健康,因此需要對建筑進(jìn)行修補(bǔ)加固。使用建筑結(jié)構(gòu)膠對各種部件進(jìn)行加固、修補(bǔ)、粘接具有傳統(tǒng)方法無法比擬的優(yōu)勢。用結(jié)構(gòu)膠這樣的合成材料來加固構(gòu)件,比一般的鉚、焊受力均勻,材料不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中,使得加固后的材料更耐疲勞,構(gòu)件的整體性和抗裂性能夠更好。結(jié)構(gòu)膠使用方法簡單、工藝簡便,耗時(shí)短。施工到使用時(shí)間一般為1 - 2d。使用結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行加固,不會(huì)影響建筑的外觀設(shè)計(jì),不占用多余空間,不影響原本的設(shè)計(jì),保持美觀的同時(shí)能夠達(dá)到建筑強(qiáng)度要求。結(jié)構(gòu)膠具有更加優(yōu)異的物理機(jī)械性能,其本身強(qiáng)度大大超過原強(qiáng)度。粘接性能好,耐永、耐介質(zhì)性優(yōu)良。在施工中可以提高效率,降低成本,節(jié)約能源。

        1.4 我國結(jié)構(gòu)膠的現(xiàn)狀

        我國結(jié)構(gòu)膠雖然起步較晚,但近年來發(fā)展較快。首先體現(xiàn)在產(chǎn)量上突飛猛進(jìn),由上世紀(jì)八十年代起步的年產(chǎn)量的幾噸到目前可以達(dá)到年產(chǎn)量幾千噸。其次,應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,最開始的應(yīng)用是一般建筑物的梁加固,目前已經(jīng)擴(kuò)大到橋梁的加固,包括公路用橋梁以及鐵路橋梁,支撐柱、墻面、板面等的加固修復(fù),一般建筑物的加固及抗震應(yīng)用等。同時(shí),結(jié)構(gòu)膠的品種類型不斷增多,性能也不斷提高,目前常用的結(jié)構(gòu)膠品種達(dá)20多個(gè),按組成類別可分為環(huán)氧氨基甲酸酯,氧氣橡膠,環(huán)氧丙烯酸,環(huán)氧樹脂及其涂料,改性橡膠,納米材料結(jié)構(gòu)膠,丙烯酸酯和無機(jī)物等,應(yīng)用條件也大大拓展,有耐溫型、耐熱型、可潮濕施工型、常溫施工型、干燥施工型、灌注型等。其不同型號對于的應(yīng)用范圍和應(yīng)用實(shí)例見表2。結(jié)構(gòu)膠的性能隨著不同的應(yīng)用條件要求也不同,除了滿足常規(guī)的粘結(jié)強(qiáng)度要求外,我國還開發(fā)了許多具有特種使用性能的結(jié)構(gòu)膠,如可顯著提高結(jié)構(gòu)膠的柔韌性的納米材料結(jié)構(gòu)膠,改結(jié)構(gòu)膠具有較強(qiáng)的致密防水、抗老化、抗剪強(qiáng)度等優(yōu)異性能[5];可用于超過I50℃環(huán)境的耐高溫結(jié)構(gòu)膠等。隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展,結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用范圍及消耗量不斷增加,各種高質(zhì)量、高水平的結(jié)構(gòu)膠也不斷被開發(fā)、使用。

        2 結(jié)構(gòu)膠在地鐵車站的應(yīng)用研究

        2.1 提高地鐵車站墻體穩(wěn)固性

        在地下車站的設(shè)計(jì)中,經(jīng)常使用磚砌體結(jié)構(gòu)。但是,結(jié)構(gòu)壁也是有缺陷的。這種設(shè)計(jì)是自支撐的,并且墻壁上的負(fù)載非常高,特別是混凝土的強(qiáng)度低,這導(dǎo)致剪切強(qiáng)度低和材料抗拉度較低,墻壁施工的安全性,時(shí)間久了墻體會(huì)容易開裂,這將嚴(yán)重影響墻體體結(jié)構(gòu)的安全性[6]。

        正是這是不安全因素,因此墻體需采用一些加固方式,防止墻體開裂而產(chǎn)生嚴(yán)重后果。目前采用的加固方式主要有兩種,一種是直接加固法,即直接對全部墻體加固。另一種方法是灌注法,即在墻體施工過程中,磚塊之間的貼合過程中加入特定性能的結(jié)構(gòu)膠,從而達(dá)到增強(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)粘合性,加大抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的目的。注膠的過程是現(xiàn)場配置,采用特殊的灌漿機(jī)器,將特制的性能強(qiáng)于普通砂漿的結(jié)構(gòu)膠灌注于墻體的灰縫中,達(dá)到加固結(jié)構(gòu)的目的。其所采用的注膠方法也十分簡便,操作工具簡單,易于操作,經(jīng)濟(jì)成本低。常采用的注膠工具有電鉆,清灰器,膠槍,毛刷等。

        注膠步驟也比較簡便,第1步是定位,找到需要加膠的墻體部位,一般是墻體的灰縫,然后對該部位標(biāo)記,根據(jù)墻體承重力大小決定選用不同的打孔直徑,為下一步注膠做計(jì)算。第2步是打孔,根據(jù)標(biāo)記的位置選用電鉆打孔,常用的打孔直徑為15-40mm之間,能夠保證良好的注膠效果及粘合力。第3步是清灰,把灰縫中的灰塵清理,為下一步注膠做準(zhǔn)備。第4步是最關(guān)鍵的注膠,注膠過程要根據(jù)膠體性能而定,如有的是常溫下注膠,有的是加熱高溫膠,同時(shí),膠體的量要適度,達(dá)到剛好溢出孔徑為好。常用的結(jié)構(gòu)膠前文已講述,主要有環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠以及硅酮結(jié)構(gòu)膠等。第5步是密封,將注好膠的孔徑進(jìn)行密封,常采用砂漿或者粘性較好的粘性土進(jìn)行密封,這樣能夠保證膠體在孔徑內(nèi)起到良好粘合加固效果。主要的注膠過程示意圖如圖1所示。

        2.2 加固地鐵站鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

        我國地鐵站建設(shè)規(guī)模巨大,大量的地鐵站建設(shè)過程中必須要用到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),單純使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)長期會(huì)有老化以等安全隱患。因此,需要采用可以操作簡便,經(jīng)久耐用的加固技術(shù)對鋼筋進(jìn)行粘合加固。近年來,我國許多科研單位開發(fā)出了性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)膠用來加固建筑鋼結(jié)構(gòu)。典型的如JGN型結(jié)構(gòu)膠,用于粘合建筑鋼筋,粘合劑粘結(jié)減少了許多結(jié)構(gòu)部件的制造中的重量和復(fù)雜性,最顯著的是在地鐵站整體框架鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)搭建中。例如,通過將復(fù)合蒙皮板粘合到低密度(例如蜂窩)芯上而形成的夾心板,將獲得具有出色比剛度的結(jié)構(gòu)板[7]。此外,復(fù)合倍結(jié)構(gòu)膠劑的應(yīng)用也已擴(kuò)展到鋁和鋼組件,其中使用環(huán)氧膠膜將硼一環(huán)氧復(fù)合補(bǔ)丁貼在金屬表面上,復(fù)合倍增劑和粘合膜被共固化,以有效地形成跨越基材裂縫的復(fù)合補(bǔ)片。這些加固程序可延長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命,并消除或推遲了昂貴的維修工作。

        碳纖維結(jié)構(gòu)膠是常用來加固鋼筋結(jié)構(gòu)的材料,該技術(shù)興起于20世紀(jì)80年代,并快速傳播到我國,目前已廣泛應(yīng)用到我國地鐵站建筑施工中。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有與良好機(jī)械性能,是地鐵站建筑施工的理想選擇。鋼筋混凝土的機(jī)械性能受物理和環(huán)境條件的影響很大。在鋼筋混凝土的應(yīng)用中應(yīng)考慮的關(guān)鍵問題是可靠性和耐久性。碳纖維結(jié)構(gòu)膠( CFRP)由纖維和嵌入的聚合物基質(zhì)制成。碳纖維結(jié)構(gòu)膠表現(xiàn)出非常高的強(qiáng)度重量比,并有望在附著到拉伸面時(shí)提高鋼筋結(jié)構(gòu)的彎曲性能。碳纖維結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)鋼筋復(fù)合材料以其可行性,機(jī)械性能,經(jīng)濟(jì)可行性和耐用性等吸引了研究者的興趣。根據(jù)這些研究[8],外部粘合碳纖維結(jié)構(gòu)膠已被驗(yàn)證為增強(qiáng)鋼筋復(fù)合材材料和增強(qiáng)承重能力的有效方法。為了確保新建鋼筋混合結(jié)構(gòu)的可靠性并加強(qiáng)舊的或傳統(tǒng)的鋼筋復(fù)合結(jié)構(gòu),已開發(fā)出碳纖維結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)復(fù)合材料,以增強(qiáng)地鐵站鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能并延長使用壽命。同時(shí),碳纖維結(jié)構(gòu)膠粘合鋼筋結(jié)構(gòu)系統(tǒng)會(huì)不可避免地受到多種條件的影響,例如濕度條件和溫度等。碳纖維結(jié)構(gòu)膠片材和鋼筋之間的界面是碳纖維結(jié)構(gòu)膠粘合鋼筋混凝土系統(tǒng)中的重要區(qū)域,碳纖維結(jié)構(gòu)膠和鋼筋之間的粘合完整性對于鋼筋混凝土系統(tǒng)的整體性能以及實(shí)現(xiàn)有效的加固目標(biāo)至關(guān)重要。

        2.3 修復(fù)地鐵車站梁及墻體裂縫

        鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的地鐵站隨著使用時(shí)間延長不可避免會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象,常見的地鐵站梁柱的裂縫原因主要有設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致大梁受載后產(chǎn)生較大負(fù)彎矩,由于受到的壓力越大,產(chǎn)生的負(fù)彎矩越大,梁端上部無法承受如此大的彎矩,從而產(chǎn)生梁裂縫。裂縫達(dá)到一定數(shù)值,會(huì)對整個(gè)梁柱以及地鐵車站的安全性。長久穩(wěn)定性造成安全隱患,為消除隱患,必須對裂縫進(jìn)行修復(fù)處理。常用的修復(fù)處理方法為結(jié)構(gòu)膠與混凝土澆筑裂縫,達(dá)到修復(fù)目的。常采用JGN-F型結(jié)構(gòu)膠灌縫方法對裂縫進(jìn)行修復(fù)[9],修復(fù)過程十分簡便。首先是配置JGN-F型灌膠膠膠,然后對裂縫進(jìn)行前處理,用打磨機(jī)將裂縫周邊磨平,再用鼓吹機(jī)吹干凈裂縫周邊灰塵,最后將配比均勻的密封結(jié)構(gòu)膠用灌漿機(jī)灌注到裂縫中,完成裂縫密封。經(jīng)修復(fù)后的梁柱及墻體可以達(dá)到加固的作用,滿足地鐵車站建筑安全的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)膠裂縫修復(fù)方法經(jīng)濟(jì)高效,操作簡單,具有多種優(yōu)點(diǎn),如結(jié)構(gòu)膠能夠緊密粘合多種材料,結(jié)合力牢固,同時(shí),結(jié)構(gòu)膠固化時(shí)間短,大大縮短操作所需工期,節(jié)省施工時(shí)間。使用結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)的部位受力均勻且固化后強(qiáng)度高,高于一般混凝土的強(qiáng)度,這是結(jié)構(gòu)膠用于修復(fù)裂縫的最大優(yōu)勢,而且得益于受力均勻,后期不易出現(xiàn)受力不均導(dǎo)致的負(fù)彎矩集中裂縫現(xiàn)象,結(jié)構(gòu)耐受強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度都會(huì)提升。

        3 結(jié)語

        結(jié)構(gòu)膠在我國的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,品種以及類別也不斷增多,在提高地鐵車站的建筑強(qiáng)度,工程耐用性以及方便后期裂縫修復(fù)起到了很大作用。但是,目前結(jié)構(gòu)膠仍存在一些不足,如大規(guī)模應(yīng)用時(shí)間不長,技術(shù)積累不足,施工單位自行配置結(jié)構(gòu)膠難以達(dá)到技術(shù)要求規(guī)范,國內(nèi)結(jié)構(gòu)膠的性能與國外先進(jìn)水平仍有一定差距,進(jìn)口結(jié)構(gòu)膠成本較高。因此,應(yīng)深入研究開發(fā)性能更高,價(jià)格更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新型結(jié)構(gòu)膠,制訂結(jié)構(gòu)膠配置相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程,便于結(jié)構(gòu)膠高效利用。

        參考文獻(xiàn)

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        作者簡介:舒承興(1979-),男,江西奉新人,大學(xué)本科,工程師,研究方向:隧道橋梁。

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