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? ??粘剛膠加固
粘鋼加固是在混凝土構件表面用建筑結構膠粘貼鋼板,使鋼板與混凝土牢固地形成一體,以達到結構加固補強作用。 應用范圍: 粘鋼加固適用于受靜力作用的一般受彎及受拉、受壓構件,如樓板、橫梁、立柱以及新開設門洞,橋梁的補強加固。
一、設計規定
1.1.設計規定
1.1.1 本方法適用于對鋼筋混凝土受彎、大偏心受壓和受拉構件的加固。
本方法不適用于素混凝土構件(包括縱向受力鋼筋配筋率低于現行設計規范GB 50010 規定的最小配筋率的構件)的加固。
1.1.2 被加固的混凝土結構構件,其現場實測混凝土強度等級不得低于C15,且混凝土表面的粘接正拉強度不得低于1.5N/mm2。
1.1.3 粘貼在混凝土構件表面上的鋼板,其表面應進行防銹蝕處理。表面防銹蝕材料對鋼板及膠粘劑應無害。
1.1.4 采用本規范規定的膠粘劑粘貼鋼板加固混凝土結構時,其長期使用的環境溫度不應高于60℃;處于特殊環境(如高溫、高濕、介質侵蝕、放射等)的混凝土結構采用本方法加固時,除應按國家現行有關標準的規定采取相應的防護措施外,尚應采用耐環境因素作用的膠粘劑,并按專門的工藝要求進行施工。
1.1.5 當被加固構件的表面有防火要求時,應按現行國家標準《建筑防火設計規范》GB 50016規定的耐火等級及耐火極限要求,對膠粘劑和鋼板進行防護。
1.1.6 粘貼鋼板加固鋼筋混凝土結構構件時,應將鋼板受力方式設計成僅承受軸向應力作用。
1.1.7 采用粘貼鋼板對鋼筋混凝土結構
1.2.構造規定
1.2.1 粘鋼加固的基層混凝土強度等級不應低于C15。
1.2.2 采用手工涂膠粘貼的鋼板厚度,不應大于5mm;采用壓力注膠粘結的鋼板
度,允許達到10mm,但應采取類似外粘型鋼節點的加強錨固措施。
1.2.3 對鋼筋混凝土受彎構件進行正截面加固時,其受拉面沿構件軸向連續粘貼的加固鋼板宜延長至支座邊緣,且應在鋼板的端部(包括截斷處)及集中荷載作用點的兩側,設置U形箍(對梁)或橫向壓條(對板)。
1.2.4 當粘貼的鋼板延伸至支座邊緣仍不滿足本規范第2.4條延伸長度的要求時,應采取下列錨固措施:
1 對梁,應在延伸長度范圍內均勻設置U形箍(如圖2.1),且應在延伸長度的端部設置一道。U形箍的粘貼高度宜為梁的截面高度,若梁有翼緣(或有現澆樓板),應伸至其底面。U形箍的寬度,對端箍不應小于80mm;對中間箍不應小于受彎加固鋼板寬度的1/2,且不應小于40mm 。U形箍的厚度不應小于受彎加固鋼板厚度的1/2,且不應小于4mm 。U形箍的間距應符合第6.8的構造要求。
2 對板,應在延伸長度范圍內通長設置垂直于受力鋼板方向的鋼壓條。鋼壓條應延伸長度范圍內均勻布置,且應在延伸長度的端部設置一道。壓條的寬度不應小于受彎加固鋼板寬度的3/5,鋼壓條的厚度不應小于受彎加固鋼板厚度的1/2。
圖2.1 梁粘貼鋼板端部錨固措施
3 當受彎加固鋼板的實際延伸長度小于3/5時,應采取可靠的附加機械錨固措施。
1.2.5 當應采用鋼板對受彎構件負彎矩區進行正截面承載力加固時,應采取下列構造措施:
圖2.5-1 L行板錨固
1 支座處于無障礙時,鋼板應在負彎矩包絡圖范圍內連續粘貼;其延伸長度的截斷點位于正彎矩區,且距正負彎距轉換點的距離不應小于1m,對端支座無法延伸的一側,尚應埋設帶肋L形鋼板進行注膠錨固(圖2.5-1)
2 支座處雖有障礙,但梁上有現澆板時,允許繞過柱位,在梁側4倍板厚( )范圍內,將鋼板粘貼于板面上(圖2.5-2)
圖2.5-2 繞過柱位粘貼鋼板
1—柱;2—梁;3—板頂面粘貼的鋼板;hb—板厚
3 當支座處的障礙無法繞過時,宜根據實際情況選擇下列措施進行處理:
(1)將鋼板錨入柱內(圖2.5-3),錨孔可采用半重疊鉆孔法擴成扁形孔,用結構膠將板埋入,其埋深應不小于200mm。若這種錨固尚不滿足設計要求時,應加設機械錨固件予以增強。
圖2.5-3 加固鋼板錨入柱內并加設錨栓
(2)采用結構膠粘劑將L形鋼板、或加肋角鋼、或L型加肋鋼板粘貼于梁柱之間,并加以錨固(圖2.5-4)
圖2.5-4 帶加勁肋L形鋼板錨固
4 當采取以上三款構造措施時,對下列易剝離部位尚應加設橫向壓條或U形箍增強錨固:
(1) 支座邊緣處;
(2) 受彎加固鋼板截斷處;
(3) L形板與鋼板或混凝土粘接的鄰近部位。
1.2.6 當加固的受彎構件為板、殼、墻或筒體時,鋼板選擇多條密布的方式進行粘貼,不得使用未經切割成條的整塊鋼板滿貼。
1.2.7 當加固的受彎構件需粘貼不止一層鋼板時,相鄰兩層鋼板的截斷位置應錯開一定距離,并應在截斷處加設U形箍。
1.2.8 當采用粘鋼鋼板對鋼筋混凝土梁或大偏心受壓構件的斜截面承載力進行加固時,其構造應符合下列規定:
1 宜優先選用封閉箍或加錨的U形箍;若計算滿足要求,也可采用一般U形箍;
2 受力方向應與構件軸向垂直;
3 封閉箍和U形箍凈間距應不大于現行設計規范GB50010規定的最大箍筋間距的0.7倍,且不應大于梁高的0.25倍;
4 箍板的粘貼高度應符合本規范第6.2條的要求;一般U形箍的上端應粘貼縱向鋼壓條予以錨固;
5 當梁的高度h≥700mm時,應在梁的腰部增設一道縱向腰間鋼壓板(圖2.8)
圖2.8 縱向腰間鋼壓板
二、施工工藝
粘鋼加固可采用涂刮法粘鋼及灌注法粘鋼施工工藝。
2.1 涂刮法粘鋼
是在加固鋼板及混凝土表面涂刮膏狀建筑結構膠,在結構膠凝膠硬化前將鋼板和混凝土粘合固定,因此施工較簡單,但粘貼鋼板厚度不能太厚(不超過5mm,最好2-3mm),且單塊鋼板面積較小,配膠、涂膠、固定等施工操作要求在膠的可操作時間(一般約為40分鐘)內全部完成。
2.1.1適用范圍
一般受彎及受拉構件的外部粘鋼加固,構件長期工作環境溫度≤70℃;構件混凝土強度等級>C15。如圖:
2.1.2粘鋼加固工藝流程
混凝土和鋼板表面處理 → 加固構件卸荷 → 配膠 → 粘貼 →
固定與加壓 → 固化 → 檢驗 → 防腐處理
2.1.3粘鋼加固施工要點:
1 表面處理 表面處理包括加固構件粘合面處理及鋼板粘合面處理,是最關鍵的工序,應認真進行。對于混凝土構件粘合面,應根據構件表面的新舊程度、堅實程度、干濕程度,分別按以下四種情況處理:(1)對很舊很臟的混凝土構件的粘合面,應先用硬毛刷沾高效洗滌劑,刷除表面油垢污物,然后用冷水沖洗,再對粘合面進行打磨,除去2~3mm厚表層,直至完全露出新面,并用無油壓縮空氣吹除粉粒。處理后,若表面嚴重凹凸不平,可用高強樹脂砂漿修補,在粘貼前粘合面用丙酮擦拭干凈。(2)如果混凝土表面不是很臟很舊,則可直接對粘合面進行打磨,去掉1~2mm厚表層,用壓縮空氣除去粉塵或用清水沖洗干凈,待完全干燥后用丙酮擦拭干凈。(3)對于新混凝土粘合面,先用鋼絲刷將表面松散浮渣刷去,打磨去除浮漿、粉塵后,用丙酮擦拭干凈即可。(4)對于濕度較大的混凝構件或齡期在三個月內的混凝土構件,因一般樹脂類膠粘劑在潮濕的基層上粘結強度會大幅度降低,故除滿足上述要求外,尚須進行人工干燥處理。
對于鋼板粘合面應根據鋼板銹蝕程度,分別按以下兩種方法處理:(1)如鋼板未生銹或輕微銹蝕,可用噴砂、砂布或平砂輪打磨,直至出現金屬光澤。打磨粗糙度應盡可能大,打磨紋路盡量與鋼板受力方向垂直。其后用丙酮擦拭干凈。(2)如鋼板銹蝕嚴重,須先用適度鹽酸浸泡20分鐘,使銹層脫落,再用石灰水沖洗,中和酸離子,最后用平砂輪打磨出紋路。
2 卸荷 為減輕和消除后粘鋼板的應力、應變滯后現象,粘鋼板前宜對構件適量進行適量卸荷。
3 配膠 粘鋼膠均為A、B兩組分環氧樹脂類建筑結構膠,須在現場按比例混合均勻才能固化,其配膠方法都可參照如下操作:
配膠前準備好案秤、配膠用的干凈容器(一般用塑料盆或鐵桶)、丙酮、干棉紗、抹刀、攪拌器具等。稱料前應對A、B兩組分分別進行充分的上下攪拌。注意A、B取膠器具不能混用。每次配膠都必須稱量,隨配隨用,且配膠量不宜過多,否則難以攪拌均勻且有可能造成不必要的浪費。配好的膠需在適用期(夏天約為50分鐘,冬季約為90分鐘)內用完。在潔凈容器中,按產品包裝上標注的配膠比例分別稱量A、B兩組分,采用手工或膠料攪拌器按同一方向進行攪拌,攪拌至基本均勻后,將膠料全部翻倒至另一容器再繼續攪拌至色澤完全均勻一致,以確保沒有混合不勻的死角。采用膠料攪拌器(如圖所示)時,攪拌轉速應用慢速(400~600轉/分鐘),攪拌時間3-5分鐘左右。應特別注意:配膠比例不正確或攪拌不均勻會嚴重影響結構膠性能。
4 粘貼 膠粘劑配制好后,用抹刀同時涂抹在已處理好的混凝土粘合面和鋼板粘合面,為使膠能充分浸潤、滲透、擴散、粘附于粘合面,宜先用少量膠于粘合面來回刮抹數遍,再添抹至所需厚度(1~3mm),中間厚、邊緣薄,然后將鋼板貼于預定位置。鋼板粘貼后,用鐵錘沿粘貼面輕輕敲擊鋼板,如無空洞聲,表示已粘貼密實,否則應剝下鋼板,補膠并重新粘貼(所有操作應在膠的適用期內完成)。
5 固定與加壓 鋼板粘好后立即用卡具、支撐或膨脹螺栓等固定。并適當加壓,以使膠粘劑剛好從鋼板邊緣擠出為度。膨脹螺栓一般兼作鋼板的永久附加錨固措施,其埋設孔洞應與鋼板一同于涂膠前配鉆好。
6 固化 粘鋼膠可在常溫接觸壓力下固化,施工后應立即固定,固化期間避免擾動。25℃時,固化一天即可拆除夾具或支撐,三天即可受力使用;固化溫度降低,固化時間應相應處長。若固化溫度低于5℃,應采取紅外線燈(或碘鎢燈)加熱等加溫措施或使用低溫固化改性產品。
7 檢驗 粘鋼的同時可制備鋼--鋼拉伸剪切試件及鋼--混凝土雙剪試件各5個,進行粘結抗剪強度試驗(有關試驗方法可與凱諾公司技術人員聯系)。粗略的鋼--混凝土粘結檢驗,可在施工時,同條件粘一小鋼塊于混凝土面上,完全固化后進行破壞試驗,合格的破壞面應在混凝土。加固構件的粘鋼質量,可先查看其外觀,檢查鋼板邊緣溢膠色澤、硬化程度,并以小錘敲擊鋼板檢驗鋼板的有效粘結面積。錨固區有效粘結面積不應小于90%,非錨固區有效粘結面積不應小于70%。粘貼面的質量也可采用非破損的方法檢驗,但比較復雜且有待進一步研究。
8 防腐處理 外部粘鋼加固鋼板,應按設計要求進行防腐處理。當外抹砂漿保護層防腐時,為有利于砂漿粘結,可于鋼板表面粘結或外包一層鋼絲網或涂刮膠后點粘一層豆石,最好在抹灰時涂刷一道混凝土界面劑。
2.2 灌注法粘鋼
是先將加固鋼板固定在混凝土上,將鋼板與混凝土邊緣密封后再向鋼板與混凝土的間隙中壓注流體狀結構膠,因此施工略復雜,但加固鋼板厚度可較大(可超過5mm),且單塊加固鋼板面積可較大(施工基本不受膠液可操作時間限制)。
2.2.1適用范圍
一般受彎及受拉構件的外部灌注粘貼大面積鋼板加固;構件長期工作環境溫度≤70℃;構件混凝土強度等級>C15。
2.2.2工藝流程
準備工作 → 鋼板上鉆孔 → 混凝土中相應位置鉆孔 → 表面處理→ 固定鋼板 → 留排氣孔 → 周邊密封→ 配膠 → 壓力灌膠 → 固化 → 檢驗 → 防腐處理
2.2.3施工要點:
1 準備工作 準備好腳手架、灌漿設備、打磨設備、鉆孔設備、配膠用具等,為灌注粘貼施工做好準備工作。
2 鋼板上鉆孔 在鋼板上鉆膨脹螺栓孔和注膠孔,一般每平方米可設固定螺栓孔6-7個,注膠孔3-4個。注膠孔的大小應與灌漿嘴相匹配,并保證注膠孔周邊能密封。
3 混凝土中相應位置鉆孔 把鋼板緊靠粘合面,在混凝土上相應位置鉆固定膨脹螺栓孔。也可用放樣的方法確定混凝土中的固定孔位置。
4 表面處理 鋼板及混凝土粘貼面進行表面處理,應認真進行。鋼板應進行除銹、打磨處理,混凝土粘合面應進行打磨或鑿毛處理。具體方法可參見涂刮粘鋼加固。
5 固定鋼板 將鋼板托起懸掛在各螺栓上,擰緊螺母。為控制注膠層的厚度,可在每個緊固螺栓孔周圍塞墊一定厚度的墊片。
6 留排氣孔 在灌漿粘貼面周邊每隔0.5米左右插入一軟管作為排氣管,鋼板周邊各角都應設置排氣管,傾斜或垂直安裝的鋼板只需在頂邊設置排氣管。
7 周邊密封 按推薦配膠比例稱取并調配封口膠,用抹刀將鋼板周邊縫隙、膨脹螺栓及注漿嘴周圍間隙用封口膠密封,不允許出現密封不嚴現象。封口膠在25℃時的可操作時間約為60分鐘,可根據施工具體情況確定每次配膠量,以免造成不必要浪費。密封施工一天(25℃)后即可進行灌漿粘貼施工.
8 配膠 配膠前對灌注膠兩組分進行充分的上下攪拌。根據估計的用膠量按推薦配膠比例準確稱取A、B兩組分,用膠料攪拌器攪拌均勻后倒入灌漿容器。
9 壓力灌膠 用腳踏泵或其它灌漿機具從注漿嘴壓力注入灌注膠膠液,注膠工作應從一端開始,當鄰近注膠嘴有膠液流出時,將當前的注膠嘴封閉,移至出膠的注膠嘴繼續注膠。當排氣管中有膠液流出時則將其彎折扎緊。注膠的同時用橡皮錘敲擊鋼板,由聲音判斷膠液流動情況及膠液是否注滿。傾斜及垂直安裝的鋼板要從最低位置開始注入。最后一個排氣管應在維持注入壓力的情況下封堵,以防膠層脫空。
10 固化 灌注膠注膠施工后最初幾小時應注意檢查是否有流膠現象,以防脫膠。常溫(25℃)下,固化不少于3天;固化溫度降低,固化時間應相應延長。若固化溫度低于5℃,應采取紅外線燈(或碘鎢燈)加熱等加溫措施或使用低溫固化改性產品。
11 檢驗 先查看鋼板周邊是否有漏膠,觀察膠液的色澤、硬化程度,并以小錘敲擊鋼板檢驗鋼板的有效粘結面積。錨固區有效粘結面積不應小于90%,非錨固區有效粘結面積不應小于70% 。不密實區可補鉆注膠孔和排氣孔進行補注。
12 防腐處理 灌注粘鋼施工后,應按設計要求進行防腐處理。當外抹砂漿保護層防腐時,為有利于砂漿粘結,可于鋼板表面粘結或外包一層鋼絲網或涂刮灌注膠后點粘一層豆石,最好在抹灰時涂刷一道混凝土界面劑。
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曾先生
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