結構膠在地鐵車站建設中的應用研究

摘要：文章介紹了結構膠在國內的現狀及應用范圍，通過對結構膠優勢的研究，重點分析了結構膠在地鐵車站中的應用，結構膠可用來在地鐵站建設中加固車站墻體，提高車站墻體穩固性。結構膠通過粘結鋼材結構，加固鋼筋混凝土結構，提高車站鋼筋混凝土結構耐用性，克服因長期使用導致的老化、開裂等缺陷。結構膠還應用在地鐵車站梁柱及墻體裂縫修復中，常用的JCN等多種型號結構膠用于裂縫修復，具有工藝效果好，粘結強度高，固化時間短，適應性強等多種優點。最后對結構膠的發展做了展望。

關鍵詞：結構膠;地鐵車站;應用

中圖分類號：TQ436+.2

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）09-0035-04

0 引言

從1978年結構膠被引入中國后，逐漸受到了人們的青睞，其強度高、抗剝離、耐沖擊、施工工藝簡便等特點讓它的應用面廣泛。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，結構膠還可以部分代替焊接、鉚接等傳統連接形式，簡化了施工操作。且使用結構膠的結合面應力分布均勻，對零件無熱影響和變形。結構膠的應用十分廣泛，主要用于構件的加固、粘接、修補等;如粘鋼，粘碳纖維，植筋，裂縫補強、密封，孔洞修補、道釘粘貼、表面防護、混凝土粘接等[2].

1 結構膠的簡介

1.1 結構膠的定義

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

1.2 結構膠的使用方法

第1步：對需要進行修補或者使用結構膠的對象表面進行粗化處理，再使用清洗劑進行清洗。第2步：配制結構膠。按質量比A：B=4：1或體積比3：1將A、B兩組份混合均勻，并在規定操作時限內用完。第3步：將調制好的結構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來固化結構膠，或者80℃下固化2h，固化后即可投入使用。

1.3 結構膠的優勢

在建筑施工工程中，通常會因為各種原因使建成的建筑物達不到設計要求，例如：設計原因，施工不當、使用產生的破壞等。這樣的建筑可能會危害人的健康，因此需要對建筑進行修補加固。使用建筑結構膠對各種部件進行加固、修補、粘接具有傳統方法無法比擬的優勢。用結構膠這樣的合成材料來加固構件，比一般的鉚、焊受力均勻，材料不會產生應力集中，使得加固后的材料更耐疲勞，構件的整體性和抗裂性能夠更好。結構膠使用方法簡單、工藝簡便，耗時短。施工到使用時間一般為1 - 2d。使用結構膠進行加固，不會影響建筑的外觀設計，不占用多余空間，不影響原本的設計，保持美觀的同時能夠達到建筑強度要求。結構膠具有更加優異的物理機械性能，其本身強度大大超過原強度。粘接性能好，耐永、耐介質性優良。在施工中可以提高效率，降低成本，節約能源。

1.4 我國結構膠的現狀

我國結構膠雖然起步較晚，但近年來發展較快。首先體現在產量上突飛猛進，由上世紀八十年代起步的年產量的幾噸到目前可以達到年產量幾千噸。其次，應用范圍不斷擴大，最開始的應用是一般建筑物的梁加固，目前已經擴大到橋梁的加固，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，一般建筑物的加固及抗震應用等。同時，結構膠的品種類型不斷增多，性能也不斷提高，目前常用的結構膠品種達20多個，按組成類別可分為環氧氨基甲酸酯，氧氣橡膠，環氧丙烯酸，環氧樹脂及其涂料，改性橡膠，納米材料結構膠，丙烯酸酯和無機物等，應用條件也大大拓展，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用范圍和應用實例見表2。結構膠的性能隨著不同的應用條件要求也不同，除了滿足常規的粘結強度要求外，我國還開發了許多具有特種使用性能的結構膠，如可顯著提高結構膠的柔韌性的納米材料結構膠，改結構膠具有較強的致密防水、抗老化、抗剪強度等優異性能[5];可用于超過I50℃環境的耐高溫結構膠等。隨著我國經濟社會快速發展，結構膠的應用范圍及消耗量不斷增加，各種高質量、高水平的結構膠也不斷被開發、使用。

2 結構膠在地鐵車站的應用研究

2.1 提高地鐵車站墻體穩固性

在地下車站的設計中，經常使用磚砌體結構。但是，結構壁也是有缺陷的。這種設計是自支撐的，并且墻壁上的負載非常高，特別是混凝土的強度低，這導致剪切強度低和材料抗拉度較低，墻壁施工的安全性，時間久了墻體會容易開裂，這將嚴重影響墻體體結構的安全性[6]。

正是這是不安全因素，因此墻體需采用一些加固方式，防止墻體開裂而產生嚴重后果。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構膠，從而達到增強砌體結構粘合性，加大抗剪強度和抗拉強度的目的。注膠的過程是現場配置，采用特殊的灌漿機器，將特制的性能強于普通砂漿的結構膠灌注于墻體的灰縫中，達到加固結構的目的。其所采用的注膠方法也十分簡便，操作工具簡單，易于操作，經濟成本低。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，然后對該部位標記，根據墻體承重力大小決定選用不同的打孔直徑，為下一步注膠做計算。第2步是打孔，根據標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，為下一步注膠做準備。第4步是最關鍵的注膠，注膠過程要根據膠體性能而定，如有的是常溫下注膠，有的是加熱高溫膠，同時，膠體的量要適度，達到剛好溢出孔徑為好。常用的結構膠前文已講述，主要有環氧樹脂結構膠以及硅酮結構膠等。第5步是密封，將注好膠的孔徑進行密封，常采用砂漿或者粘性較好的粘性土進行密封，這樣能夠保證膠體在孔徑內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構

我國地鐵站建設規模巨大，大量的地鐵站建設過程中必須要用到鋼筋混凝土結構，單純使用鋼筋混凝土結構長期會有老化以等安全隱患。因此，需要采用可以操作簡便，經久耐用的加固技術對鋼筋進行粘合加固。近年來，我國許多科研單位開發出了性能優異的結構膠用來加固建筑鋼結構。典型的如JGN型結構膠，用于粘合建筑鋼筋，粘合劑粘結減少了許多結構部件的制造中的重量和復雜性，最顯著的是在地鐵站整體框架鋼筋混凝土結構搭建中。例如，通過將復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構板[7]。此外，復合倍結構膠劑的應用也已擴展到鋁和鋼組件，其中使用環氧膠膜將硼一環氧復合補丁貼在金屬表面上，復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合補片。這些加固程序可延長鋼筋混凝土結構的使用壽命，并消除或推遲了昂貴的維修工作。

碳纖維結構膠是常用來加固鋼筋結構的材料，該技術興起于20世紀80年代，并快速傳播到我國，目前已廣泛應用到我國地鐵站建筑施工中。鋼筋混凝土結構具有與良好機械性能，是地鐵站建筑施工的理想選擇。鋼筋混凝土的機械性能受物理和環境條件的影響很大。在鋼筋混凝土的應用中應考慮的關鍵問題是可靠性和耐久性。碳纖維結構膠（ CFRP）由纖維和嵌入的聚合物基質制成。碳纖維結構膠表現出非常高的強度重量比，并有望在附著到拉伸面時提高鋼筋結構的彎曲性能。碳纖維結構膠粘結鋼筋復合材料以其可行性，機械性能，經濟可行性和耐用性等吸引了研究者的興趣。根據這些研究[8]，外部粘合碳纖維結構膠已被驗證為增強鋼筋復合材材料和增強承重能力的有效方法。為了確保新建鋼筋混合結構的可靠性并加強舊的或傳統的鋼筋復合結構，已開發出碳纖維結構膠粘結復合材料，以增強地鐵站鋼筋混凝土結構性能并延長使用壽命。同時，碳纖維結構膠粘合鋼筋結構系統會不可避免地受到多種條件的影響，例如濕度條件和溫度等。碳纖維結構膠片材和鋼筋之間的界面是碳纖維結構膠粘合鋼筋混凝土系統中的重要區域，碳纖維結構膠和鋼筋之間的粘合完整性對于鋼筋混凝土系統的整體性能以及實現有效的加固目標至關重要。

2.3 修復地鐵車站梁及墻體裂縫

鋼筋混凝土結構的地鐵站隨著使用時間延長不可避免會出現老化現象，常見的地鐵站梁柱的裂縫原因主要有設計缺陷導致大梁受載后產生較大負彎矩，由于受到的壓力越大，產生的負彎矩越大，梁端上部無法承受如此大的彎矩，從而產生梁裂縫。裂縫達到一定數值，會對整個梁柱以及地鐵車站的安全性。長久穩定性造成安全隱患，為消除隱患，必須對裂縫進行修復處理。常用的修復處理方法為結構膠與混凝土澆筑裂縫，達到修復目的。常采用JGN-F型結構膠灌縫方法對裂縫進行修復[9]，修復過程十分簡便。首先是配置JGN-F型灌膠膠膠，然后對裂縫進行前處理，用打磨機將裂縫周邊磨平，再用鼓吹機吹干凈裂縫周邊灰塵，最后將配比均勻的密封結構膠用灌漿機灌注到裂縫中，完成裂縫密封。經修復后的梁柱及墻體可以達到加固的作用，滿足地鐵車站建筑安全的評價標準。結構膠裂縫修復方法經濟高效，操作簡單，具有多種優點，如結構膠能夠緊密粘合多種材料，結合力牢固，同時，結構膠固化時間短，大大縮短操作所需工期，節省施工時間。使用結構膠粘結的部位受力均勻且固化后強度高，高于一般混凝土的強度，這是結構膠用于修復裂縫的最大優勢，而且得益于受力均勻，后期不易出現受力不均導致的負彎矩集中裂縫現象，結構耐受強度及抗拉強度都會提升。

3 結語

結構膠在我國的應用范圍不斷擴大，品種以及類別也不斷增多，在提高地鐵車站的建筑強度，工程耐用性以及方便后期裂縫修復起到了很大作用。但是，目前結構膠仍存在一些不足，如大規模應用時間不長，技術積累不足，施工單位自行配置結構膠難以達到技術要求規范，國內結構膠的性能與國外先進水平仍有一定差距，進口結構膠成本較高。因此，應深入研究開發性能更高，價格更經濟實用的新型結構膠，制訂結構膠配置相關技術標準規程，便于結構膠高效利用。

參考文獻

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[8]張首文，王文軍，李紅旭，混凝土加固改造用建筑結構膠黏劑在中國的發展[J].化學與粘合，2005，27（1）：38-41.

[9]賀曼羅，近年來建筑結構膠粘劑的研究及應用[J].中國膠粘劑，1999，8（5）：1-9.

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