精品粘钢结构加固技术可研报告Word格式.docx
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五、报告结论52
一、技术背景
1.2技术发展背景
粘钢加固亦称粘贴钢板加固，是将钢板采用高性能的环氧类粘接剂粘结于混凝土构件的表面，使钢板与混凝土形成统一的整体，利用钢板良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。
建筑物的加固改造，虽是人类有建筑史以来便已出现的一个传统专业但因受建筑业以及科学技术发展的限制，致使它仅在近几十年才初具规模，随着加固技术、加固理论、加固设计、加固施工等方面研究的蓬勃发展，建筑物的加固改造业逐渐形成为属结构工程专业的一门分支学科。
据有关部门统计，我国现有城镇房屋建筑面积50亿平方米，按照设计基准期50年计算，相当多的房屋己进入“中老年期”；
另外，建筑物在使用过程中，由于自然的（如大气、地震、地基沉降，风火，水灾等）、电化学、机械作用等诸多因素引起的破损（如开裂、失稳、钢筋锈蚀、混凝土剥落、酥松等），以及由于设计或施工错误，材料性能未达要求，新工艺的特殊要求等等，引起结构的强度、刚度或耐久性不足，至使不少建筑物过早地出现缺陷形成“早衰”从而步入“正常退役”之列。
此现象在工业建筑中尤为突出。
因为五十年代曾是我国工业大发展与大建设时期，基本建设在国内各条战线上蓬勃发展，新建与扩建了大批厂房，这些厂房在建国后的经济复苏与发展中曾发挥过重大作用。
然而，逆溯到50年代“蜂拥而上”，的大建设时期，缺乏先进的设计经验以及施工技术而建造的厂房占了相当大的比例。
经过几十年的使用，不少厂房在材料与结构方面呈现出严重的损伤及破坏：
但因我国现阶段经济实力尚不雄厚，仍然有不少50年代所建的厂房仍在继续使用。
必须指出：
其中不少厂房，由于损伤程度相当严重，己划入危险房屋之列，直接影响生产，危及职工生命安全。
女N1992年2月大连重型机器厂屋顶突然塌下造成42人死亡，130人受伤的重大事故，1990年3月酒泉钢厂高炉发生崩塌，死19人，伤10人的重大事故。
因此，对已有建筑物进行评估、加固维修技术的研究已势在必行。
从国外来看，近几年一些发达国家对旧建筑物评估、加固维修及改造的研究发展很快。
目前，国外建筑物的维修改造己形成一个完整的体系（一般称为建筑物维修改造行业），与新建筑业并行成为建筑业的重要力量。
因为世界上经济发达国家建设大体上经历了以下三个阶段：
即战后恢复的大规模新建时期，新建与维修改造并重时期以及目前强调的维修与现代化改造为主时期。
以美国为例，建筑业曾是美国三大经济支柱之一，现在新建的建筑业开始呈现萧条迹象，而建筑改造行业开始兴旺乃至膨胀发展。
在欧美发达国家中，目前用于建筑加固改造的投资已占国家建筑业总投资的1／2以上，美国劳工部门在20世纪末的一项产业预测报告中曾经预言：
建筑维修加固行业将是21世纪最为热门的行业之一。
由于以上种种原因，旧建筑物的可靠性评价、加固理论的研究已成为建筑工程学科的一个研究新热点，建设部九五科技发展纲要中已把该课题重点提出，作为一个攻关的目标。
建筑物的加固改造所涉及的结构（或构件）加固有其自身的特点：
首先，相对于新建结构的设计，它的自由度要小得多，因为现有建筑结构的型式、跨度、高度、结构（或构件）截面尺寸等因素都在一定程度上限定了设计者的思路，设计者不得不根据现场条件来分析，提出合乎于实际情况的加固方案和技术措施。
其次，加固结构与普通结构有着本质的区别，加固结构属于二次受力结构，新、旧两部分存在着应变滞后和应力超前现象，新加部分材料的潜力一般不能得到充分利用；
又如加固结构多半属于新旧材料组成的组合结构或组合截面，原有结构的破损程度、新旧材料的结合情况、应力水平、具体的施工措施等等，都对加固结构的受力性能有相当大的影响；
再次，加固结构必须立足于整个结构性能的考虑，不能仅采用局部破坏就只加固局部的处理方法。
例如，天津某厂在唐山地震主震作用下第二层柱子破损严重，加固时主要针对该层柱子加固（外包60mm--100mm混凝土），结果在其后的宁河6.9级地震中该建筑结构全部倒塌。
事后研究认为，倒塌的主要原因在于加固第二层柱子后把薄弱层转移到底层，使底层在地震作用下出现了很大的弹塑性变形而导致该建筑结构倒塌。
另外，加固后结构的可靠度和结构的使用期限一般不能套用新建结构的标准要求，它具有很大的灵活性。
总之，建筑物加固是一门研究使受损建筑重新恢复作用，即使失去部分抗力的结构重新获得原有的构件抗力甚至超过原有抗力的学科。
该学科所涉及的内容十分广泛，包含了结构损伤学、检测学、加固理论和加固技术、设计方法、施工方法以及加固方案选择与投资效益的优化等等。
从实质来讲，它是一门研究结构服役期间的动态可靠度及其维修理论的综合学科，现已成为建筑工程学科的一个新领域。
结构加固的传统方法及特点
目前土建结构常用的几种传统加固方法主要是以下几种：
1、预应力加固法
预应力加固法，即指在原结构上增加预应力构件来承担原结构上所受的部分荷载，从而提高原结构的承载能力的方法。
目前使用较多的主要是体外预应力加固法。
预应力法加固效果好，能较大幅度地提高结构整体承载力。
但加固后对原结构外观有一定影响；
比较适用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力﹑高应变状态下的混凝土构件的加固。
但不宜用于混凝土收缩徐变大的结构，另外加固后需要注意预应力钢筋的防腐问题。
2、增大截面加固法
增大截面加固法，通常用于受弯构件，是指在原构件的上部或下部浇一层新的混凝土和补加相应的钢筋，从而达到提高原构件承载能力的目的。
增大截面加固法是最为传统的一种结构加固方法，具有成熟的设计和丰富的施工经验；
工程成本相对较低，可用于梁﹑板﹑柱﹑墙和一般构造物等多种混凝土结构的加固。
其主要缺陷是现场施工的湿作业时间长，而且会带来建筑净空的明显减少。
3、改变受力体系加固法
改变受力体系加固法，通常包括在梁的中间部位增设支点（刚性支点或弹性支点），将多跨简支梁变为连续梁等方法。
改变结构的受力体系能大幅度降低计算弯矩，提高结构和构件的承载力，达到加强原结构的目的。
该法比较简单，而且效果可靠。
但加固工作量较大，易损害建筑物的原貌和使用功能，通常还会减小建筑的使用空间。
由于所增加的支撑构件一般需要将荷载传递到基础上，这种方法比较适用于整个建筑的加固。
4、粘钢加固法
该加固法是通过在构件外侧粘贴钢板，钢板通过胶粘剂与原构件共同作用，以增强结构的抗弯和抗剪能力，提高结构安全度。
一般适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯构件的加固，是近年来发展最快的一种加固方法。
该加固法的特点是施工便捷，只需卸荷和按要求除锈后即可施工。
现场湿作业量少，加固后24ｈ即可投入使用，且加固后对原结构自重、外观尺寸和原有净空无明显影响，能显著提高构件的刚度和承载能力，并且价格低廉；
但加固质量很大程度上取决于胶粘剂质量和施工的水平，特别是粘钢后一旦发现空鼓，进行补救比较困难。
5、外包钢加固法
外包钢加固法，即以角钢外包于原构件四角，角钢间用扁钢焊接形成整体钢构套的加固方法，以提高构件的承载能力和延性。
一般是在要求不显著增大构件截面，同时又可以大幅度提高结构承载能力的情况下采用，特别是结构柱周围裹钢，结构受力比较可靠，同时现场的工作量也较小，结构截面增加也不大。
主要缺点是钢材用量较大，相应加大了工程成本；
在节点处理上也有一定的难度。
结构加固的新方法及发展
上述常规方法在工程实践中被大量采用，但某些情况下，这些方法自身所存在的某些局限性，使得它们不能满足一些耐久性和美观方面的需求，或是受到施工条件的制约而无法实施。
近年来出现的一些新加固技术，如粘贴纤维复合材料加固法、钢丝网水泥砂浆加固法、纤维材料的嵌入式加固法等，这些技术从一开始引进和出现在国内，就以它们优异的性能、特点和加固效果得到了工程界的关注和青睐．下面着重介绍粘贴纤维复合材料加固法：
纤维材料（FRP）加固修补土建结构技术是为了突破传统方法的局限性而产生的一项新技术。
它兴起于八十年代末到九十年代初的发达国家，由于其优点多，效果明显，在日美韩欧洲等国家和地区得到了大量的推广，目前在加固修补技术领域已成为最广泛使用的一项技术，并已完全产业化。
按纤维材料的不同，可分为玻璃纤维材料﹑碳纤维材料和阿拉米德材料。
其中又以碳纤维材料CFRP最具代表性，其性能特点主要有以下几个方面：
（1）具有良好的物理力学性能：
其抗拉强度为普通钢材的10倍以上，弹性模量相当于普通钢材的1.1～2.4倍；
而且纤维片材重量轻，比重仅为钢材的1/4；
厚度小，一般片材增强层厚度在0.1mm～0.2mm之间，因此基本上不增加结构截面尺寸和自重。
（2）现场施工方便：
没有湿作业和明火施工，占用场地小，也不需要大型施工机具，因此施工方便、工效高、施工质量容易得到保障。
（3）使用范围广：
可用于梁、板、柱及桥梁、隧道、烟囱等多种结构的加固补强。
特别是在曲面壳体和复杂节点的加固中，具有其它加固方式无法比拟的优势，与混凝土的有效接触面积可达100%。
（4）具有良好的耐久性和耐腐蚀、抗磁性等性能特点。
该材料技术用于土建结构加固始于上世纪80年代中期。
1991年欧洲首先用CFRP完成了国际上第一座桥梁加固后，该项技术便在世界上迅速推广，特别是在上世纪90年代中期日本阪神大地震后的重建过程中，该项技术得到了大量的应用。
我国在该领域的研发工作从1997年开始起步，98年才开始实际的工程应用。
至目前为止，国内已有近十个科研院所、十余所高校对其技术性能进行研究，取得了大量的科研成果。
由国家冶金建筑研究总院、清华大学等单位所承担的国家“九五”重点科技攻关项目《碳纤维材料加固修复混凝土结构技术研究开发与应用》的系列科技成果已于2001年通过国家鉴定，并编制了中国工程建设标准化协会标准《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》。
可以看出，我国建筑市场巨大，当前土建结构的加固改造是我们面临的一项意义重大的任务。
随着建筑业的蓬勃发展，建筑物的加固、维修、改造的应用领域和范围也将越来越广，各种新的加固技术必将不断地涌现，结构的加固技术也必将取得更长足的发展
1.3技术研发必要性
建筑结构在服役期间，随着时间的流逝，会因劣化、损伤造成使用功能下降，或因技术条件的限制，以及使用功能的改变等条件使工程无法正常的使用。
如果能够科学地分析这种劣化、损伤的规律和程度，及时采取有效的处理措施，就可以延缓结构的损伤过程，达到延长结构使用寿命的目的。
因此，结构的可靠性评估方法及加固技术已逐渐成为工程界关注的热点问题。
许多工程技术人员和研究团体已经把注意力转向该领域，把结构鉴定与加固技术放在突出的位置。
而对建筑物进行可靠的鉴定与评估，是建筑物加固的依据，也是工程加固的首要问题，因此，对先天不足或后天管理不善的建筑物，使用不当或为抗衡自然灾害进行加固的建筑物，灾后建筑物的维修和需要加层、改造的建筑物，对进入“中老年”期需进行诊断、检查和处理的建筑物，都需要进行调查，检验，并作出科学的鉴定与评估。
建筑物鉴定与评估，包括建筑物的安全性、使用性和耐久性三个方面，三者密切相关但也有很大区别，对加固处理的影响也很不一样。
如果建筑物的安全性严重不足，则属危房，应尽快拆除，不必做加固处理；
如果使用性不好，应做加固处理；
如果耐久性不足，则不宜再做加固改造。
近代建筑业的发展大致可以分为三个时期，第一个发展时期为大规模新建时期。
第一次世界大战后，经过一段时间的休养生息，到20世纪20年代后期美国出现了兴建高层建筑和高速公路等基础设施的高潮，使经济大萧条得到复苏。
第二次世界大战后，世界各国特别是欧洲面临着繁重的重建任务，以满足人们基本的生产和生活需要，建筑业迎来了前所未有的大规模新建时期，这一时期建筑的特点是规模大但标准相对较低。
第二个发展时期是新建与维修改造并重时期。
在此期间，一方面为满足社会发展的需求，新的建筑在不断的建设，同时由于人类生产和生活对建筑要求的提高，过去建造的低标准建筑经过数十年的使用后已不能满足社会的需求，需要进行维修、加固和现代化改造，从而使建筑业过渡到新建与维修并重的发展时期，这在很大程度上推动了对在用建筑物进行正确的鉴定，有效加固技术方面的课题研究。
此后，随着社会的进一步的发展，人们生活水平进一步的提高，人们对建筑功能的要求越来越高，越来越感到已有建筑的规模和功能的逐渐减弱等引起的结构安全问题已开始引起人们的关注，但是由于昂贵的拆迁费用以及对正常生活以及环境的严重影响等问题阻碍了新一轮新建高潮的兴起，于是人们把目光投向对现有房屋的维修加固和现代化改造，这种在保存原来建筑形体的基础上，对其进行加固和现代化改造，即在提高结构安全性的同时使其内部设施功能现代化的加固改造措施，投资少、影响小、见效快，不仅有可观的经济效益，同时也具有巨大的社会效益，因此，促使建筑业跨入以现代化改造和维修加固为重点的第三个发展时期。
目前，我国建筑业也开始从第一发展时期迈向第二、第三发展时期，并且由于我国城乡建设用地比较紧张，住房问题相当突出，对20世纪90年代以前建造的占地面积大的低层房屋进行增层，对卫生设备不全或合用单元的住宅和生产工艺或使用功能有了变更的厂房进行改造、改建，是一个很有现实意义的课题。
再则，虽然我们的建筑和结构设计水平，施工技术和管理水平都有很大的发展和提高，但是，每年总有相当数量的新建工程发生质量事故。
它们或是由于技术力量的薄弱，施工水平有待进一步提高；
或是因为设计考虑不周，甚至有错；
或是由于管理混乱，错用材料以及地震等自然灾害所引起。
因此，对这些新建房屋施工建造期间发生的工程事故的评估和处理加固技术应同样地得到重视。
随着人们环保意识的加强，以及节能建筑的发展，将走持续发展道路作为21世纪人类社会发展的主题，已在全世界范围内形成共识。
建造建筑物需要大量的材料，消耗大量的资源，其中的许多资源是不可再生的。
在用建筑物的维修与改造，尽可能地延长其使用寿命符合持续发展的战略，因而具有广阔的前景。
当前，在国外，建筑工程维修改造业的发展越来越快，已经成为建筑业的重要组成部分。
西方发达国家建筑业经历的三个阶段：
大规模新建阶段，新建与维修改造并重阶段，旧建筑改造和维修加固阶段，同样也是我们国家必要经历的三个阶段，对已有建筑的维修、改造的研究要引起我们的重视。
近年来我国对建筑物的加固与改造，结构鉴定与加固改造技术也有很大发展并且初具规模，作为一门新的学科正在逐渐形成。
我国已有建筑的加固方法很多，在上部结构中，有加大截面加固法、体外后张预应力加固法和改变结构传力体系加固法等；
在地基基础中，有桩托换，地基处理和加大基础面积加固法等，这些方法在我国已经长期大量使用，取得了很多成熟的经验；
近年来粘钢加固法、植筋、碳纤维加固法等一些新技术，新工艺也越来越广泛的应用到工程加固中。
同时我国在1991年颁布了《混凝土结构加固技术规范》，2003年颁布了《碳纤维片加固混凝土结构技术规程》，我国在建筑物的维护改造与加固方面的规范与规程还有：
《砖混结构房屋加层技术规范》、《既有建筑地基基础加固技术规范》、《砌体工程现场检测技术标准》、《钢结构检测评定及加固技术规程》等。
在建筑物的维护改造与加固方面的规范与规程的颁布与实施，进一步说明我们越来越重视在用建筑物的维护、改造加固再利用，同时也推动了我国改造加固业的研究及发展，逐渐成为我国建筑业的重要组成部分。
近几年，随着我国城镇改造的步伐不断加快，在用建筑的维护的需求也随之增加，发展生产不仅仅只靠新建，对老项目的技术改造是非常必要的，根据国情，我们资金还比较缺乏，在今后生产发展的过程中，搞必要的新建项目与老项目改造相结合，采用两条腿走路的方针，是发展生产，强国富民的必经之路。
钢筋混凝土结构的耐久性问题也已越来越引起人们的关注。
美国学者用“五倍定律”形象地明
耐久性的重要性，特别是设计对耐久性问题的重要性。
设计时，对新建项目在钢筋防护方面每节省1美元，则发现钢筋锈蚀时采取措施多追加5美元，混凝土开裂时多追加维护费用25美元，严重破坏时多追加维护费用125美元。
这一可怕的放大效应，使得各国政府投入大量资金用于钢筋混凝土结构的耐久性与加固的研究。
除了耐久性外，还有施工质量问题，许多新建的建筑工程也存在较严重的工程质量问题和质量事故，这些建筑的加固在整个加固工作中，也占有相当大的比例。
对老化或有病害的钢筋混凝土结构进行加固是提高其耐久性、延长其使用寿命较有效的办法，其主要方法有以下几种：
加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法、增设支撑加固法、粘钢加固法、托梁拔柱技术、增设支撑体系及剪力墙加固法、增设拉结连系加固法、裂缝修补技术等。
其中。
粘钢加固法是比较新颖的一种加固方法，它是在混凝土构件表面用特别的建筑结构胶粘贴钢板，以提高结构承载力的一种加固方法。
该方法始于60年代，优点是简单、快速、不影响结构外形，施工时对生产和生活影响较小。
在国际上它是一种适用面较广的先进的加固方法。
不仅在建筑上使用，而且在公路桥梁也普遍采用。
1.4编制依据
1、《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）
《建筑结构荷载规范》GBJ9-87
《建筑机械使用安全技术规范》（JGJ73-91）
《建筑现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-88）
《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ90-91）
《建筑施工手册》（第三版）
《混凝土结构加固技术规范》
《既有建筑地基基础加固技术规范》（JGJ123——2000）；
《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300——2001）；
2、企业ISO9002质量体系标准文件。
企业ISO14001环境体系标准文件。
企业OHSAS18001职业健康安全体系标准文件
二、技术内容与可行性分析
2.1技术原理与施工原则
2.1.1施工方案编制原则
以完全无振动的机等先进设备和先进技术对原结构梁进行无损性拆除，力求施工现场不出现明显粉尘，并保持低施工噪音，确保达到环保无污染施工的目标。
进行JG-L1、YL400*1700切割时，每跨梁有足够的操作空间因此可以全面进行金刚石薄壁钻切割。
在进行粘钢加固时，由于施工工序较多，因此要按情况分组进行施工。
1、适用范围：
本工艺标准适用于承受静力作用的一般受弯及受拉构件。
本工艺标准以环境温度不超过60℃，相对湿度不大于70%，及无化学腐蚀的使用条件为限，否则应采取有效防护措施。
当构件混凝土强度等级低于C15时，不宜采用本工艺标准进行加固。
2、施工准备
加固所用粘结剂，必须是粘结强度高、耐久性好、具有一定弹性。
目前所用的JGN建筑结构胶，其各项强度指标可按下表采用。
JGN结构胶的粘结强度
被粘基层
材料种类
破坏特征
抗剪强度（MPa）
轴心抗拉强度（MPa）
试验值
（）
标准值
（fvk）
设计值
（fv）
（ftk）
设计值（ft）
钢—钢
胶层破坏
≥18
9
3.6
≥33
16.5
6.8
钢—混凝土
混凝土破坏
≥
fcvk
fcv
fctk
fct
混凝土—混凝土
混凝土抗剪强度（MPa）
混凝土强度等级
抗剪强度
C15
C20
C25
C30
C35
C40
C45
C50
C55
C60
试验值（）
2.25
2.70
3.15
3.55
3.90
4.30
4.65
5.00
5.30
5.60
标准值（fcvk）
1.70
2.10
2.50
2.85
3.20
3.50
3.80
4.00
4.10
设计值（fcv）
1.25
1.75
1.80
2.35
2.60
2.80
2.90
2.95
3.10
混凝土的抗剪强度试验值、标准值fcvk及设计值fcv按附表2.2采用；
混凝土的轴心抗拉强度标准值fctk用设计值fct，按现行国家标准《混凝土结构设计规范》规定采用。
加固用钢板，一般以3号钢或16锰钢为宜。
钢板、连接螺栓及焊缝的强度设计值，应按现行国家标准《钢结构设计规范》规定采用。
3、工艺流程
（1）粘钢加固施工应按附图所示工艺流程进行。
（2）混凝土构件表面，应按下列方法进行处理：
对原混凝土构件的粘合面，可用硬毛刷粘高效洗涤剂，刷除表面油垢污物后用清水冲洗，再对粘合面进行打磨，除去2～3mm厚表层，直至完全露出新面，并用无油压缩空气吹除粉粒。
如混凝土表面不是很脏很旧，则可直接对粘合面进行打磨，去掉1～2mm厚表层，用压缩空气除去粉尘或清水冲洗干净，待完全干燥后用脱脂棉沾丙酮擦拭表面即可。
对于新混凝土粘合面，先用钢丝刷将表面松散浮渣刷去，再用硬毛刷沾洗涤剂洗刷表面，或用有压清水冲洗，待完全干后即可涂粘结剂。
对于龄期在3个月以内，或湿度较大的混凝土构件尚须进行人工干燥处理。
（3）钢板粘接面，须进行除锈和粗糙处理。
如钢板未生锈或轻微锈蚀，可用喷砂、砂布或平砂轮打磨，直至出现金属光泽。
打磨粗糙度越大越好，打磨纹路应与钢板受力方向垂直。
其后，用脱脂棉沾丙酮擦拭干净。
如钢板锈蚀严重，须先用适度盐酸浸泡20min，使锈层脱落，再用石灰水冲洗，中和酸离子，最后用平砂轮打磨出纹道。
（4）粘贴钢板前，应对被加固构件进行卸荷。
如采用千斤顶顶升方式卸荷，对于承受均布荷载的梁，应采用多点（至少两点）均匀顶升；
对于有次梁作用的主梁，每根次梁下要设千斤顶。
顶升吨位以顶面不出现裂缝为准。
（5）JGN粘结剂为甲、乙两组份，使用前应进行现场质量检验，合格后方能使用，按产品使用说明书规定配制。
注意搅拌时应避免雨水进入容器，按同一方向进行搅拌，容器内不得有油污。
（6）粘结剂配制好后，用抹刀同时涂抹在已处理好的混凝土表面和钢板面上，厚度1～3mm，中间厚边缘薄，然后将钢板贴于预定位置。
如果是立面粘贴，为防止流淌，可加一层脱蜡玻璃丝布。
粘好钢板后，用手锤沿粘贴面轻轻敲击钢板，如无空洞声，表示已粘贴密实，否则应剥下钢板，补胶，重新粘贴。
（7）钢板粘贴好后立即夹紧，或用支撑固定，并适当加压，以使胶液从钢板边缝挤出为度。
（8）JGN型粘结剂在常温下固化，保持在20℃以上，24小时即可拆除夹具或支撑，3d可受力使用。
若低于15℃，应采取人工加温，一般用红外线灯加热。
4、质量标准
（1）撤除临时固定设备后，应用小锤轻轻敲击粘结钢板，从音响判断粘接效果或用超声波法探测粘强密实度.如锚固区粘结面积少于90%，非锚固区粘结面积少于70%，则此粘结件无效，应剥下重新粘结。
（2）对于重大工程，为真实检验其加固效果，尚需抽样进行荷载试验，一般仅作标准使用荷载试验，即将卸去的荷载重新全部加上，其结构的变形和裂缝开展满足设计作用要求。
5、成品保护
加固后，钢板表面应粉刷水泥砂浆保护。
如钢板表面积较大，为利于砂浆粘结，可粘一层铅丝网或
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