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前言
結(jié)構(gòu)加固用膠粘劑(簡稱加固膠)是一類以環(huán)氧樹脂(EP)為主劑（詞條“主劑”由行業(yè)大百科提供），與固化劑按一定配比進(jìn)行反應(yīng)、交聯(lián)和固化的高分子復(fù)合材料，具有粘接性能好、抗老化性強及易于施工等優(yōu)點。自20世紀(jì)80年代在我國應(yīng)用以來，該類膠粘劑以其優(yōu)異的性能在建筑結(jié)構(gòu)加固與補強等領(lǐng)域中得到良好應(yīng)用。目前，已開發(fā)的品種包括粘貼碳纖維布和片材加固用浸漬膠及配套樹脂、粘貼鋼板加固用粘鋼膠及灌鋼膠、后錨固粘接用植筋錨固膠、修補和填充裂縫用裂縫膠及封口膠等。隨著施工技術(shù)及工藝性能的不斷提高，對加固膠的工藝性和耐久性也提出了更高的要求。新型的加固膠應(yīng)運而生，包括水下固化型、低溫固化型和耐高溫及防火型等加固膠[1-8]。近年來，加固膠的應(yīng)用領(lǐng)域已從傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)拓寬到交通、水利水電及道路橋梁等施工領(lǐng)域，相關(guān)經(jīng)濟效益和社會效益日益提高。
為規(guī)范加固膠的開發(fā)及促進(jìn)其在建筑結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用，我國陸續(xù)出臺了一系列建筑結(jié)構(gòu)加固膠的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)的設(shè)計和驗收規(guī)范。作為執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的檢測機構(gòu)，本課題組將針對現(xiàn)行結(jié)構(gòu)膠的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范所提出的檢測項目、技術(shù)指標(biāo)和檢測方法等進(jìn)行較為全面的比較和分析，并結(jié)合國外的相關(guān)測試技術(shù)和已有的研究結(jié)果，對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范所規(guī)定的測試技術(shù)進(jìn)行評價與探討，以期為今后相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修訂和制訂提供一定的參考。
1.國內(nèi)關(guān)于加固膠的主要標(biāo)準(zhǔn)
目前，國內(nèi)已經(jīng)頒布和實施的有關(guān)加固膠的主要標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范[9- 15] 有JG/T 166—2004、GB 50367—2006、JG/T 271—2010、GB 50550—2010、JG/T 340—2011、GB 50728—2011和JGJ 145—2013。
2. 檢測標(biāo)準(zhǔn)的比較
不同的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對加固膠的檢測項目、技術(shù)指標(biāo)和檢測方法的規(guī)定均有所不同，本研究針對加固膠中使用廣泛的碳纖維膠、粘鋼膠和植筋錨固膠等進(jìn)行不同標(biāo)準(zhǔn)檢測技術(shù)的對比。
2.1 碳纖維膠
由于GB 50367—2013[16]于2014年6月起實施，并且關(guān)于碳纖維膠在設(shè)計上的技術(shù)要求以GB 50728—2011 為準(zhǔn)，故本研究主要對比行標(biāo)JG/T 166—2004和國標(biāo)GB 50728—2011 中對混凝土結(jié)構(gòu)加固用碳纖維膠的技術(shù)要求，具體技術(shù)要求如表1所示。
對于膠體性能而言，GB 50728—2011 在原有GB 50367—2006的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低了拉伸強度和彈性模量的指標(biāo)，增加了熱變形溫度的測試項目;對于粘接能力而言，增加了鋼-鋼沖擊剝離長度和對接接頭拉伸強度，取消了不均勻扯離強度。
由表1可知：在沖擊剝離長度、與混凝土的正拉粘接強度、層間剪切強度、固含量、黏度、凝膠時間和下垂流度等項目方面，兩標(biāo)準(zhǔn)差異明顯;此外，行標(biāo)中的技術(shù)指標(biāo)普遍與國標(biāo)中的B級相當(dāng)，不利于行標(biāo)的執(zhí)行和在行業(yè)內(nèi)的推廣。
碳纖維膠的用途是將碳纖維布(或碳纖維板)粘接到基材（詞條“基材”由行業(yè)大百科提供）上，讓纖維復(fù)合材料與混凝土形成整體，從而達(dá)到加固補強的目的。因此，在粘接能力的指標(biāo)選擇方面，本研究認(rèn)為選擇“與混凝土的正拉粘接強度”和“層間剪切強度”這兩項指標(biāo)最能反映實際應(yīng)用情況(既能檢驗碳纖維膠與混凝土的粘接性能，又能檢驗碳纖維膠與碳纖維布的適配性)。
2.2 粘鋼膠
與2.1 原因類同，本研究主要對比行標(biāo)JG/T271—2010和國標(biāo)GB 50728—2011對粘鋼膠的技術(shù)要求，具體技術(shù)要求如表2所示。
對于膠體性能而言，GB 50728—2011 在原有GB 50367—2006的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低了受拉彈性模量和斷裂伸長率的指標(biāo)，增加了熱變形溫度的測試項目;對于粘接能力而言，增加了鋼-鋼沖擊剝離長度和對接接頭拉伸強度，取消了不均勻扯離強度。
由表2 可知：行標(biāo)中的技術(shù)指標(biāo)與國標(biāo)中B 級的技術(shù)指標(biāo)基本一致。在凍融（詞條“凍融”由行業(yè)大百科提供）循環(huán)的檢測項目上，國標(biāo)要求溫度條件為-25~35 ℃，行標(biāo)要求溫度條件為(-17±2)~(8±2)℃，兩者存在較大差異;國標(biāo)中要求的技術(shù)指標(biāo)相對更高、耐久性的檢驗條件更為苛刻且檢測項目也更為全面，故行標(biāo)沒能在行業(yè)內(nèi)得到推廣和執(zhí)行。
2.3 植筋錨固膠
植筋錨固膠(又稱植筋膠或錨固膠)的標(biāo)準(zhǔn)主要有國標(biāo)GB 50728—2011 和行標(biāo)JG/T 340—2011，具體技術(shù)要求如表3所示。
對于粘接能力而言，GB 50728—2011 在原有GB 50367—2006 的基礎(chǔ)上，增加了鋼-鋼沖擊剝離長度、熱變形溫度的測定;此外，將鋼-鋼拉伸剪切強度的檢測方法由原套筒法改為鋼片法。由表3可知：上述行標(biāo)與國標(biāo)之間的兼容性較差，即兩者的檢測項目差異較大、檢測方法也不統(tǒng)一。行標(biāo)對膠體性能完全沒有要求，而國標(biāo)對沖擊剝離長度、熱變形溫度和觸變指數(shù)等都提出了要求。對于疲勞試驗，兩標(biāo)準(zhǔn)差異也很大(國標(biāo)采用鋼-鋼拉伸剪切試片，行標(biāo)采用鋼筋植入混凝土試塊)，這說明目前國內(nèi)對植筋膠的檢測體系還沒有統(tǒng)一。
植筋過程是將帶肋鋼筋放入已注入植筋膠的粗糙混凝土孔壁的鉆孔中，膠的兩側(cè)分別是弧形帶肋鋼筋/螺桿和粗糙的混凝土弧面。由于植筋膠的工藝涵蓋粘接、鎖鍵和摩擦等原理[17-18]，膠/混凝土界面、膠/鋼筋界面的鎖鍵(或剪切摩擦作用)在一定情況下可能起主導(dǎo)作用[19]。歐洲標(biāo)準(zhǔn)ETAG 001[20]的全部試驗方法均基于實際使用狀態(tài)：在混凝土中鉆孔、注膠及植入鋼筋，以基材混凝土C25和C60上的拉拔粘接強度作為基礎(chǔ)，將其他試驗的結(jié)論與這兩項試驗進(jìn)行比較，形成完整系統(tǒng)。JGJ 145—2013標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于耐久性的檢測方法即借鑒了歐洲的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(對于標(biāo)準(zhǔn)條件和凍融環(huán)境下的拉伸承載力的考察，都是采用在混凝土中鉆孔、注膠和植入鋼筋或錨栓法制樣的)。
2.4 比較與分析
綜上所述，對于碳纖維膠和粘鋼膠，行標(biāo)的技術(shù)要求相當(dāng)于國標(biāo)B級的要求;而對于植筋膠，不同的標(biāo)準(zhǔn)對于檢測項目和檢測方法存在較大的差異。GB 50728—2011標(biāo)準(zhǔn)因為檢測項目更全面、技術(shù)指標(biāo)更高而成為目前行業(yè)內(nèi)普遍使用的標(biāo)準(zhǔn)，但也使得相關(guān)產(chǎn)品的行標(biāo)難以執(zhí)行，這也是對標(biāo)準(zhǔn)資源的浪費。
3. 關(guān)于檢測項目的討論
目前在加固膠行業(yè)中，普遍執(zhí)行的檢測標(biāo)準(zhǔn)為GB 50367—2006，2014 年6 月修訂后，將會執(zhí)行GB50367—2013標(biāo)準(zhǔn)。由于GB 50367—2013中只保留了對快凝型錨固膠的要求，故對其他加固膠的檢測仍依據(jù)GB 50728—2011 標(biāo)準(zhǔn)。工程復(fù)檢主要執(zhí)行GB 50550—2010標(biāo)準(zhǔn)，其區(qū)別于GB 50728—2011標(biāo)準(zhǔn)之處在于前者采用快速濕熱老化代替90 d濕熱老化(以節(jié)省時間)，但如果不通過，仍以90 d濕熱老化為準(zhǔn)，故GB 50728—2011幾乎是檢測項目要求最全面的規(guī)范，預(yù)計也是未來加固行業(yè)普遍采用的規(guī)范。作為標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行機構(gòu)，本課題組發(fā)現(xiàn)制樣工藝對加固膠的檢測起著非常重要的作用，制樣工藝的差異會在很大程度上影響結(jié)構(gòu)膠性能指標(biāo)的評判。因此，本研究結(jié)合在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)過程中所遇到的問題，對規(guī)范中所規(guī)定的某些檢測項目進(jìn)行探討。
3.1 模具對膠體性能的影響
加固膠的膠體性能通常參照GB/T 2567—2008標(biāo)準(zhǔn)[21]，其規(guī)定可采用鋼模具和硅橡膠模具澆鑄試樣。研究結(jié)果表明：鋼模具的優(yōu)點是制成的樣條幾何尺寸規(guī)整，而缺點是脫模（詞條“脫模”由行業(yè)大百科提供）較困難(即使采用脫模劑，脫模時也應(yīng)非常小心，否則會損傷試樣);硅橡膠模具的優(yōu)點是制樣便捷、脫模容易且制樣效率高，缺點是由于硅橡膠具有彈性，故樣條的幾何尺寸不規(guī)整。此外，由鋼模具澆鑄而成的試樣之膠體性能略優(yōu)于由硅橡膠模具澆鑄而成的試樣(這是因為膠粘劑在固化過程中EP和固化劑因化學(xué)反應(yīng)而交聯(lián)，鋼模具變形量小，使得反應(yīng)過程中的交聯(lián)更充分、分子鏈結(jié)構(gòu)更密實，從而有利于膠體性能的提高)。
3.2 鋼-鋼拉伸剪切強度
GB 50367—2013、GB 50550—2010和GB 50728—2011 標(biāo)準(zhǔn)中鋼-鋼拉伸剪切強度的參照標(biāo)準(zhǔn)均為GB/T 7124—2008標(biāo)準(zhǔn)[22]。
研究結(jié)果表明：①鋼片強度越大、鋼片越厚，拉伸剪切強度也就越大。②鋼片的表面處理采用機械打磨時，粗砂輪的處理要優(yōu)于細(xì)砂輪，打磨后鋼片表面的平整度和打磨方向也會影響到粘接效果;鋼片表面采用噴砂處理時，金剛砂顆粒的目數(shù)和噴槍（詞條“噴槍”由行業(yè)大百科提供）的壓力會直接影響到粘接面積，從而影響到檢測結(jié)果。③不同配方加固膠的適用期并不相同，混合好的膠樣在涂敷到鋼片之前的放置時間也會影響其粘接性能。④制樣環(huán)境溫度和養(yǎng)護(hù)溫度對結(jié)構(gòu)膠粘接性能也有影響，主要表現(xiàn)為當(dāng)環(huán)境溫度和養(yǎng)護(hù)溫度較低時(如低于20 ℃)，膠粘劑的粘接性能檢測結(jié)果普遍偏低，故必須保證制樣和養(yǎng)護(hù)時的溫度[23-24]。
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