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结构加固用胶粘剂测试技术的评价与探讨

来源:中国胶粘剂网  作者:*  日期:2015-6-17
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  摘要:比较和分析了结构加固用胶粘剂(如碳纤维胶、粘钢胶和植筋锚固胶等)现行标准所规定的检测项目和技术指标,探讨了检测项目(如钢-钢拉伸剪切强度、钢-钢冲击剥离长度、热变形温度、耐疲劳应力作用能力和设计使用年限等)中检测技术对测定结果的影响。最后结合国外检测方法对国内相关检测技术进行了评价。
    关键词:结构加固;胶粘剂;标准;测试技术

  本篇文章内容由[中国幕墙网]编辑部整理发布:

  前言

  结构加固用胶粘剂(简称加固胶)是一类以环氧树脂(EP)为主剂(词条“主剂”由行业大百科提供),与固化剂按一定配比进行反应、交联和固化高分子复合材料,具有粘接性能好、抗老化性强及易于施工等优点。自20世纪80年代在我国应用以来,该类胶粘剂以其优异的性能在建筑结构加固与补强等领域中得到良好应用。目前,已开发的品种包括粘贴碳纤维布和片材加固用浸渍胶及配套树脂、粘贴钢板加固用粘钢胶及灌钢胶、后锚固粘接用植筋锚固胶、修补和填充裂缝用裂缝胶及封口胶等。随着施工技术及工艺性能的不断提高,对加固胶的工艺性和耐久性也提出了更高的要求。新型的加固胶应运而生,包括水下固化型、低温固化型和耐高温及防火型等加固胶[1-8]。近年来,加固胶的应用领域已从传统的建筑结构拓宽到交通、水利水电及道路桥梁等施工领域,相关经济效益和社会效益日益提高。

  为规范加固胶的开发及促进其在建筑结构工程中的应用,我国陆续出台了一系列建筑结构加固胶的产品标准及相关的设计和验收规范。作为执行标准的检测机构,本课题组将针对现行结构胶的标准和规范所提出的检测项目、技术指标和检测方法等进行较为全面的比较和分析,并结合国外的相关测试技术和已有的研究结果,对现行标准和规范所规定的测试技术进行评价与探讨,以期为今后相关标准的修订和制订提供一定的参考。

  1.国内关于加固胶的主要标准

  目前,国内已经颁布和实施的有关加固胶的主要标准及规范[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. 检测标准的比较

  不同的标准和规范对加固胶的检测项目、技术指标和检测方法的规定均有所不同,本研究针对加固胶中使用广泛的碳纤维胶、粘钢胶和植筋锚固胶等进行不同标准检测技术的对比。

  2.1 碳纤维胶

  由于GB 50367—2013[16]于2014年6月起实施,并且关于碳纤维胶在设计上的技术要求以GB 50728—2011 为准,故本研究主要对比行标JG/T 166—2004和国标GB 50728—2011 中对混凝土结构加固用碳纤维胶的技术要求,具体技术要求如表1所示。

  对于胶体性能而言,GB 50728—2011 在原有GB 50367—2006的基础上,适当降低了拉伸强度弹性模量的指标,增加了热变形温度的测试项目;对于粘接能力而言,增加了钢-钢冲击剥离长度和对接接头拉伸强度,取消了不均匀扯离强度。

  由表1可知:在冲击剥离长度、与混凝土的正拉粘接强度、层间剪切强度固含量黏度凝胶时间和下垂流度等项目方面,两标准差异明显;此外,行标中的技术指标普遍与国标中的B级相当,不利于行标的执行和在行业内的推广。

  碳纤维胶的用途是将碳纤维布(或碳纤维板)粘接到基材(词条“基材”由行业大百科提供)上,让纤维复合材料与混凝土形成整体,从而达到加固补强的目的。因此,在粘接能力的指标选择方面,本研究认为选择“与混凝土的正拉粘接强度”和“层间剪切强度”这两项指标最能反映实际应用情况(既能检验碳纤维胶与混凝土的粘接性能,又能检验碳纤维胶与碳纤维布的适配性)。

  2.2 粘钢胶

  与2.1 原因类同,本研究主要对比行标JG/T271—2010和国标GB 50728—2011对粘钢胶的技术要求,具体技术要求如表2所示。

  对于胶体性能而言,GB 50728—2011 在原有GB 50367—2006的基础上,适当降低了受拉弹性模量断裂伸长率的指标,增加了热变形温度的测试项目;对于粘接能力而言,增加了钢-钢冲击剥离长度和对接接头拉伸强度,取消了不均匀扯离强度。

  由表2 可知:行标中的技术指标与国标中B 级的技术指标基本一致。在冻融(词条“冻融”由行业大百科提供)循环的检测项目上,国标要求温度条件为-25~35 ℃,行标要求温度条件为(-17±2)~(8±2)℃,两者存在较大差异;国标中要求的技术指标相对更高、耐久性的检验条件更为苛刻且检测项目也更为全面,故行标没能在行业内得到推广和执行。

  2.3 植筋锚固胶

  植筋锚固胶(又称植筋胶或锚固胶)的标准主要有国标GB 50728—2011 和行标JG/T 340—2011,具体技术要求如表3所示。

  对于粘接能力而言,GB 50728—2011 在原有GB 50367—2006 的基础上,增加了钢-钢冲击剥离长度、热变形温度的测定;此外,将钢-钢拉伸剪切强度的检测方法由原套筒法改为钢片法。由表3可知:上述行标与国标之间的兼容性较差,即两者的检测项目差异较大、检测方法也不统一。行标对胶体性能完全没有要求,而国标对冲击剥离长度、热变形温度和触变指数等都提出了要求。对于疲劳试验,两标准差异也很大(国标采用钢-钢拉伸剪切试片,行标采用钢筋植入混凝土试块),这说明目前国内对植筋胶的检测体系还没有统一。

  植筋过程是将带肋钢筋放入已注入植筋胶的粗糙混凝土孔壁的钻孔中,胶的两侧分别是弧形带肋钢筋/螺杆和粗糙的混凝土弧面。由于植筋胶的工艺涵盖粘接、锁键和摩擦等原理[17-18],胶/混凝土界面、胶/钢筋界面的锁键(或剪切摩擦作用)在一定情况下可能起主导作用[19]。欧洲标准ETAG 001[20]的全部试验方法均基于实际使用状态:在混凝土中钻孔、注胶及植入钢筋,以基材混凝土C25和C60上的拉拔粘接强度作为基础,将其他试验的结论与这两项试验进行比较,形成完整系统。JGJ 145—2013标准关于耐久性的检测方法即借鉴了欧洲的相关标准(对于标准条件和冻融环境下的拉伸承载力的考察,都是采用在混凝土中钻孔、注胶和植入钢筋或锚栓法制样的)。

  2.4 比较与分析

  综上所述,对于碳纤维胶和粘钢胶,行标的技术要求相当于国标B级的要求;而对于植筋胶,不同的标准对于检测项目和检测方法存在较大的差异。GB 50728—2011标准因为检测项目更全面、技术指标更高而成为目前行业内普遍使用的标准,但也使得相关产品的行标难以执行,这也是对标准资源的浪费。

  3. 关于检测项目的讨论

  目前在加固胶行业中,普遍执行的检测标准为GB 50367—2006,2014 年6 月修订后,将会执行GB50367—2013标准。由于GB 50367—2013中只保留了对快凝型锚固胶的要求,故对其他加固胶的检测仍依据GB 50728—2011 标准。工程复检主要执行GB 50550—2010标准,其区别于GB 50728—2011标准之处在于前者采用快速湿热老化代替90 d湿热老化(以节省时间),但如果不通过,仍以90 d湿热老化为准,故GB 50728—2011几乎是检测项目要求最全面的规范,预计也是未来加固行业普遍采用的规范。作为标准的执行机构,本课题组发现制样工艺对加固胶的检测起着非常重要的作用,制样工艺的差异会在很大程度上影响结构胶性能指标的评判。因此,本研究结合在执行标准过程中所遇到的问题,对规范中所规定的某些检测项目进行探讨。

  3.1 模具对胶体性能的影响

  加固胶的胶体性能通常参照GB/T 2567—2008标准[21],其规定可采用钢模具和硅橡胶模具浇铸试样。研究结果表明:钢模具的优点是制成的样条几何尺寸规整,而缺点是脱模(词条“脱模”由行业大百科提供)较困难(即使采用脱模剂,脱模时也应非常小心,否则会损伤试样);硅橡胶模具的优点是制样便捷、脱模容易且制样效率高,缺点是由于硅橡胶具有弹性,故样条的几何尺寸不规整。此外,由钢模具浇铸而成的试样之胶体性能略优于由硅橡胶模具浇铸而成的试样(这是因为胶粘剂在固化过程中EP和固化剂因化学反应而交联,钢模具变形量小,使得反应过程中的交联更充分、分子链结构更密实,从而有利于胶体性能的提高)。

  3.2 钢-钢拉伸剪切强度

  GB 50367—2013、GB 50550—2010和GB 50728—2011 标准中钢-钢拉伸剪切强度的参照标准均为GB/T 7124—2008标准[22]。

  研究结果表明:①钢片强度越大、钢片越厚,拉伸剪切强度也就越大。②钢片的表面处理采用机械打磨时,粗砂轮的处理要优于细砂轮,打磨后钢片表面的平整度和打磨方向也会影响到粘接效果;钢片表面采用喷砂处理时,金刚砂颗粒的目数和喷枪(词条“喷枪”由行业大百科提供)的压力会直接影响到粘接面积,从而影响到检测结果。③不同配方加固胶的适用期并不相同,混合好的胶样在涂敷到钢片之前的放置时间也会影响其粘接性能。④制样环境温度和养护温度对结构胶粘接性能也有影响,主要表现为当环境温度和养护温度较低时(如低于20 ℃),胶粘剂的粘接性能检测结果普遍偏低,故必须保证制样和养护时的温度[23-24]。

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