上世紀50年代初,美國首先用環氧樹脂結構膠對公路路面進行快速修復。60年代,一些發達國家已將建筑結構膠應用于公路、橋梁、機場跑道等工程中。70年代,各類性能優良的建筑結構膠相繼出現,并將其應用領域擴大到更多的方面,如橋樁的基礎施工、高層建筑及公路橋等的加固、修復。例如:澳大利亞悉尼著名的超級現代歌劇院將建筑結構膠用于屋蓋的拼裝粘接,堪稱結構膠應用的經典之作。80年代,建筑結構膠的應用更為普遍,如:英國用建筑結構膠將6.3ｍｍ厚的鋼板粘接于一座公路橋面與側面,使這座原限載量110ｔ的橋通過了500ｔ的載重卡車。90年代,建筑結構膠的應用更為廣泛,如:日本的阪神大地震后,損壞橋梁的鋼筋混凝土柱及梁等,均大量使用環氧樹脂結構膠進行加固、修復;建筑結構膠的品種亦日益豐富,除粘接用外,還有錨固、灌注用等。
1 建筑結構膠在中國的發展
1.1 背景
80年代初期,大連化學物理研究所和遼寧省建筑科學研究所研究成功了ＪＧＮ型建筑結構膠黏劑及加固技術,不僅經過各種力學性能、老化性能的試驗,還經過沈陽、錦州、鞍山、鐵嶺等地區7處不同類型加固工程實際使用的考察。試驗和考察結果均表明,ＪＧＮ型建筑結構膠性能良好,滿足了使用要求,是我國建筑結構加固技術上的一項新成果,開創了我國化學法粘鋼加固之先河。
1.2 ＪＧＮ型建筑結構膠的性能與應用
ＪＧＮ型建筑結構膠的主要組分是環氧樹脂和改性胺類固化劑,其各項性能列表如下(與法國Ｓｉｋａｄｕｒ-31型膠比較):ＪＧＮ-Ⅰ型建筑結構膠黏劑的各項力學性能和耐老化性能均優于法國Ｓｉｋａｄｕｒ-31型膠黏劑。
ＪＧＮ-Ⅱ型建筑結構膠黏劑除耐溫外,其他力學性能與法國Ｓｉｋａｄｕｒ-31型膠黏劑基本相當,并且有原料易得、調制工藝簡單、施工性能較好等特點。
ＪＧＮ-Ⅱ主要應用于靜荷載場合,如工業與民用建筑;而ＪＧＮ-Ⅰ主要用于動荷載的加固,例如公路與鐵路橋梁等。
1.3 化學法粘鋼加固的迅猛發展
80年代中期以來,中國建筑業的迅猛發展促進了建筑結構膠的推廣與應用,使市場消費量迅速增加。1983年,ＪＧＮ型膠黏劑剛問世時,全年的消費量不足5ｔ,進入90年代以來,每年的消費量成倍增加。1996年達到2000ｔ,1997年達到3000多ｔ,1998年達到4000多ｔ,2000年已超過6000ｔ。至今,中國用建筑結構膠對各種鋼筋混凝土梁、柱、板進行加固工程已有近萬項之多,尚未發現工程質量問題
1.4 各種建筑結構膠黏劑百花齊放
中國擁有巨大的建筑市場,已有的近百億平方米的建筑物、大量的構筑物及橋梁、涵洞、隧道結構中,混凝土結構占有很大比重。在這些混凝土建筑物和構筑物中,很多由于設計、施工的缺陷和長期使用過程中的老化、損傷及災害,造成混凝土結構開裂、抗震性能不良、承載力不足等影響其安全及使用功能的問題,急需有效、耐久、施工簡便的高新材料與加固修補的施工技術。ＪＧＮ型建筑結構膠及相關粘鋼加固技術的逐步成熟和成功推廣應用,巨大的市場和利潤空間,使得國內很多單位都投入到建筑結構膠的研究開發中來。遼寧建科院、冶金部、湖南大學、武漢大學等單位都相繼成功開發出自己的建筑結構膠黏劑品種。這些膠黏劑的主要化學成分均以環氧樹脂和胺類固化劑為主,性能上各有所長。90年代,國外知名品牌的建筑結構膠黏劑及先進的加固技術開始大量涌入中國,在一定程度上促使國內同行在建筑結構膠黏劑的配方和施工工藝上不斷改進和完善:膠黏劑的性能更加優異,施工工藝更趨合理。一批適用于特殊環境要求的建筑結構膠紛紛面世,例如,低溫潮濕環境用結構膠、室溫固化耐高溫膠等。中國科學院大連化學物理研究所研制的ＪＧＮ-ＨＴ耐高溫建筑結構膠數國內首創,已獲中國國家專利(專利號ＺＬ92113860.1),適用于高溫環境中,如水泥廠、發電廠、鋼鐵廠、玻璃廠等。
1.4.2 植筋錨固用建筑結構膠黏劑
混凝土上的鋼筋錨固亦是加固領域的一個重要分枝。植筋錨固結構膠從化學組成可分為三類:環氧樹脂類,如中國科學院大連化學物理研究所的ＪＧＮ-Ⅱ(Ａ)型膠;不飽和聚酯樹脂類,如湖南大學的ＪＮ型快速錨固膠;改性丙烯酸酯類(環氧丙烯酸酯和丙烯酸聚氨酯),如中國科學院大連化學物理研究所的ＫＨＣＰ-98錨固膠(環氧丙烯酸酯類),安徽大學研制的快速錨固膠(丙烯酸聚氨酯類)等。丙烯酸酯類錨固膠固化速度較快,現場施工時,對環境溫度變化不如環氧樹脂敏感,且低溫(-10℃～-15℃)亦能正常施工和固化,只是需要特殊的施膠工具。國產錨固膠的綜合性能與國外的不相上下,但是市場零售價卻低很多。如瑞士喜利得的錨固膠的售價比國產同類膠種多出2～3倍。
1.4.3 碳纖維片材加固用建筑結構膠
碳纖維加固修復混凝土結構技術是20世紀80年代末90年代初在日、美等發達國家興起的一項新型加固補強技術,目前已廣泛應用于橋梁、建(構)筑物混凝土結構的加固修補工程之中。與粘鋼加固技術相比較,碳纖維加固技術有許多突出特點,集中表現為:(1)因為是片狀補強材料,可以按結構形狀自由裁剪。(2)強度高,重量輕。(3)不生銹的補強材料。(4)施工簡便容易。(5)超強防水效果。(6)容易設計。該項技術1997年被引入中國,立即受到工程界的關注,并形成了研究和工程應用的熱點。碳纖維片材加固膠黏劑一般包括三種膠:底涂膠(又稱底層樹脂),修補膠(又稱整平材料)和粘接膠(又稱浸漬樹脂)。它們各自的作用分別是:(1)底涂膠:涂刷于混凝土基層上,強化混凝土表面強度,從而使混凝土與碳纖維之間的粘結性得到提高。(2)修補膠:整平混凝土表面,便于碳纖維片材的粘貼。(3)浸漬樹脂:將碳纖維片材結合在一起,使之呈板狀硬化物;同時將碳纖維與混凝土粘接在一起,也形成一個復合整體,共同抵抗外力。三種膠黏劑之中,浸漬樹脂最為重要,它的性能直接決定碳纖維片材能否有效地加固補強混凝土結構。
臺灣福邑營造工程股份有限公司在碳纖維加固方面做了不少工作,該公司生產的Ｆｅ2654碳纖維積層樹脂(即浸漬樹脂)的性能比較突出,其主要性能參見表3。
碳纖維片材加固膠黏劑在國內問世時間雖然不長,但已基本能夠自給自足,而且許多科研單位,大專院校正在積極從事膠黏劑的研制與性能改進工作。有關國內碳纖維片材加固膠黏劑研制的公開報道不多,但已有許多品種在實際工程中得到應用。表4介紹了中國科學院大連化學物理研究所研制的碳纖維片材加固膠黏劑主要性能。
1.4.4 混凝土裂縫灌注(化學灌漿)加固用建筑結構膠
這種膠黏劑的特點是黏度低,一般有環氧樹脂和丙烯酸兩類。國內已有很多單位開發的灌縫結構膠在實際工程中得到應用,效果良好。如湖南大學生產的一種低黏度環氧樹脂結構膠、遼寧建科院出品的ＧＳ灌縫膠、大連化物所研制的ＪＧＮ-Ｇ灌縫膠等。
2 中國建筑結構膠的未來方向
(1)將現有建筑結構膠的配方適度調整,極大提高其施工工藝性能。
(2)積極研制新的膠種,例如,常溫固化(3ｄ以內),可在150℃長期使用的膠種(150℃的剪切強度不小于15ＭＰａ);可在-20℃固化(7ｄ之內),黏度適合施工,抗剪強度在18ＭＰａ的膠種等。
(3)研究與制訂相關技術規范,與發達國家的建筑結構膠標準和加固規程接軌。
(4)發展先進的建筑結構膠的施工設備與器具,從而提高工程效率,保證工程質量。
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