上世紀(jì)50年代初,美國首先用環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠對公路路面進行快速修復(fù)。60年代,一些發(fā)達國家已將建筑結(jié)構(gòu)膠應(yīng)用于公路、橋梁、機場跑道等工程中。70年代,各類性能優(yōu)良的建筑結(jié)構(gòu)膠相繼出現(xiàn),并將其應(yīng)用領(lǐng)域擴大到更多的方面,如橋樁的基礎(chǔ)施工、高層建筑及公路橋等的加固、修復(fù)。例如:澳大利亞悉尼著名的超級現(xiàn)代歌劇院將建筑結(jié)構(gòu)膠用于屋蓋的拼裝粘接,堪稱結(jié)構(gòu)膠應(yīng)用的經(jīng)典之作。80年代,建筑結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用更為普遍,如:英國用建筑結(jié)構(gòu)膠將6.3ｍｍ厚的鋼板粘接于一座公路橋面與側(cè)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(jié)構(gòu)膠的應(yīng)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(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠進行加固、修復(fù);建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)膠在中國的發(fā)展
1.1 背景
80年代初期,大連化學(xué)物理研究所和遼寧省建筑科學(xué)研究所研究成功了ＪＧＮ型建筑結(jié)構(gòu)膠黏劑及加固技術(shù),不僅經(jīng)過各種力學(xué)性能、老化性能的試驗,還經(jīng)過沈陽、錦州、鞍山、鐵嶺等地區(qū)7處不同類型加固工程實際使用的考察。試驗和考察結(jié)果均表明,ＪＧＮ型建筑結(jié)構(gòu)膠性能良好,滿足了使用要求,是我國建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)上的一項新成果,開創(chuàng)了我國化學(xué)法粘鋼加固之先河。
1.2 ＪＧＮ型建筑結(jié)構(gòu)膠的性能與應(yīng)用
ＪＧＮ型建筑結(jié)構(gòu)膠的主要組分是環(huán)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(jié)構(gòu)膠黏劑的各項力學(xué)性能和耐老化性能均優(yōu)于法國Ｓｉｋａｄｕｒ-31型膠黏劑。
ＪＧＮ-Ⅱ型建筑結(jié)構(gòu)膠黏劑除耐溫外,其他力學(xué)性能與法國Ｓｉｋａｄｕｒ-31型膠黏劑基本相當(dāng),并且有原料易得、調(diào)制工藝簡單、施工性能較好等特點。
ＪＧＮ-Ⅱ主要應(yīng)用于靜荷載場合,如工業(yè)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(xué)法粘鋼加固的迅猛發(fā)展
80年代中期以來,中國建筑業(yè)的迅猛發(fā)展促進了建筑結(jié)構(gòu)膠的推廣與應(yīng)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(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)工程質(zhì)量問題
1.4 各種建筑結(jié)構(gòu)膠黏劑百花齊放
1.4.1 粘鋼加固用建筑結(jié)構(gòu)膠黏劑
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(gòu)筑物及橋梁、涵洞、隧道結(jié)構(gòu)中,混凝土結(jié)構(gòu)占有很大比重。在這些混凝土建筑物和構(gòu)筑物中,很多由于設(shè)計、施工的缺陷和長期使用過程中的老化、損傷及災(zāi)害,造成混凝土結(jié)構(gòu)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(shù)。ＪＧＮ型建筑結(jié)構(gòu)膠及相關(guān)粘鋼加固技術(shù)的逐步成熟和成功推廣應(yīng)用,巨大的市場和利潤空間,使得國內(nèi)很多單位都投入到建筑結(jié)構(gòu)膠的研究開發(fā)中來。遼寧建科院、冶金部、湖南大學(xué)、武漢大學(xué)等單位都相繼成功開發(fā)出自己的建筑結(jié)構(gòu)膠黏劑品種。這些膠黏劑的主要化學(xué)成分均以環(huán)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(jié)構(gòu)膠黏劑及先進的加固技術(shù)開始大量涌入中國,在一定程度上促使國內(nèi)同行在建筑結(jié)構(gòu)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(yōu)異,施工工藝更趨合理。一批適用于特殊環(huán)境要求的建筑結(jié)構(gòu)膠紛紛面世,例如,低溫潮濕環(huán)境用結(jié)構(gòu)膠、室溫固化耐高溫膠等。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研制的ＪＧＮ-ＨＴ耐高溫建筑結(jié)構(gòu)膠數(shù)國內(nèi)首創(chuàng),已獲中國國家專利(專利號ＺＬ92113860.1),適用于高溫環(huán)境中,如水泥廠、發(fā)電廠、鋼鐵廠、玻璃廠等。
1.4.2 植筋錨固用建筑結(jié)構(gòu)膠黏劑
混凝土上的鋼筋錨固亦是加固領(lǐng)域的一個重要分枝。植筋錨固結(jié)構(gòu)膠從化學(xué)組成可分為三類:環(huán)氧樹脂類,如中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的ＪＧＮ-Ⅱ(Ａ)型膠;不飽和聚酯樹脂類,如湖南大學(xué)的ＪＮ型快速錨固膠;改性丙烯酸酯類(環(huán)氧丙烯酸酯和丙烯酸聚氨酯),如中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的ＫＨＣＰ-98錨固膠(環(huán)氧丙烯酸酯類),安徽大學(xué)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(xiàn)場施工時,對環(huán)境溫度變化不如環(huán)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(chǎn)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(chǎn)同類膠種多出2～3倍。
1.4.3 碳纖維片材加固用建筑結(jié)構(gòu)膠
碳纖維加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是20世紀(jì)80年代末90年代初在日、美等發(fā)達國家興起的一項新型加固補強技術(shù),目前已廣泛應(yīng)用于橋梁、建(構(gòu))筑物混凝土結(jié)構(gòu)的加固修補工程之中。與粘鋼加固技術(shù)相比較,碳纖維加固技術(shù)有許多突出特點,集中表現(xiàn)為:(1)因為是片狀補強材料,可以按結(jié)構(gòu)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(shè)計。該項技術(shù)1997年被引入中國,立即受到工程界的關(guān)注,并形成了研究和工程應(yīng)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(jié)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(jié)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(fù)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(jié)構(gòu)。
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(chǎn)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(nèi)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(guān)國內(nèi)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(yīng)用。表4介紹了中國科學(xué)院大連化學(xué)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(xué)灌漿)加固用建筑結(jié)構(gòu)膠
這種膠黏劑的特點是黏度低,一般有環(huán)氧樹脂和丙烯酸兩類。國內(nèi)已有很多單位開發(fā)的灌縫結(jié)構(gòu)膠在實際工程中得到應(yīng)用,效果良好。如湖南大學(xué)生產(chǎn)的一種低黏度環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)膠的未來方向
(1)將現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)膠的配方適度調(diào)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(nèi)),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(nèi)),黏度適合施工,抗剪強度在18ＭＰａ的膠種等。
(3)研究與制訂相關(guān)技術(shù)規(guī)范,與發(fā)達國家的建筑結(jié)構(gòu)膠標(biāo)準(zhǔn)和加固規(guī)程接軌。
(4)發(fā)展先進的建筑結(jié)構(gòu)膠的施工設(shè)備與器具,從而提高工程效率,保證工程質(zhì)量。
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