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上世纪50年代初,美国首先用环氧树脂结构胶对公路路面进行快速修复。60年代,一些发达国家已将建筑结构胶应用于公路、桥梁、机场跑道等工程中。70年代,各类性能优良的建筑结构胶相继出现,并将其应用领域扩大到更多的方面,如桥桩的基础施工、高层建筑及公路桥等的加固、修复。例如:澳大利亚悉尼著名的超级现代歌剧院将建筑结构胶用于屋盖的拼装粘接,堪称结构胶应用的经典之作。80年代,建筑结构胶的应用更为普遍,如:英国用建筑结构胶将6.3ｍｍ厚的钢板粘接于一座公路桥面与侧面,使这座原限载量110ｔ的桥通过了500ｔ的载重卡车。90年代,建筑结构胶的应用更为广泛,如:日本的阪神大地震后,损坏桥梁的钢筋混凝土柱及梁等,均大量使用环氧树脂结构胶进行加固、修复;建筑结构胶的品种亦日益丰富,除粘接用外,还有锚固、灌注用等。
1 建筑结构胶在中国的发展
1.1 背景
80年代初期,大连化学物理研究所和辽宁省建筑科学研究所研究成功了ＪＧＮ型建筑结构胶黏剂及加固技术,不仅经过各种力学性能、老化性能的试验,还经过沈阳、锦州、鞍山、铁岭等地区7处不同类型加固工程实际使用的考察。试验和考察结果均表明,ＪＧＮ型建筑结构胶性能良好,满足了使用要求,是我国建筑结构加固技术上的一项新成果,开创了我国化学法粘钢加固之先河。
1.2 ＪＧＮ型建筑结构胶的性能与应用
ＪＧＮ型建筑结构胶的主要组分是环氧树脂和改性胺类固化剂,其各项性能列表如下(与法国Ｓｉｋａｄｕｒ-31型胶比较):ＪＧＮ-Ⅰ型建筑结构胶黏剂的各项力学性能和耐老化性能均优于法国Ｓｉｋａｄｕｒ-31型胶黏剂。
ＪＧＮ-Ⅱ型建筑结构胶黏剂除耐温外,其他力学性能与法国Ｓｉｋａｄｕｒ-31型胶黏剂基本相当,并且有原料易得、调制工艺简单、施工性能较好等特点。
ＪＧＮ-Ⅱ主要应用于静荷载场合,如工业与民用建筑;而ＪＧＮ-Ⅰ主要用于动荷载的加固,例如公路与铁路桥梁等。
1.3 化学法粘钢加固的迅猛发展
80年代中期以来,中国建筑业的迅猛发展促进了建筑结构胶的推广与应用,使市场消费量迅速增加。1983年,ＪＧＮ型胶黏剂刚问世时,全年的消费量不足5ｔ,进入90年代以来,每年的消费量成倍增加。1996年达到2000ｔ,1997年达到3000多ｔ,1998年达到4000多ｔ,2000年已超过6000ｔ。至今,中国用建筑结构胶对各种钢筋混凝土梁、柱、板进行加固工程已有近万项之多,尚未发现工程质量问题
1.4 各种建筑结构胶黏剂百花齐放
1.4.1 粘钢加固用建筑结构胶黏剂
中国拥有巨大的建筑市场,已有的近百亿平方米的建筑物、大量的构筑物及桥梁、涵洞、隧道结构中,混凝土结构占有很大比重。在这些混凝土建筑物和构筑物中,很多由于设计、施工的缺陷和长期使用过程中的老化、损伤及灾害,造成混凝土结构开裂、抗震性能不良、承载力不足等影响其安全及使用功能的问题,急需有效、耐久、施工简便的高新材料与加固修补的施工技术。ＪＧＮ型建筑结构胶及相关粘钢加固技术的逐步成熟和成功推广应用,巨大的市场和利润空间,使得国内很多单位都投入到建筑结构胶的研究开发中来。辽宁建科院、冶金部、湖南大学、武汉大学等单位都相继成功开发出自己的建筑结构胶黏剂品种。这些胶黏剂的主要化学成分均以环氧树脂和胺类固化剂为主,性能上各有所长。90年代,国外知名品牌的建筑结构胶黏剂及先进的加固技术开始大量涌入中国,在一定程度上促使国内同行在建筑结构胶黏剂的配方和施工工艺上不断改进和完善:胶黏剂的性能更加优异,施工工艺更趋合理。一批适用于特殊环境要求的建筑结构胶纷纷面世,例如,低温潮湿环境用结构胶、室温固化耐高温胶等。中国科学院大连化学物理研究所研制的ＪＧＮ-ＨＴ耐高温建筑结构胶数国内首创,已获中国国家专利(专利号ＺＬ92113860.1),适用于高温环境中,如水泥厂、发电厂、钢铁厂、玻璃厂等。
1.4.2 植筋锚固用建筑结构胶黏剂
混凝土上的钢筋锚固亦是加固领域的一个重要分枝。植筋锚固结构胶从化学组成可分为三类:环氧树脂类,如中国科学院大连化学物理研究所的ＪＧＮ-Ⅱ(Ａ)型胶;不饱和聚酯树脂类,如湖南大学的ＪＮ型快速锚固胶;改性丙烯酸酯类(环氧丙烯酸酯和丙烯酸聚氨酯),如中国科学院大连化学物理研究所的ＫＨＣＰ-98锚固胶(环氧丙烯酸酯类),安徽大学研制的快速锚固胶(丙烯酸聚氨酯类)等。丙烯酸酯类锚固胶固化速度较快,现场施工时,对环境温度变化不如环氧树脂敏感,且低温(-10℃～-15℃)亦能正常施工和固化,只是需要特殊的施胶工具。国产锚固胶的综合性能与国外的不相上下,但是市场零售价却低很多。如瑞士喜利得的锚固胶的售价比国产同类胶种多出2～3倍。
1.4.3 碳纤维片材加固用建筑结构胶
碳纤维加固修复混凝土结构技术是20世纪80年代末90年代初在日、美等发达国家兴起的一项新型加固补强技术,目前已广泛应用于桥梁、建(构)筑物混凝土结构的加固修补工程之中。与粘钢加固技术相比较,碳纤维加固技术有许多突出特点,集中表现为:(1)因为是片状补强材料,可以按结构形状自由裁剪。(2)强度高,重量轻。(3)不生锈的补强材料。(4)施工简便容易。(5)超强防水效果。(6)容易设计。该项技术1997年被引入中国,立即受到工程界的关注,并形成了研究和工程应用的热点。碳纤维片材加固胶黏剂一般包括三种胶:底涂胶(又称底层树脂),修补胶(又称整平材料)和粘接胶(又称浸渍树脂)。它们各自的作用分别是:(1)底涂胶:涂刷于混凝土基层上,强化混凝土表面强度,从而使混凝土与碳纤维之间的粘结性得到提高。(2)修补胶:整平混凝土表面,便于碳纤维片材的粘贴。(3)浸渍树脂:将碳纤维片材结合在一起,使之呈板状硬化物;同时将碳纤维与混凝土粘接在一起,也形成一个复合整体,共同抵抗外力。三种胶黏剂之中,浸渍树脂最为重要,它的性能直接决定碳纤维片材能否有效地加固补强混凝土结构。
台湾福邑营造工程股份有限公司在碳纤维加固方面做了不少工作,该公司生产的Ｆｅ2654碳纤维积层树脂(即浸渍树脂)的性能比较突出,其主要性能参见表3。
碳纤维片材加固胶黏剂在国内问世时间虽然不长,但已基本能够自给自足,而且许多科研单位,大专院校正在积极从事胶黏剂的研制与性能改进工作。有关国内碳纤维片材加固胶黏剂研制的公开报道不多,但已有许多品种在实际工程中得到应用。表4介绍了中国科学院大连化学物理研究所研制的碳纤维片材加固胶黏剂主要性能。
1.4.4 混凝土裂缝灌注(化学灌浆)加固用建筑结构胶
这种胶黏剂的特点是黏度低,一般有环氧树脂和丙烯酸两类。国内已有很多单位开发的灌缝结构胶在实际工程中得到应用,效果良好。如湖南大学生产的一种低黏度环氧树脂结构胶、辽宁建科院出品的ＧＳ灌缝胶、大连化物所研制的ＪＧＮ-Ｇ灌缝胶等。
2 中国建筑结构胶的未来方向
(1)将现有建筑结构胶的配方适度调整,极大提高其施工工艺性能。
(2)积极研制新的胶种,例如,常温固化(3ｄ以内),可在150℃长期使用的胶种(150℃的剪切强度不小于15ＭＰａ);可在-20℃固化(7ｄ之内),黏度适合施工,抗剪强度在18ＭＰａ的胶种等。
(3)研究与制订相关技术规范,与发达国家的建筑结构胶标准和加固规程接轨。
(4)发展先进的建筑结构胶的施工设备与器具,从而提高工程效率,保证工程质量。
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