上世紀(jì)50年代初,美國(guó)首先用環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠對(duì)公路路面進(jìn)行快速修復(fù)。60年代,一些發(fā)達(dá)國(guó)家已將建筑結(jié)構(gòu)膠應(yīng)用于公路、橋梁、機(jī)場(chǎng)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(kuò)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(jí)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(guó)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(guò)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(shù)脂結(jié)構(gòu)膠進(jìn)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(guó)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(guò)各種力學(xué)性能、老化性能的試驗(yàn),還經(jīng)過(guò)沈陽(yáng)、錦州、鞍山、鐵嶺等地區(qū)7處不同類型加固工程實(shí)際使用的考察。試驗(yàn)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(guó)建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)上的一項(xiàng)新成果,開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)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(shù)脂和改性胺類固化劑,其各項(xiàng)性能列表如下(與法國(guó)Ｓｉｋａｄｕｒ-31型膠比較):ＪＧＮ-Ⅰ型建筑結(jié)構(gòu)膠黏劑的各項(xiàng)力學(xué)性能和耐老化性能均優(yōu)于法國(guó)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(guó)Ｓｉｋａｄｕｒ-31型膠黏劑基本相當(dāng),并且有原料易得、調(diào)制工藝簡(jiǎn)單、施工性能較好等特點(diǎn)。

    ＪＧＮ-Ⅱ主要應(yīng)用于靜荷載場(chǎng)合,如工業(yè)與民用建筑;而ＪＧＮ-Ⅰ主要用于動(dòng)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(lái),中國(guó)建筑業(yè)的迅猛發(fā)展促進(jìn)了建筑結(jié)構(gòu)膠的推廣與應(yīng)用,使市場(chǎng)消費(fèi)量迅速增加。1983年,ＪＧＮ型膠黏劑剛問(wèn)世時(shí),全年的消費(fèi)量不足5ｔ,進(jìn)入90年代以來(lái),每年的消費(fèi)量成倍增加。1996年達(dá)到2000ｔ,1997年達(dá)到3000多ｔ,1998年達(dá)到4000多ｔ,2000年已超過(guò)6000ｔ。至今,中國(guó)用建筑結(jié)構(gòu)膠對(duì)各種鋼筋混凝土梁、柱、板進(jìn)行加固工程已有近萬(wàn)項(xiàng)之多,尚未發(fā)現(xiàn)工程質(zhì)量問(wèn)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(guó)擁有巨大的建筑市場(chǎng),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(jì)、施工的缺陷和長(zhǎng)期使用過(guò)程中的老化、損傷及災(zāi)害,造成混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)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(wèn)題,急需有效、耐久、施工簡(jiǎn)便的高新材料與加固修補(bǔ)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(chǎng)和利潤(rùn)空間,使得國(guó)內(nèi)很多單位都投入到建筑結(jié)構(gòu)膠的研究開(kāi)發(fā)中來(lái)。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(kāi)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(shù)脂和胺類固化劑為主,性能上各有所長(zhǎng)。90年代,國(guó)外知名品牌的建筑結(jié)構(gòu)膠黏劑及先進(jìn)的加固技術(shù)開(kāi)始大量涌入中國(guó),在一定程度上促使國(guó)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(jìn)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(guó)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(guó)內(nèi)首創(chuàng),已獲中國(guó)國(guó)家專利(專利號(hào)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(gè)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(shù)脂類,如中國(guó)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(shù)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(guó)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(chǎng)施工時(shí),對(duì)環(huán)境溫度變化不如環(huán)氧樹(shù)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(guó)產(chǎn)錨固膠的綜合性能與國(guó)外的不相上下,但是市場(chǎng)零售價(jià)卻低很多。如瑞士喜利得的錨固膠的售價(jià)比國(guó)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(dá)國(guó)家興起的一項(xiàng)新型加固補(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)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(diǎn),集中表現(xiàn)為:(1)因?yàn)槭瞧瑺钛a(bǔ)強(qiáng)材料,可以按結(jié)構(gòu)形狀自由裁剪。(2)強(qiáng)度高,重量輕。(3)不生銹的補(bǔ)強(qiáng)材料。(4)施工簡(jiǎn)便容易。(5)超強(qiáng)防水效果。(6)容易設(shè)計(jì)。該項(xiàng)技術(shù)1997年被引入中國(guó),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(diǎn)。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(shù)脂),修補(bǔ)膠(又稱整平材料)和粘接膠(又稱浸漬樹(shù)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(qiáng)化混凝土表面強(qiáng)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(bǔ)膠:整平混凝土表面,便于碳纖維片材的粘貼。(3)浸漬樹(shù)脂:將碳纖維片材結(jié)合在一起,使之呈板狀硬化物;同時(shí)將碳纖維與混凝土粘接在一起,也形成一個(gè)復(fù)合整體,共同抵抗外力。三種膠黏劑之中,浸漬樹(shù)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(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)。 

  臺(tái)灣福邑營(yíng)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(shù)脂(即浸漬樹(shù)脂)的性能比較突出,其主要性能參見(jiàn)表3。

　　碳纖維片材加固膠黏劑在國(guó)內(nèi)問(wèn)世時(shí)間雖然不長(zhǎng),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(jìn)工作。有關(guān)國(guó)內(nèi)碳纖維片材加固膠黏劑研制的公開(kāi)報(bào)道不多,但已有許多品種在實(shí)際工程中得到應(yīng)用。表4介紹了中國(guó)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(diǎn)是黏度低,一般有環(huán)氧樹(shù)脂和丙烯酸兩類。國(guó)內(nèi)已有很多單位開(kāi)發(fā)的灌縫結(jié)構(gòu)膠在實(shí)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(shù)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(guó)建筑結(jié)構(gòu)膠的未來(lái)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(zhǎng)期使用的膠種(150℃的剪切強(qiáng)度不小于15ＭＰａ);可在-20℃固化(7ｄ之內(nèi)),黏度適合施工,抗剪強(qiáng)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(dá)國(guó)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(jìn)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。

　　參考文獻(xiàn):

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作者;張首文,　王文軍,　李紅旭(中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所凱華公司,遼寧大連116011)