用于桥梁结构拼装的环氧胶性能评价标准的比较研究

刘 芳

（上海公路桥梁（集团）有限公司，上海市 200433）

0 引言

节段预制拼装技术是一种上世纪四十年代在欧洲出现并在世界范围内推广开来的一种桥梁施工方法。预制好的混凝土节段在现场进行拼接，之后进行预应力张拉形成整体，有很好的经济性和美观性。其节段间的接缝通常有三种形式：即湿接--接缝采用现浇混凝土方式拼接；干接--通过凹凸剪力键直接拼装，AASHTO203年最新规定不再使用干接形式；胶结--在截断面涂抹环氧树脂胶进行拼接。

结构用环氧树脂胶是专门应用于预制节段胶接的一种高强度粘结剂，由于预制节段拼装技术在国内还没有得到大范围的推广应用。国内目前缺乏针对预制节段结构用环氧树脂胶的专用标准规范。本文通过对国内外环氧树脂粘结剂的规范标准进行比较分析，为国内的预制节段拼接用环氧树脂胶的性能参数依据提出参考建议。

虹梅南路-金海路通道（虹梅南路段）新建工程将在国内首次采用玉英立法实现城市高架下部结构预制拼装。该项目HM-4标段含6组预制立柱及盖梁施工试验段。其中立柱分A、B两截,盖梁整体预制。立柱节段和盖梁间均采用预应力钢绞线及凹凸剪力键匹配形式进行胶接。本文基于此项目背景开展研究。

1 结构用环氧粘结剂的主要成分和作用性能

1.1 结构用环氧粘结剂的主要成分

混凝土预制节段拼装用环氧树脂胶是一种改性环氧树脂类高触变性高强粘结剂，包含多钟有机材料及无机改性材料复，一般由A、B两组分混合之后用于混凝土预应力节段拼装施工。

A组分一般为黑色，由纯环氧树脂或混合二氧化硅等填料组成。其中二氧化硅的作用是增加粘度，石英砂可以增加表面硬度并起到绝缘效果，添加硅酸盐混合物用以增白和降低成本。B组份为白色，是胺类固化剂。A、B拌和后为灰色或黑色膏状混合物。

二氧化硅在增加粘结剂稠度的同时也增加了粘结剂的比重。因粘结剂以重量结算,故在稠度满足施工要求的前提下,应优先选用比重小的品种。

1.2 粘结剂主要作用

（1）润滑作用——调节定位:环氧树脂粘结剂固化前为粘稠状态,预制节段拼接时如剪力键处稍有偏差,可通过环氧粘结剂微调定位。

（2）防水作用——提高耐久性:拼接缝中的环氧固化后充分填充，起到密封防水作用，可以有效预防预应力束的锈蚀,提高结构耐久性。

1.3 结构用环氧粘结剂主要性能指标

触变性：环氧树脂胶涂抹于垂直平面上之后保持一定形状不流动的性能，叫做触变性。

可施胶时间：环氧树脂能经搅拌配合后保持流动性和工作性能，允许涂刷施胶的时间。

可粘结时间：指粘结剂涂在节段拼接面时起，至粘结剂固化而失去粘结工作性能的一段时间。

开放时间：保持工作性能，应满足涂刷、拼接及完成预应力张拉所需时间。

抗压强度：反映胶层在受外压力是的耐变形能力，为避免胶层破坏，环氧的抗压强度必须大于水泥的抗压强度。

抗剪强度：抗剪切强度的测试一般是用两块金属试块相互搭接，沿大截面垂直拉伸所获得的力学性能，是胶层对金属试块粘结力的最小值，由于混凝土表面更粗糙且有大量空隙，因此胶层对混凝土的剪切强度应更高。

抗拉强度：胶体受到应力作用时的耐变形能力。

粘结强度：环氧对于水泥的粘结强度必须大于水泥砂浆本身的内聚强度。

热变形温度:以一定速度升温，当达到规定变形时所对应的温度。用来衡量耐热性。

化学性能：水中溶解率，吸水性，化学稳定性等。

2 结构用环氧粘结剂在国内外的应用情况

胶接缝目前被广泛应用关于采用预制拼装的桥梁施工中。因其应用条件宽松，适用范围广泛。美国节段施工混凝土桥梁设计与施工指导规范（1989）中提出，胶接缝适用于所有体内力筋的桥梁，及有冻融循环的恶劣气候条件下的所有桥梁或使用化学制品的桥梁。在我国，对于体内和体外组合预应力，循环冻融及采用光化学消冰的节段式桥梁，应采用环氧树脂胶接缝。

根据目前国内相关工程及国外对环氧树脂密封胶使用情况，爱牢达和西卡环氧树脂胶应用较多。随着环氧树脂结构胶在中国市场的发展预期和广大空间，近年来也诞生了一批优秀的国产和合资品牌。如，k801,固特邦等，以及一些高校及科研院所自行研发的环氧结构胶。

3 国内外相关规范和试验方法现状[1-7]

3.1 FIP标准

国际预应力协会自1978年编写的《用于验收测试和验证的环氧粘接剂的节段施工标准的建议》（Proposal for a standard for acceptance tests and verification ofepoxy bonding agentsforsegmental construction）简称FIP.其中对于环氧树脂主要性能参数要求见表1。

表1 FIP标准要求

3.2 美国标准

美国的 AASHTO M_235-2003（r2007）（美国公路与运输协会材料规范M235）中对于环氧树脂胶在桥梁上的应用有着更为详细的分类和的具体要求如下：

“Type VI—For bonding and sealing segmental precast elements with internal tendons and forspan-by-span erection when temporary post tensioning is applied.”i（类型VI-用于粘结和密封带有内部预应力钢筋束的预制构件，以及采用后张临时预应力法逐跨架设的预制节段。），见表2。

此外，在AASHTO HB-2002（美国公路与运输协会公路桥梁规范）中的具体要求见表3。

3.3 国内标准

国内目前在工程实施中一般参考《混凝土结构加固设计规范》GB 50367-2013中对于A级胶的定义：

“4.4.1～4.4.3承重结构用的胶粘剂，宜按其基本性能分为A级胶和B级胶，对重要结构、悬挑构件，承受动力作用的结构、构件，应采用A级胶；必须进行粘结抗剪强度检验。检验师，其粘结抗剪强度标准值，应根据置信水平为0.90,、保证率为95%的要求确定。其性能均应符合国家标准《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB 50728-2011第4.22条的规定。 ”iii表4.2.2–1以混凝土为基材，粘贴钢材用结构胶基本性能鉴定标准，见表4。

3.4 比较分析

对一些主要性能指标的标准差异对比分析如下：

（1）对抗压强度的要求方面，FIP 7 d抗压强度（即完全固化后）需达到75 MPa，国标为65 MPa。

（2）粘结强度：AASHTO M_235-2003（r2007）中对2 d潮湿状况的混凝土-混凝土斜剪粘结强度要求为不小于7 MPa,国标为钢对C45混凝土正拉粘结强度不小于2.5，且为混凝土内聚破坏。

（3）抗剪强度：FIP要求低限温度条件下，7 d抗剪强度不小于12 MPa，国内给出的是标准值，常温抗剪强度不小于15 MPa。

表2 2AASHTO M_235-2003（r2007）要求

表3 3AASHTO HB-2002要求ii

（4）触变性：FIP和美规都有针对施工涂抹粘结工艺的的触变性（及抗垂流度），开放时间、凝胶时间等的评定，国标则没有给出。

（5）热变形温度：FIP的要求为在适用范围的高限温度条件下，养护7 d的试件的热变形温度不小于50℃。国标对此的要求为：固化、养护21 d，到期测定热变形温度不小于65℃。

此外，在试验方法上各评价标准也稍有不同，在抗拉压剪切耐热性等主要性能的测试中，FIP要求使用75 mm×75 mm×150 mm的试件，国标试验使用的是70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm大小的试件。FIP有自成一套的试验方法和专用设备，中国和美国规范则适应了各自的标准体系将试验方法本土化。

因此，不难看出：国际预应力协会是最早做出关于预制节段拼装用环氧胶较为权威、要求最高的评价标准，并带有自成一套的非常详细的试验方法，专业针对性和完整性较强，时至今日世界上依然以其作为首要参考标准。美国AASHTOM_235-2003 （r2007） 结 合 AASHTO HB-2002公路桥梁规范及ASTM（美国材料与试验协会）一系列试验方法，给出了较为全面的标准评定。

虽然加固A级胶可以应用于承力结构，但更多的为非关键部位的加固修补，受力程度小，而预制拼装结构用胶一般是使用在悬拼悬吊的结构关键位置，在拼接后短期（1 d,2 d,7 d）会有后续张拉等重要施工步骤，对短期乃至长期的力学性能要求更高，这可以解释为何国标所给出的性能指标要低于国际标准，并且国际标准有较多7 d内的性能要求而国标更关注的是完全固化后的长期性能。

表4 《混凝土结构加固设计规范》GB 50367-2013A级胶要求

4 结论

（1）FIP标准仍然是目前世界上最具权威性和专业性的预制节段拼装用环氧树脂胶的评价标准，建议国内预制拼接结构用胶参考FIP标准进行检测。 在试验条件不具备的情况下，比如缺乏FIP要求的专业检测设备等，可以使用国标方法进行试验检测，根据不同试验方法之间的性能差异进行修正，用FIP的性能标准进行评价合格与否。

（2）在查阅资料中笔者发现，对于两个重要的施工时间控制点：可施胶时间和可粘结时间，与凝胶时间及固化时间的定义之间宜混淆。其中凝胶时间是指胶液从液相开始向固相变化的转折点，体系内已经形成一些交联结构，还有很多的活性基团没有反应。凝胶是固化的一个阶段，体系过了凝胶状态后，胶液几乎没有流动性了，分子运动受到极大限制，从应用角度讲，所有的操作用工艺都是在胶液到达凝胶状态前进行完毕，过了凝胶状态，胶液就没有应用价值了。

因此可施胶时间应在开始凝胶之前，可粘结时间应在凝胶结束之前。并且由于凝胶过程中胶体性质已经发生改变，所以在涂抹之后应尽快进行拼接和张拉工作，可以使环氧胶体的性能得到较好的发展。

（3）随着国内公路桥梁建设技术水平的不断提高，以及桥梁建设中于志华比率的提高，结构用环氧树脂胶将会在国内有更多的应用相关的行业标准应尽快制定。可以结合上世纪胶接拼装桥梁现状的评估，对耐久性的要求进行进一步修正，新的标准将更加方便工程建设，有效提高工程质量。