混凝土结构工程用锚固胶标准研究进展

2019-03-18骆亚丽刘志歧闫新宇马凤淑

粘接 2019年2期

曾兵，骆亚丽，刘志歧，闫新宇，付强，马凤淑

（中国建筑科学研究院有限公司，国家化学建筑材料测试中心，北京 100013）

锚固胶具有固化速度快、锚固力强、施工简便、形同预埋、与各类基材（砼、砖、岩石等）及金属锚杆相容性好等优点，具备良好的抗震、耐热、抗老化等性能，与钢筋、螺杆、锚栓等配套使用，在建筑结构加固补强领域以及在铁路、公路、桥梁、水利改扩建工程中得到了广泛的应用。目前国内锚固胶按化学组成分为有机类锚固胶和无机类锚固胶。有机类锚固胶以树脂为主要原料，加入填料和其他添加剂构成；无机类锚固胶以无机胶凝材料为主要原料，加入填料和其他添加剂构成。不同种类的锚固胶的固化反应机理和性能由于主要原料的差异而不同[1，2]，分别适用于不同的结构部件。

目前，国内与锚固胶相关的标准主要有：《混凝土结构加固设计规范》GB 50367—2013、《建筑结构加固工程施工质量验收规范》GB 50550—2010、《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB 50728—2011、《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ 145—2013、《混凝土结构工程用锚固胶》JG/T 340—2011、《混凝土结构工程无机材料后锚固技术规程》JGJ/T 271—2012和《公路桥梁加固设计规范》JTG/T J22—2008[3～9]。国外具备较大影响力的标准主要是欧洲后锚固认证的ETAG和美国混凝土协会ACI的标准。本文对国内外混凝土结构工程用锚固胶相关标准的主要技术指标、适用范围进行了对比研究，分析了不同标准间的差异性，以及为该类材料未来标准的编制提供建议，有利于该类材料的应用和研发。

1 国内相关标准

1.1 《混凝土结构加固设计规范》GB 50367

GB 50367—2006[10]是混凝土结构加固中使用最广泛的标准，虽然现行标准是GB 50367—2013，但仍有不少设计单位使用GB 50367—2006。在适合范围上，2版标准对锚固胶的规定基本一致。均规定承重结构中种植钢筋和锚栓的胶粘剂应采用改性环氧类或改性乙烯基酯类结构胶粘剂，其中乙烯基酯类胶粘剂中包括氨基甲酸酯胶粘剂。承重结构加固工程中严禁使用不饱和聚酯树脂和醇酸树脂作为胶粘剂。主要是由于其耐水性、耐潮湿性和耐湿热老化性能很差，会留下安全隐患[3]。

在GB 50367—2013中，给出了锚固型快固结构胶的安全性能鉴定标准，针对工程最常用的改性环氧类锚固胶，将其性能要求指向GB 50728—2011。当锚固工程需采用快固结构胶时，快固结构胶系指在16～25 ℃环境中，其固化时间不超过45 min的胶粘剂。其性能要求如表1[3]所示，其中胶体性能的要求与环氧类锚固胶一致。在实际应用过程中，目前锚固用快固结构胶目前主要是乙烯基酯类胶粘剂，已有的大量试验表明其弯曲强度不能满足表1中的规定。按该要求，当快固结构胶用于锚栓连接时，不需做钢片单剪法的剪切强度检验[11]，但仍适用于植筋的检验。相对于环氧类锚固胶，乙烯基酯类锚固胶的填料更多，选择钢片法去考查剪切强度不是一个很有效的方式[12]。因此，在执行过程中，乙烯基酯类锚固胶不按GB 50367—2013去检测，主要执行JG/T 340—2011的相关规定。乙烯基酯类锚固胶在欧美发达地区大量应用，由于标准的原因，该类锚固胶远不如环氧类锚固胶在国内的应用。

1.2 《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB 50728

表1 锚固型快固结构胶安全性能鉴定标准Tab.1 Safety appraisal standard of fast curing anchorage adhesive

GB 50728—2011中将锚固胶按现场固化条件分为室温固化型、低温固化型和高湿面（或水下）固化型等3种类型结构胶。对于最常用的室温固化型结构胶，根据最高使用温度分为3类，Ⅰ类胶适用的温度范围为-45～60℃；Ⅱ胶类适用的温度范围为-45～95 ℃；Ⅲ类胶适用的温度范围为-45～125 ℃。室温固化型的环氧类锚固胶，其安全性鉴定应包括基本性能、长期使用性能、耐介质侵蚀能力和工艺性能，并满足GB 50728—2011中表4.2.2-3、表4.2.2-4、表4.2.2-5和表4.8.1中的技术指标要求[5]。基本性能如表2所示。

工程应用中，用量最大的是室温固化型Ⅰ类胶，表2中的基本性能相对于GB 50367—2006的规定做了部分修改。将钢对钢拉伸剪切强度的测试方法由钢套筒法改为了钢片法，增加了钢对钢T冲击剥离长度和热变形温度的检测项目。采用钢片法检测剪切强度时，制备过程中诸多因素会影响检测结果[13]；钢对钢T冲击剥离长度的测试过程中，钢片材质、粘接面的处理方式、粘接胶层的厚度、施胶时间等均会影响检测结果；ASTM C881中对于承重用的常温养护7 d的环氧类胶粘剂热变形温度指标为50 ℃，按GB 50728—2011的要求，如果常温处理，锚固胶的热变形温度一般都在50～60 ℃，很难达到表2中要求的65 ℃，这是由环氧树脂本身的特性所决定，因此该项指标急需在今后标准的制订中去规定。

1.3 《建筑结构加固工程施工质量验收规范》GB 50550

GB 50550—2010规定对于加固工程使用的锚固胶，应按工程用量一次进场到位，见证取样复检。强制性检测项目包括钢-钢拉伸剪切强度、钢-混凝土正拉粘接强度、耐湿热老化性能和不挥发物含量。其中耐湿热老化性能采取快速复验的方式，即将钢-钢拉伸剪切试件在80℃水浴中恒温养护168 h后，测试剪切强度下降率。复检结果须符合GB 50367—2013及GB 50550—2010的要求，此外要求触变指数≥4.0。钢-钢拉伸剪切强度要求依据GB/T 7124-2008采用钢片法测定，这对检测机构操作人员的制样工艺和水平提出了很高的要求。标准规定抗冲击剥离试件破坏后的残件，应经设计人员确认其剥离长度后，方允许销毁，这条规定在实际操作中很难实现。此外，针对大量用于二次结构植筋的不饱和聚酯树脂类锚固胶，现行标准中没有进行规定，在实际工程复检中，一般参照GB 50728—2011测试约束拉拔条件下带肋钢筋与混凝土粘接剪切强度。

1.4 《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ 145

JGJ 145—2013规定用于植筋的胶粘剂按材料性质可分为有机类和无机类，且应符合JG/T 340—2011的有关规定；有机类胶粘剂应采用改性环氧树脂类或改性乙烯基酯类材料。化学锚栓的锚固胶应为改性环氧树脂类或改性乙烯基酯类材料，可选用管装式或机械注入式，其中机械注入式锚固胶性能应符合JG/T 340—2011的有关规定。

1.5 《混凝土结构工程用锚固胶》JG/T340

表2 以混凝土为基材，锚固用结构胶基本性能鉴定标准Tab.2 Appraisal standard for basic performance of anchorage structural adhesive in concrete

JG/T 340—2011将锚固胶按材料性能分为有机类和无机类，有机类锚固胶按主要原料包括改性环氧树脂、改性乙烯基酯类聚合物或改性氨基甲酸酯树脂等锚固胶。有机类锚固胶执行一套相同的规定，要求如图3所示。该标准与针对环氧类锚固胶标准GB 50728—2011最大的区别在于，JG/T 340—2011没有对胶体性能、冲击剥离强度做出要求，疲劳试验采用混凝土试件，而GB 50728—2011中采用钢片法抗剪试件。此外，JG/T 340—2011中耐湿热老化依据GB 50367—2006采用钢套筒法的抗剪试件；耐冻融性检验中非快固型锚固胶依据GB/T 7124-2008采用钢片法的抗剪试件，快固型锚固胶依据GB 50367—2006采用钢套筒法的抗剪试件。在执行过程中，乙烯基酯类锚固胶主要采用JG/T 340—2011进行检测，主要因为乙烯基酯类锚固胶属于快固型胶粘剂，其弯曲强度不能满足GB 50728—2011的要求，此外，根据GB 50728—2011的规定采用钢片法测试剪切强度，也不能满足标准要求。

1.6 《混凝土结构工程无机材料后锚固技术规程》JGJ/T 271

JGJ/T 271—2012规定采用无机材料进行后锚固的混凝土结构抗震设防烈度不应大于8度，且不应直接承受动力荷载重复作用，性能要求如表4所示。该性能要求基本与JG/T 340—2011中对无机类锚固胶的要求一致。区别在于JG/T 340—2011中对6 h胶体性能压缩强度和疲劳试验做出了规定。

2 国外相关标准

有别于国内的检测体系，欧洲主要是实行认证体系。后锚固认证的体系建立在ETAG 001的基础上。化学粘接锚固相关的体系主要是ETAG 001 Part 5（针对普通化学锚栓）[15]。除了ETAG 001的正文，还有若干附录Annex A, B, E，这些是关于测试的细节和抗震测试的描述。除此之外，还有一些相关的技术报告（Technical Report），比如TR 023（Assessment of post-installed rebar connections）（针对植筋），TR 018（针对特殊倒锥形化学锚栓）。美国标准体系分为ICC（International Code Council）和ACI（美国混凝土协会）2个体系。前者是一个认证机构，类似于欧洲的EOTA，ACI做标准但不做认证。ICC和ACI标准基本一致，ICC在ACI的基础上增加了一些操作层面的规定，便于进行认证，形成了自己的AC（Acceptance Criteria）系列标准。和化学粘接锚固相关的标准主要是AC 308和ACI 355.4[16，17]。总体而言，美国标准和欧洲标准非常相似，规范的工作委员会中不少专家也是共享。日本标准是相对封闭的一个体系，和欧美标准差异很大。

欧洲标准ETAG 001中所有测试均是将混凝土、金属杆件、锚固胶作为一个整体来进行检验，类似于GB 50728-2011中规定的约束拉拔条件下带肋钢筋（或全螺杆）与混凝土粘接强度的试件。从设计角度强调了潮湿混凝土基材影响、高低温下持续荷载作用、酸碱环境下耐久性，电化学腐蚀作用的试验要求，从施工角度强调了不利状态的最大埋深、最高温度、向上注胶、注胶充盈度、清孔程度等的试验要求。主要要求如表5所示[12]。