T/CECS 10080—2020《预制节段拼装用环氧胶粘剂》的制订和解读

2021-02-23姚淑芳李强骆亚丽杨阳马凤淑曾兵

新型建筑材料 2021年1期

姚淑芳，李强，骆亚丽，杨阳，马凤淑，曾兵

（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）

1 标准制订背景与意义

预制节段拼装技术兴起于19世纪末的法国，20世纪50年代，世界上第一座预制节段拼装桥梁美国纽约州Shelton桥建成。这项技术能够满足构件的装配式生产工厂化、标准化及快速化施工的要求，同时又具有安全、经济、对周围环境干扰少和施工质量易控制等优点[1]。随着体外预应力技术的发展，20世纪80年代，预制节段拼装技术在美国和欧洲得到广泛应用。我国预制节段拼装技术起步较晚，工程应用最早是1990年建成的福建洪塘大桥，此后分别建成苏通长江大桥和厦门集美大桥等。目前，预制节段拼装技术已较为广泛的应用于工业与民用建筑、桥梁道路、地下结构、市政基础等结构工程领域[1-3]。预制节段间的接缝形式可分为3种：干接缝、湿接缝和胶接缝，美国AASHTO《节段式混凝土桥梁设计与施工指南》认为，干接缝由于不能为后张预应力筋提供有效的耐久性防护而被禁止使用，环氧胶接缝由于在各类腐蚀性介质中均能表现出很好的耐久性能，而被认为具有更强的适应性[4-5]。胶接缝拼装技术是在2个节段之间填充环氧胶粘剂，该胶粘剂主要起到润滑、铆栓、防水和快速拼装的作用[6]。各节段之间的接缝是整个节段预制构件的关键受力部位，也是整个构件中最薄弱的部位，节段用胶粘剂是节段拼装胶接缝的关键粘接材料，其性能直接影响整个结构的安全性和使用寿命。

作为应用于工业化建筑领域的环氧树脂类产品，国外仅有FIP/9/2/1978针对环氧胶粘剂在节段构造中的应用进行了规定[7]，多项性能的测试方法无法与国内标准体系并轨。ASTM C881作为环氧胶粘剂的通用标准，很难指导细分领域的产品性能检测[8]。国内相关行业规程、标准有CJJ/T 111—2006《预应力混凝土桥梁预制节段逐跨拼装施工技术规程》和CJJ/T 293—2019《城市轨道交通预应力混凝土节段预制桥梁技术标准》。前者仅对预应力混凝土桥梁预制节段逐跨拼装施工过程做出规定，没有规定节段拼装用胶粘剂的胶体、粘结、耐久等性能指标要求；后者则是对城市轨道交通预制节段拼装桥梁的材料、设计构造与施工作出规定，材料部分在4.0.7节规定，节段预制桥梁接缝材料宜采用环氧树脂胶粘剂，参照FIP要求对主要性能指标作出了规定，但测试方法没有覆盖所有的检测项目。此外，也有部分设计方提出参照GB 50728—2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》，但该标准主要针对各类加固用环氧胶粘剂，2类材料的应用工况和受力形式不同，对材料的要求有较大的差异，因此GB 50728—2011也不适用于节段拼装用胶粘剂的检验。综上，国内急需制定专门规范和评定预制节段拼装用胶粘剂材料的科学合理的产品标准，为预制节段胶接工程中该类材料的设计、选材、检测、施工、验收等提供依据，从而保障接缝处的安全和耐久性。

根据中国工程建设标准化协会《关于印发2017年第一批产品标准试点项目计划》的通知（建标协字[2017]015号）的要求，由中国建筑科学研究院有限公司会同相关单位对产品标准《预制节段拼装结构拼缝胶》（以下简称《标准》）进行编制。

中国工程建设标准化协会于2020年1月8日以第540号公告，批准颁布了《预制节段拼装用环氧胶粘剂》产品标准。标准编号为T/CECS 10080—2020，该标准自2020年3月1日起施行。

2 标准制订的主要内容与依据

2.1 标准的名称

《标准》针对的产品特指应用于预制节段拼装时的高强度环氧树脂类粘结剂，为区别于密封胶或通用的防水材料，《标准》编制过程中决定将原申请的标准名称《预制节段拼装结构拼缝胶》更改为《预制节段拼装用环氧胶粘剂》。

2.2 术语和定义

《标准》规定了相关术语共5条，分别为预制节段、拼装、环氧胶粘剂、可施胶时间和可粘接时间。其中可施胶时间和可粘接时间是与该胶粘剂施工工艺密切相关的性能指标，在实际应用过程中常与开放时间、干燥时间以及节段拼装用总时间等名词混淆，故对可施胶时间和可粘接时间作出更为详细的解释。

可施胶时间的定义为胶粘剂混合完毕后，其在容器中放置并达到规定温度的时间。胶粘剂的固化过程是个放热反应，放热可促进该聚合物的固化。当反应速度过快时，混合后的胶粘剂内部温度迅速升高后易出现爆聚，致使链段的交联密度迅速增大，导致材料粘结效果急剧下降。此外，过快的反应速度将给施工带来不便，甚至来不及施工；当反应速度过慢时，混合后的粘胶剂前期固化不充分，早期强度不足，不利于后续混凝土节段间的应力张拉。《标准》对其测试方法作了严格的规定，并针对不同类型的拼装用环氧胶粘剂作了相应的要求。

可粘接时间的定义为胶粘剂混合完毕后立即涂抹在基面上，保持其规定粘接性能的可晾置时间。胶粘剂混合完毕后会被涂抹在相邻混凝土构件的粘合面上，从涂抹完到实施下一道工序——张拉，将相邻混凝土节段拼接形成一个整体，需要一定的操作时间才能完毕，因此，需要确保在张拉完毕前，胶粘剂仍具备有效的粘接性能。

2.3 分类和标记

《标准》按照施工现场环境温度将预制节段拼装用环氧胶粘剂划分成3种型号，使其有明确的温度适用范围。Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型分别适用于5～20 ℃、15～30 ℃、25～40 ℃的施工温度环境。

上述分类方法与FIP的规定基本保持一致。3种型号的胶粘剂对应的固化速度分别为快速、中速和慢速，在施工时，使用者应根据环境温度选择适宜类型的产品。

2.4 技术要求

《标准》明确要求胶粘剂中的有害物质限量应符合GB 30982《建筑胶粘剂有害物质限量》的规定。对于胶粘剂的物理性能、力学性能、长期使用性能及耐介质侵蚀性能，《标准》主要参考了FIP/9/2/1978和GB 50728—2011，同时与国内现行相关标准CJJ/T 111—2006和CJJ/T 293—2019相协调，并与该产品的实际施工工况下的施工工艺特性相结合。最终，综合确定了科学适用的检验项目和技术要求，如表1所示。

与国际预应力协会自1978年编写的FIP规程对比可知，《标准》主要增加了长期使用性能和耐介质侵蚀性能，并对部分技术指标提出了更加严格的要求，如抗流挂性能、收缩率、7 d抗压强度和混凝土与混凝土压缩剪切强度等。预制节段拼装用环氧胶粘剂长期经受水汽、温度、阳光、介质、震动等自然环境和复杂的应力作用。综合考虑我国复杂的地理条件和差异显著的南北气候，对预制节段拼装用环氧胶粘剂的长期使用性能和耐介质侵蚀性能进行考察是十分必要的。不同于常见建筑结构加固用胶粘剂的是，预制节段拼装用环氧胶粘剂的部分长期使用性能和耐介质侵蚀性能的技术要求考察以混凝土本体破坏为合格依据。同时，《标准》注释了长期使用性能和耐介质侵蚀性能的检测应根据实际使用环境和设计的规定而定。

表1 预制节段拼装用环氧胶粘剂的技术要求

与GB 50728—2011中表4.2.2-1的A级技术指标对比可知，《标准》并未对预制节段拼装用环氧胶粘剂胶体在受拉时的力学性能作出技术要求，且对某些性能的要求更严格，如抗压强度、钢对混凝土正拉粘结强度。综合调研国内外文献，该类胶粘剂在实际工况中主要承受压应力，以及传递部分剪应力，故未对拉伸状态下胶体的技术性能指标进行规定[9]。

在《标准》的编制过程中，大量的验证性试验证明预制节段拼装用环氧胶粘剂的性能可符合表1中的技术指标要求。

2.5 试验方法

相对于FIP规定的试验方法，《标准》测试过程更加明确、详细，实操性更强，如可施胶时间、可粘接时间和抗流挂性能等。

（1）可施胶时间

可施胶时间在一定程度上反映了预制节段拼装用环氧胶粘剂的固化速度，与施工现场的工艺性能密切相关。针对不同类型的产品，《标准》规定了所使用的试验材料、器具和所处环境的初始温度，同时指明了对于反应速度相对较快的Ⅰ型和Ⅱ型胶粘剂，以混合后温度升高到40 ℃时为终止时间；对于反应速度较慢的Ⅲ型胶粘剂，以混合后温度达到60 ℃为终止时间。此外，测试所使用的绝热容器的导热系数不应大于0.20 W/（m·K）。

（2）可粘接时间

可粘接时间的测定同样规定了所使用的试验材料、器具和所处环境的温度。将混合好的样品立即涂抹在混凝土试件上并开始计时，晾置一定时间后，将混凝土试件两两对接，进行混凝土与混凝土对粘弯曲性能试验，试验合格所对应的最长晾置时间即为可粘接时间。对于晾置时间间隔未作明确规定。由于表1中该项技术要求≥60 min，因此建议检测时可以制备几组样品，其中最短晾置时间为60 min，依次可晾置65、70、80 min等。

（3）抗流挂性能

抗流挂性能试验方法参考GB/T 13477.6规定进行，但要求测试模具尺寸内腔宽应为50 mm，长100 mm，深度不应小于10 mm。混凝土节段拼接过程中，胶粘剂主要是涂抹于节段梁构件的立面上，因此要求胶粘剂有很好的抗流挂性能，且触变性好，便于在预应力张拉时，好将相邻节段调整到位。

（4）吸水率和水中溶解率

胶粘剂除了承受和传递应力外，另一个重要作用是起密封防水效果，因此其吸水率和水溶解率都不应太高。《标准》规定被检试样的尺寸应为10 mm×15 mm×120 mm，且采用60 ℃的水进行浸泡处理，浸水时间为14 d，干燥时间不得少于14 d。60 ℃高温有助于样品的浸润，同时浸水和干燥时间的规定确保了样品充分的浸湿和干燥，使得短时间内测得的实验室数据更能充分反映样品在工程使用中的真值。

（5）压缩强度和压缩弹性模量

确保工程质量的同时为节约预制节段拼装的施工时间，对材料的压缩性能提出了严格的要求，要求胶粘剂在早期需要具备较快的固化速率，从而达到一定的强度，便于节段拼装。《标准》规定，测试12 h、24 h和7 d压缩强度时样品的固化温度和测试温度均为施工现场环境温度的下限温度，即Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型分别为5、15、25 ℃，这是与其它常见建筑结构加固用环氧胶粘剂压缩性能试验的养护条件和测试环境的关键不同之处。此外，压缩强度的测试按GB/T 17671进行，加载速度为2 mm/min，试件尺寸为40 mm×40 mm×160 mm。

不同于普通的密封材料，为使拼装后的节段构件能达到形同现浇的效果，要求节段间使用的胶粘剂具备较高的抗蠕变性能，参照FIP的规定，设定了瞬时压缩弹性模量和延时压缩弹性模量的检验项目。《标准》规定瞬时压缩弹性模量的测试方法参考GB/T 2567进行。对于延时弹性模量，《标准》另作了规定，以2 mm/min的加载速度施加荷载，荷载达到10 MPa后，维持该荷载恒定并保持1 h，恒定荷载与总变形量的比值即为延时压缩弹性模量。

（6）混凝土-混凝土对粘弯曲性能和混凝土与混凝土压缩剪切强度

2项性能的测试基本沿用了FIP中的规定，参照国内相关规定，对粘结面处施加的压力调整为0.2 MPa，同时细化了测试的步骤和参数，使试验更有实操性。

（7）长期使用性能和耐介质侵蚀性能

长期使用性能和耐介质侵蚀性能反映材料抵抗长期经受自然或不利环境作用的能力。《标准》分别对材料经受湿热老化、50次高低温冻融循环、200万次疲劳应力作用和4.0 MPa应力作用210 d，以及酸、碱、盐3种腐蚀性介质侵蚀后对应性能变化的检测方法作了规定。耐久性一直是高分子材料研究的热点之一，与此有关的研究仍有待进一步深化。