建筑結(jié)構(gòu)膠在水利工程中的應(yīng)用

保國騰

摘要：目前，我國比較多的水利工程建設(shè)時(shí)間比較久遠(yuǎn)，所以就會(huì)面臨各種的問題，比如抗彎、拉伸、抗壓、剪切性能弱、老化、腐蝕等現(xiàn)象。很多的水利工程已經(jīng)無法達(dá)到規(guī)范要求的力學(xué)性能和使用要求，所以需要對其進(jìn)行加固處理。建筑結(jié)構(gòu)膠是水利工程加固必不可少的材料，建筑結(jié)構(gòu)膠的性能會(huì)受到各種因素的影響，比如固化劑、增韌劑、稀釋劑、填料等，不同的配比會(huì)展現(xiàn)出不一樣的性能強(qiáng)度，不同類型的建筑結(jié)構(gòu)膠也會(huì)有不同的性能。所以將建筑結(jié)構(gòu)膠運(yùn)用于水利工程中需要考慮到很多因素。文章主要研究了環(huán)氧樹脂類建筑結(jié)構(gòu)膠和粘碳纖維布建筑結(jié)構(gòu)膠，通過實(shí)驗(yàn)研究的方法，對影響結(jié)構(gòu)膠性能的因素進(jìn)行分析，選擇最適合水利工程加固的結(jié)構(gòu)膠。然后將建筑結(jié)構(gòu)膠用于梁的加固上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)加固效果較為明顯。最后通過案例分析，選擇某大壩作為研究對象，通過利用建筑結(jié)構(gòu)膠結(jié)合碳纖維布進(jìn)行加固處理，能夠使其達(dá)到規(guī)范要求，從而能夠繼續(xù)投入使用。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)膠;水利工程;鋼板;碳纖維布;應(yīng)用

中圖分類號：TQ437+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）12-0020-05

當(dāng)前，我國的水利工程存在一個(gè)普遍的問題，就是承載能力變?nèi)?，不滿足建設(shè)要求和規(guī)范，因?yàn)槲覈脑S多水利工程建設(shè)時(shí)間比較久，就會(huì)受到各種因素的影響，使其出現(xiàn)不同程度的問題，需要對其進(jìn)行及時(shí)的加固措施，以防出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。對于混凝土結(jié)構(gòu)的加固所使用的方式主要有兩種，分別為利用鋼板和碳纖維布進(jìn)行加固，但是通過使用這兩種方式都需要使用到建筑結(jié)構(gòu)膠。建筑結(jié)構(gòu)膠的類型有：環(huán)氧樹脂類結(jié)構(gòu)膠、硅酮類結(jié)構(gòu)膠、聚丙烯酸酯類結(jié)構(gòu)膠、聚氨酯類結(jié)構(gòu)膠等[1]。不同的建筑結(jié)構(gòu)膠類型其力學(xué)性能不一樣，使用范圍也會(huì)存在區(qū)別。而且同一種的建筑結(jié)構(gòu)膠也會(huì)受到不同因素的影響，就會(huì)展現(xiàn)出不同的力學(xué)性能。建筑結(jié)構(gòu)膠的力學(xué)性能會(huì)直接的影響著水利工程加固的效果。所以對于建筑結(jié)構(gòu)膠應(yīng)用于水利工程中能發(fā)揮很好的加固效果，需要對建筑結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行深度的研究。

1 建筑結(jié)構(gòu)膠應(yīng)用于水利工程中的性能分析

由上文已知，建筑結(jié)構(gòu)膠的種類比較多，由于環(huán)氧樹脂類的建筑結(jié)構(gòu)膠的粘接性能很好，具有密封、抗?jié)B等作用，比較適用于水利工程中[2]。為了對水利工程進(jìn)行加固作用，由于本文選擇了具有良好性能的碳纖維布進(jìn)行加固，其中需要用到粘碳纖維布建筑結(jié)構(gòu)膠，于是本文對環(huán)氧樹脂類的建筑結(jié)構(gòu)膠和粘碳纖維布建筑結(jié)構(gòu)膠這兩種進(jìn)行了性能分析。

1.1環(huán)氧樹脂類建筑結(jié)構(gòu)膠實(shí)驗(yàn)分析

由于環(huán)氧樹脂類建筑結(jié)構(gòu)膠的性能會(huì)受到很多因素的影響，所以為了得出最適合水利工程應(yīng)用的環(huán)氧樹脂類建筑膠粘劑需要對這些影響因素進(jìn)行分析。其中最重要的影響因素包含著環(huán)氧樹脂品種、稀釋劑、增韌劑、固化劑、填料。每一種的配料都會(huì)對總的建筑結(jié)構(gòu)膠性能造成影響。

其中環(huán)氧樹脂的種類本文選擇了較為常用的雙酚A型環(huán)氧樹脂。由于環(huán)氧樹脂的黏度比較大，不利于施工，所以需要加入適量的稀釋劑，當(dāng)然稀釋劑也有不同的類型，文章選擇了幾種含有活性基團(tuán)的稀釋劑。

建筑結(jié)構(gòu)膠也需要滿足一定的彎曲強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度，所以需要增加它的韌性，于是本文選擇了幾種活性的增韌劑。

固化劑是建筑結(jié)構(gòu)膠的必要添加物，對建筑結(jié)構(gòu)膠起著非常重要的作用，為了提高建筑結(jié)構(gòu)膠的適用性能，選擇了新型的固化劑，這種固化劑毒性少且溫度適應(yīng)性比較好，適合用于水利工程中。

填料能夠降低成本減少收縮，雖然不會(huì)與樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但是也可以改變建筑結(jié)構(gòu)膠的性能，所以本文選擇了硅酸鹽、無機(jī)和金屬這三種填料作為實(shí)驗(yàn)的研究對象。

表1即為5種因素對環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠性能的影響結(jié)果，然后通過這5個(gè)影響因素的分析，可以選擇一種優(yōu)化的配方用于水利工程，最后選擇的優(yōu)化配方的環(huán)氧樹脂類建筑結(jié)構(gòu)膠的綜合性如表4所示。這種建筑結(jié)構(gòu)膠在水利工程加固中能夠起到更好的效果，更適合于水利工程特殊的結(jié)構(gòu)。

1.2粘碳纖維布建筑結(jié)構(gòu)膠實(shí)驗(yàn)分析

通過使用碳纖維布進(jìn)行加固水利工程的構(gòu)件是當(dāng)前比較流行有效的一種方式，其中所用到的建筑結(jié)構(gòu)膠不需要加入填料，其他的與環(huán)氧樹脂類建筑膠粘劑類似，粘碳纖維布建筑結(jié)構(gòu)膠就是涂抹在碳纖維布進(jìn)行充分的浸潤，利用建筑結(jié)構(gòu)膠讓碳纖維布能夠與水利工程的混凝土構(gòu)件融為一體，從而起到加固的作用。為了驗(yàn)證碳纖維布的作用，選擇在水利工程中的一個(gè)小梁上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，表2即為最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)。

從表2中可以看出來，利用建筑結(jié)構(gòu)膠結(jié)合碳纖維布加固梁的力學(xué)性能與普通的混凝土相比，其力學(xué)性能都有所提高，從表中可以看出第二種配方的增強(qiáng)效果最好，彎曲強(qiáng)度能夠夠增加一倍。所以可知將配方2的建筑結(jié)構(gòu)膠用于水利工程中能夠有更好的效果。

1.3水利工程中建筑結(jié)構(gòu)膠的各項(xiàng)性能

為了說明本實(shí)驗(yàn)所選用的建筑結(jié)構(gòu)膠的各方面的性能是比較好的，與市場上售賣的同類產(chǎn)品進(jìn)行了比較，表3即為本文兩類建筑結(jié)構(gòu)膠和市場上售賣的結(jié)構(gòu)膠的性能測試結(jié)果。

從表3中可以看出來，與市場售賣的結(jié)構(gòu)膠相比，環(huán)氧樹脂類的建筑結(jié)構(gòu)膠與粘碳纖維布建筑結(jié)構(gòu)膠的強(qiáng)度更加高，具有更好的粘接性能，所有的物理力學(xué)性能都比混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)大，所以用于水利工程結(jié)構(gòu)的加固是滿足設(shè)計(jì)和運(yùn)行要求的。

而且與市場售賣的結(jié)構(gòu)膠相比，本文選用的兩種配比的建筑結(jié)構(gòu)膠的各方面的性能是更高的，并且其鋼一鋼粘接剪切強(qiáng)度的加固效果更加明顯，環(huán)氧樹脂類建筑結(jié)構(gòu)膠高出了市售結(jié)構(gòu)膠的4.7MPa。

2 兩種建筑結(jié)構(gòu)膠應(yīng)用于水利工程中梁的加固實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)過程

上文已經(jīng)對兩種建筑結(jié)構(gòu)膠的力學(xué)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，得出了兩者的力學(xué)性能相比于市售結(jié)構(gòu)膠有很大的提升。于是將其應(yīng)用到水利工程構(gòu)件加固中是否能夠起到很好的加固效果。其中兩種建筑結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用為環(huán)氧樹脂類建筑結(jié)構(gòu)膠對鋼板加固構(gòu)件梁，粘碳纖維布建筑結(jié)構(gòu)膠就是通過碳纖維布加固水利工程的梁結(jié)構(gòu)。

按照水利工程構(gòu)件梁的設(shè)計(jì)要求，選擇一個(gè)小梁進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。首先需要制作鋼筋混凝土小梁，如圖1所示，其尺寸為1850mm×120mm×200mm，還包含著配筋情況。選用的鋼板為A3鋼，其長寬為1.6m×0.12m，厚度不一樣，分別為2mm、3mm、6mm。鋼板的錨固方式不同，對梁的加固效果也是不同，其處理方式選擇三種，分別為不錨固、螺栓錨固和U型錨固[3]。所選用的混凝土設(shè)計(jì)等級為C30。碳纖維布為12K，碳纖維布的粘貼層數(shù)不同，其加固效果也不同，于是本試驗(yàn)選擇了一層、二層和三層的碳纖維布用于梁的加固中。

所用到的實(shí)驗(yàn)儀器包含著油壓千斤頂和百分表，在簡支梁上進(jìn)行三分點(diǎn)劃分，然后通過油壓千斤頂在三分點(diǎn)上進(jìn)行均勻的施加壓力，壓力荷載為80kN到200kN，荷載的增加量是均勻的。然后再用百分表測量小梁的受彎后的撓度，在實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程中，要細(xì)心的對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察，及時(shí)的做好記錄。最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖表4和圖2所示，表4中I代表的是環(huán)氧樹脂類建筑結(jié)構(gòu)膠，Ⅱ代表的粘碳纖維布建筑結(jié)構(gòu)膠。為了讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加的準(zhǔn)確，對承載力的計(jì)算時(shí)是通過對兩根梁進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后取平均值作為最后的測量結(jié)果。

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過上述的實(shí)驗(yàn)可以得出以下兩點(diǎn)結(jié)論。

1）通過使用鋼板和碳纖維布結(jié)合合適的建筑結(jié)構(gòu)膠能夠?qū)λこ痰幕炷亮浩鸬郊庸痰淖饔茫軌蛱岣吡康某休d能力。其加固效果會(huì)受到碳纖維布層數(shù)、鋼板厚度和鋼板錨固方式的影響。與不加固的混凝土梁相比，選擇鋼板結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)膠應(yīng)用于梁中其承載能力能夠提高大約54%～147%，選擇碳纖維布結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)膠應(yīng)用于梁中其承載能力能夠提高大約81%～130%。所以，將建筑結(jié)構(gòu)膠運(yùn)于水利工程的加固中能夠起到很好的效果。

2）當(dāng)鋼板的厚度越來越大時(shí)，梁的承載力會(huì)越來越大。由圖2可知，當(dāng)荷載一樣時(shí)，鋼板的厚度與撓度成反比關(guān)系，即當(dāng)鋼板的厚度越來越大時(shí)，梁的撓度就會(huì)越來越小。只有當(dāng)荷載非常小的時(shí)候，鋼板厚度的增加不會(huì)造成撓度的大幅度變化。當(dāng)荷載為50kN時(shí)，6mm厚的鋼板的撓度減少了72.5%，可見其減少幅度還是挺大的。

3 建筑結(jié)構(gòu)膠在實(shí)體水利工程中的應(yīng)用

以湖北省某大壩工程為例，該大壩建設(shè)于1969年，經(jīng)歷了大約2年的時(shí)間完成，1990年對其進(jìn)行過加固工程。隨著其使用時(shí)間越來越長，大壩的梁結(jié)構(gòu)所能夠承載的荷載不能滿足規(guī)范要求，出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的裂縫，且其老化程度也比較嚴(yán)重，需要對其進(jìn)行加固處理。于是提出了幾種對其進(jìn)行加固的處理方式，最終選擇了使用碳纖維布結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)膠作為本工程的加固方式。

通過對某處的梁進(jìn)行檢測和計(jì)算，選擇在梁的斜截面剪切地方和正截面彎曲的地方進(jìn)行粘貼碳纖維布。所選用的建筑結(jié)構(gòu)膠為粘碳纖維布建筑結(jié)構(gòu)膠，所使用的碳纖維布為日本進(jìn)口的12K碳纖維布，該碳纖維布的綜合力學(xué)性能更加的強(qiáng)大。通過專業(yè)人員對受損梁的加固施工，待其達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之后再對其進(jìn)行加荷實(shí)驗(yàn)，看是否能夠起到很好的加固效果。

表5即為對梁的撓度實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從表中可以看出通過使用粘碳纖維布和建筑結(jié)構(gòu)膠能夠能夠很大程度的降低梁的撓度，其降低幅度在33.5%～40.1%之間。所以以加固之前進(jìn)行比較，加固之后梁的承載能力有著顯著的提高。大壩能夠再次的投入使用。

4 結(jié)語

綜上所示，建筑結(jié)構(gòu)膠應(yīng)用于水利工程加固中能夠達(dá)到非常好的效果，其中一個(gè)非常重要的原因在于選用了合適的建筑結(jié)構(gòu)膠。文章只是以原有類型的建筑結(jié)構(gòu)膠作為研究對象，分析其影響因素，然后選擇配比最為合適的建筑膠粘劑用于水利工程加固中。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，更好的建筑膠粘劑將會(huì)被研發(fā)，對于解決水利工程的各種問題將會(huì)達(dá)到更好的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]李健灝，羅順.建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的發(fā)展和選用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2017（26）：157+159.

[2]劉紀(jì)艷.環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠的改性與力學(xué)性能研究[D].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

[3]周延明，王瑩輝，鄭云雷，等.錨固鋼板加固鋼筋混凝土板受彎承載力分析[J].遼寧建材，2010（5）：38-39.