混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠標(biāo)準(zhǔn)研究進(jìn)展

曾 兵，駱亞麗，劉志歧，閆新宇，付 強(qiáng)，馬鳳淑

（中國建筑科學(xué)研究院有限公司，國家化學(xué)建筑材料測試中心，北京 100013）

錨固膠具有固化速度快、錨固力強(qiáng)、施工簡便、形同預(yù)埋、與各類基材（砼、磚、巖石等）及金屬錨桿相容性好等優(yōu)點，具備良好的抗震、耐熱、抗老化等性能，與鋼筋、螺桿、錨栓等配套使用，在建筑結(jié)構(gòu)加固補強(qiáng)領(lǐng)域以及在鐵路、公路、橋梁、水利改擴(kuò)建工程中得到了廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)錨固膠按化學(xué)組成分為有機(jī)類錨固膠和無機(jī)類錨固膠。有機(jī)類錨固膠以樹脂為主要原料，加入填料和其他添加劑構(gòu)成；無機(jī)類錨固膠以無機(jī)膠凝材料為主要原料，加入填料和其他添加劑構(gòu)成。不同種類的錨固膠的固化反應(yīng)機(jī)理和性能由于主要原料的差異而不同[1，2]，分別適用于不同的結(jié)構(gòu)部件。

目前，國內(nèi)與錨固膠相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要有：《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》GB 50367—2013、《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50550—2010、《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》GB 50728—2011、《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》JGJ 145—2013、《混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠》JG/T 340—2011、《混凝土結(jié)構(gòu)工程無機(jī)材料后錨固技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 271—2012和《公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范》JTG/T J22—2008[3～9]。國外具備較大影響力的標(biāo)準(zhǔn)主要是歐洲后錨固認(rèn)證的ETAG和美國混凝土協(xié)會ACI的標(biāo)準(zhǔn)。本文對國內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)指標(biāo)、適用范圍進(jìn)行了對比研究，分析了不同標(biāo)準(zhǔn)間的差異性，以及為該類材料未來標(biāo)準(zhǔn)的編制提供建議，有利于該類材料的應(yīng)用和研發(fā)。

1 國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》GB 50367

GB 50367—2006[10]是混凝土結(jié)構(gòu)加固中使用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，雖然現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是GB 50367—2013，但仍有不少設(shè)計單位使用GB 50367—2006。在適合范圍上，2版標(biāo)準(zhǔn)對錨固膠的規(guī)定基本一致。均規(guī)定承重結(jié)構(gòu)中種植鋼筋和錨栓的膠粘劑應(yīng)采用改性環(huán)氧類或改性乙烯基酯類結(jié)構(gòu)膠粘劑，其中乙烯基酯類膠粘劑中包括氨基甲酸酯膠粘劑。承重結(jié)構(gòu)加固工程中嚴(yán)禁使用不飽和聚酯樹脂和醇酸樹脂作為膠粘劑。主要是由于其耐水性、耐潮濕性和耐濕熱老化性能很差，會留下安全隱患[3]。

在GB 50367—2013中，給出了錨固型快固結(jié)構(gòu)膠的安全性能鑒定標(biāo)準(zhǔn)，針對工程最常用的改性環(huán)氧類錨固膠，將其性能要求指向GB 50728—2011。當(dāng)錨固工程需采用快固結(jié)構(gòu)膠時，快固結(jié)構(gòu)膠系指在16～25 ℃環(huán)境中，其固化時間不超過45 min的膠粘劑。其性能要求如表1[3]所示，其中膠體性能的要求與環(huán)氧類錨固膠一致。在實際應(yīng)用過程中，目前錨固用快固結(jié)構(gòu)膠目前主要是乙烯基酯類膠粘劑，已有的大量試驗表明其彎曲強(qiáng)度不能滿足表1中的規(guī)定。按該要求，當(dāng)快固結(jié)構(gòu)膠用于錨栓連接時，不需做鋼片單剪法的剪切強(qiáng)度檢驗[11]，但仍適用于植筋的檢驗。相對于環(huán)氧類錨固膠，乙烯基酯類錨固膠的填料更多，選擇鋼片法去考查剪切強(qiáng)度不是一個很有效的方式[12]。因此，在執(zhí)行過程中，乙烯基酯類錨固膠不按GB 50367—2013去檢測，主要執(zhí)行JG/T 340—2011的相關(guān)規(guī)定。乙烯基酯類錨固膠在歐美發(fā)達(dá)地區(qū)大量應(yīng)用，由于標(biāo)準(zhǔn)的原因，該類錨固膠遠(yuǎn)不如環(huán)氧類錨固膠在國內(nèi)的應(yīng)用。

1.2 《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》GB 50728

表1 錨固型快固結(jié)構(gòu)膠安全性能鑒定標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Safety appraisal standard of fast curing anchorage adhesive

GB 50728—2011中將錨固膠按現(xiàn)場固化條件分為室溫固化型、低溫固化型和高濕面（或水下）固化型等3種類型結(jié)構(gòu)膠。對于最常用的室溫固化型結(jié)構(gòu)膠，根據(jù)最高使用溫度分為3類，Ⅰ類膠適用的溫度范圍為-45～60℃；Ⅱ膠類適用的溫度范圍為-45～95 ℃；Ⅲ類膠適用的溫度范圍為-45～125 ℃。室溫固化型的環(huán)氧類錨固膠，其安全性鑒定應(yīng)包括基本性能、長期使用性能、耐介質(zhì)侵蝕能力和工藝性能，并滿足GB 50728—2011中表4.2.2-3、表4.2.2-4、表4.2.2-5和表4.8.1中的技術(shù)指標(biāo)要求[5]?；拘阅苋绫?所示。

工程應(yīng)用中，用量最大的是室溫固化型Ⅰ類膠，表2中的基本性能相對于GB 50367—2006的規(guī)定做了部分修改。將鋼對鋼拉伸剪切強(qiáng)度的測試方法由鋼套筒法改為了鋼片法，增加了鋼對鋼T沖擊剝離長度和熱變形溫度的檢測項目。采用鋼片法檢測剪切強(qiáng)度時，制備過程中諸多因素會影響檢測結(jié)果[13]；鋼對鋼T沖擊剝離長度的測試過程中，鋼片材質(zhì)、粘接面的處理方式、粘接膠層的厚度、施膠時間等均會影響檢測結(jié)果；ASTM C881中對于承重用的常溫養(yǎng)護(hù)7 d的環(huán)氧類膠粘劑熱變形溫度指標(biāo)為50 ℃，按GB 50728—2011的要求，如果常溫處理，錨固膠的熱變形溫度一般都在50～60 ℃，很難達(dá)到表2中要求的65 ℃，這是由環(huán)氧樹脂本身的特性所決定，因此該項指標(biāo)急需在今后標(biāo)準(zhǔn)的制訂中去規(guī)定。

1.3 《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50550

GB 50550—2010規(guī)定對于加固工程使用的錨固膠，應(yīng)按工程用量一次進(jìn)場到位，見證取樣復(fù)檢。強(qiáng)制性檢測項目包括鋼-鋼拉伸剪切強(qiáng)度、鋼-混凝土正拉粘接強(qiáng)度、耐濕熱老化性能和不揮發(fā)物含量。其中耐濕熱老化性能采取快速復(fù)驗的方式，即將鋼-鋼拉伸剪切試件在80℃水浴中恒溫養(yǎng)護(hù)168 h后，測試剪切強(qiáng)度下降率。復(fù)檢結(jié)果須符合GB 50367—2013及GB 50550—2010的要求，此外要求觸變指數(shù)≥4.0。鋼-鋼拉伸剪切強(qiáng)度要求依據(jù)GB/T 7124-2008采用鋼片法測定，這對檢測機(jī)構(gòu)操作人員的制樣工藝和水平提出了很高的要求。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定抗沖擊剝離試件破壞后的殘件，應(yīng)經(jīng)設(shè)計人員確認(rèn)其剝離長度后，方允許銷毀，這條規(guī)定在實際操作中很難實現(xiàn)。此外，針對大量用于二次結(jié)構(gòu)植筋的不飽和聚酯樹脂類錨固膠，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中沒有進(jìn)行規(guī)定，在實際工程復(fù)檢中，一般參照GB 50728—2011測試約束拉拔條件下帶肋鋼筋與混凝土粘接剪切強(qiáng)度。

1.4 《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》JGJ 145

JGJ 145—2013規(guī)定用于植筋的膠粘劑按材料性質(zhì)可分為有機(jī)類和無機(jī)類，且應(yīng)符合JG/T 340—2011的有關(guān)規(guī)定；有機(jī)類膠粘劑應(yīng)采用改性環(huán)氧樹脂類或改性乙烯基酯類材料?；瘜W(xué)錨栓的錨固膠應(yīng)為改性環(huán)氧樹脂類或改性乙烯基酯類材料，可選用管裝式或機(jī)械注入式，其中機(jī)械注入式錨固膠性能應(yīng)符合JG/T 340—2011的有關(guān)規(guī)定。

1.5 《混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠》JG/T340

表2 以混凝土為基材，錨固用結(jié)構(gòu)膠基本性能鑒定標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Appraisal standard for basic performance of anchorage structural adhesive in concrete

JG/T 340—2011將錨固膠按材料性能分為有機(jī)類和無機(jī)類，有機(jī)類錨固膠按主要原料包括改性環(huán)氧樹脂、改性乙烯基酯類聚合物或改性氨基甲酸酯樹脂等錨固膠。有機(jī)類錨固膠執(zhí)行一套相同的規(guī)定，要求如圖3所示。該標(biāo)準(zhǔn)與針對環(huán)氧類錨固膠標(biāo)準(zhǔn)GB 50728—2011最大的區(qū)別在于，JG/T 340—2011沒有對膠體性能、沖擊剝離強(qiáng)度做出要求，疲勞試驗采用混凝土試件，而GB 50728—2011中采用鋼片法抗剪試件。此外，JG/T 340—2011中耐濕熱老化依據(jù)GB 50367—2006采用鋼套筒法的抗剪試件；耐凍融性檢驗中非快固型錨固膠依據(jù)GB/T 7124-2008采用鋼片法的抗剪試件，快固型錨固膠依據(jù)GB 50367—2006采用鋼套筒法的抗剪試件。在執(zhí)行過程中，乙烯基酯類錨固膠主要采用JG/T 340—2011進(jìn)行檢測，主要因為乙烯基酯類錨固膠屬于快固型膠粘劑，其彎曲強(qiáng)度不能滿足GB 50728—2011的要求，此外，根據(jù)GB 50728—2011的規(guī)定采用鋼片法測試剪切強(qiáng)度，也不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.6 《混凝土結(jié)構(gòu)工程無機(jī)材料后錨固技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 271

JGJ/T 271—2012規(guī)定采用無機(jī)材料進(jìn)行后錨固的混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度不應(yīng)大于8度，且不應(yīng)直接承受動力荷載重復(fù)作用，性能要求如表4所示。該性能要求基本與JG/T 340—2011中對無機(jī)類錨固膠的要求一致。區(qū)別在于JG/T 340—2011中對6 h膠體性能壓縮強(qiáng)度和疲勞試驗做出了規(guī)定。

2 國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

有別于國內(nèi)的檢測體系，歐洲主要是實行認(rèn)證體系。后錨固認(rèn)證的體系建立在ETAG 001的基礎(chǔ)上?；瘜W(xué)粘接錨固相關(guān)的體系主要是ETAG 001 Part 5（針對普通化學(xué)錨栓）[15]。除了ETAG 001的正文，還有若干附錄Annex A, B, E，這些是關(guān)于測試的細(xì)節(jié)和抗震測試的描述。除此之外，還有一些相關(guān)的技術(shù)報告（Technical Report），比如TR 023（Assessment of post-installed rebar connections）（針對植筋），TR 018（針對特殊倒錐形化學(xué)錨栓）。美國標(biāo)準(zhǔn)體系分為ICC（International Code Council）和ACI（美國混凝土協(xié)會）2個體系。前者是一個認(rèn)證機(jī)構(gòu)，類似于歐洲的EOTA，ACI做標(biāo)準(zhǔn)但不做認(rèn)證。ICC和ACI標(biāo)準(zhǔn)基本一致，ICC在ACI的基礎(chǔ)上增加了一些操作層面的規(guī)定，便于進(jìn)行認(rèn)證，形成了自己的AC（Acceptance Criteria）系列標(biāo)準(zhǔn)。和化學(xué)粘接錨固相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要是AC 308和ACI 355.4[16，17]?？傮w而言，美國標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)非常相似，規(guī)范的工作委員會中不少專家也是共享。日本標(biāo)準(zhǔn)是相對封閉的一個體系，和歐美標(biāo)準(zhǔn)差異很大。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)ETAG 001中所有測試均是將混凝土、金屬桿件、錨固膠作為一個整體來進(jìn)行檢驗，類似于GB 50728-2011中規(guī)定的約束拉拔條件下帶肋鋼筋（或全螺桿）與混凝土粘接強(qiáng)度的試件。從設(shè)計角度強(qiáng)調(diào)了潮濕混凝土基材影響、高低溫下持續(xù)荷載作用、酸堿環(huán)境下耐久性，電化學(xué)腐蝕作用的試驗要求，從施工角度強(qiáng)調(diào)了不利狀態(tài)的最大埋深、最高溫度、向上注膠、注膠充盈度、清孔程度等的試驗要求。主要要求如表5所示[12]。

表3 有機(jī)類錨固膠要求Tab.3 Requirements of organic anchorage adhesive

表4 無機(jī)類錨固膠要求Tab.4 Requirements of inorganic anchorage adhesive

表5 歐洲錨固膠試驗要求Tab.5 Test requirements of anchorage adhesive in European

3 結(jié)語

綜上，本文對國內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對比研究，得到以下結(jié)論：

（1）GB 50367—2013對快固型錨固膠做出了規(guī)定，目前應(yīng)用的快固型錨固膠主要是乙烯基酯類錨固膠，其彎曲強(qiáng)度很難滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，因此執(zhí)行效果不太好。

（2）GB 50728—2011主要針對環(huán)氧類錨固膠做出了規(guī)定，執(zhí)行很好，個別項目的檢測方法有待進(jìn)一步明確規(guī)定。

（3）針對有機(jī)類錨固膠，JG/T 340—2011中沒有按主要成分進(jìn)行區(qū)分，執(zhí)行統(tǒng)一的技術(shù)指標(biāo)要求。執(zhí)行中作為快固型的乙烯基酯類錨固膠按該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，對于目前大量存在的不飽和聚酯樹脂類錨固膠沒有做出要求。

（4）國外標(biāo)準(zhǔn)更多將錨固系統(tǒng)作為一個整體去進(jìn)行多方面的考查，包括耐久性和施工性能。國內(nèi)是既有對單一材料的檢驗，也有整體的考查，耐久性的檢驗上更多關(guān)注材料本身的變化。

（5）國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)間存在標(biāo)準(zhǔn)交叉、重復(fù)矛盾、體系不合理等問題。不同標(biāo)準(zhǔn)之間存在檢測項目不統(tǒng)一，檢測方法不一致的現(xiàn)象，給研發(fā)、施工、設(shè)計、檢測等均帶來了一定的困惑，很有必要去制訂科學(xué)合理的錨固膠產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)。