水泥基構(gòu)筑體用結(jié)構(gòu)膠粘劑的研究概述

滕朝暉 馮秀艷2、 張彥鵬 李山峰

（1.山西省建筑材料工業(yè)設(shè)計研究院有限公司，山西 太原 030000；2.北京建筑材料檢驗研究有限公司，北京 100041；3.山西大地華基建材科技有限公司，山西 臨汾 041500；4.山西華建建筑工程檢測有限公司，山西 太原 030031）

20世紀50～60年代，發(fā)達國家已將環(huán)氧樹脂膠粘劑（結(jié)構(gòu)膠粘劑的最初形態(tài)）用于公路、橋梁、機場跑道等工程的加固修復(fù)。隨著建筑行業(yè)快速發(fā)展，產(chǎn)品不斷更新、品種不斷增加，到70年代，丙烯酸、聚氨酯等多種性能優(yōu)異的建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑開始進入建材市場。我國建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的研究起步較晚，最早于1980年由中科院大連化物所與遼寧省建科所聯(lián)合攻關(guān)，首次將建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑課題立項，并于1983年完成，開啟了我國結(jié)構(gòu)膠粘劑的發(fā)展歷程。從發(fā)達國家基本建設(shè)（大規(guī)模新建——新建項目與維修項目——維修改造）的發(fā)展歷程來看，我國尚處于新建與維修并重階段，近年來，建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑用量呈快速增長趨勢。1990年，中國工程建筑標準化協(xié)會標準《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》（CECS 25:90）將粘鋼膠加固技術(shù)正式納入規(guī)范。隨著應(yīng)用范圍的不斷擴展和技術(shù)的不斷進步，該標準于2006年和2013年分別進行了修訂。既有建筑鑒定與加固技術(shù)規(guī)范、維護系統(tǒng)中對承重結(jié)構(gòu)、建筑構(gòu)件的連接和固定等有關(guān)規(guī)范也逐漸得到應(yīng)用和重視。例如，《風力發(fā)電機預(yù)應(yīng)力裝配式塔筒技術(shù)規(guī)范》（T/CES 5008-2018）、《裝配整體式疊合混凝土結(jié)構(gòu)地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（T/CES 5832-2021）。

建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的廣泛應(yīng)用，促進了現(xiàn)代建筑的標準化設(shè)計、機械化施工、預(yù)制構(gòu)件和建筑構(gòu)件應(yīng)用性能保障性功能化的實現(xiàn)。尤其在提高施工效率、提高構(gòu)件質(zhì)量、節(jié)省工時、節(jié)約能源、減少場地污染等方面，一些異型構(gòu)件的多方案拼合組裝優(yōu)勢明顯，符合我國“雙碳經(jīng)濟”“綠色建筑”“現(xiàn)代建筑”的發(fā)展理念。因此，建筑用膠粘劑已成為重要的化學建材之一，近年來,我國建筑行業(yè)發(fā)展迅速，膠粘劑行業(yè)也得到了快速發(fā)展，產(chǎn)量從2010年的462.8萬噸增至2020年的近700萬噸。據(jù)中國膠粘劑工業(yè)協(xié)會預(yù)測，到2025年，我國結(jié)構(gòu)膠粘劑產(chǎn)量將達到1 000萬噸以上。

目前，我國規(guī)模性的結(jié)構(gòu)膠粘劑企業(yè)已達數(shù)百家，如大連凱華、中德新亞、湖南固特邦、浙江精砼科技等。

1 建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的特性及應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的特性

建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑是指應(yīng)用于膠結(jié)各種承受較大荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的高強度膠種，是一種以高分子為主體的觸變性膠料，一般情況下，甲組份為膏狀物膠粘基礎(chǔ)物，乙組份為固化劑，將甲乙組份按一定比例配制混合均勻后，在23℃±2℃下很快固化成膠膜。建筑結(jié)構(gòu)膠的基本要求:

（1）強度高，投入使用后，剪切強度應(yīng)不小于18MPa，拉伸強度不小于30MPa，剝離強度不小于25kN/mm。

（2）膠粘劑固化體內(nèi)聚力大，機械性能優(yōu)良。其壓縮強度不小于80MPa，拉伸強度不小于25MPa，彈性模量不小于700MPa。

（3）耐化學介質(zhì)腐蝕，耐老化性能優(yōu)良。

（4）施工便捷。

（5）價格適中，市場可接受。

1.2 建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的分類

目前，我國建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的發(fā)展速度較快，在很多工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，根據(jù)其應(yīng)用情況可分為:

（1）粘鋼加固用建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑。被粘接的補強材料除了鋼板外，拓展到其他材料如碳纖維、玻璃纖維、芳綸等，早在1978年，遼寧省遼陽化纖總廠變電所大樓的承載梁就采用了粘鋼加固施工方案，在使用過程中未出現(xiàn)工程質(zhì)量問題。目前，灌注粘接也取得很大進步，被廣泛推廣應(yīng)用。

（2）錨固（植筋）用建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑。目前，在既有建筑加固改造工程中應(yīng)用工法較為常見的有施工中漏埋鋼筋或鋼筋偏離補救、構(gòu)筑體加大加寬截面補筋、上部結(jié)構(gòu)擴跨等。

（3）修補用建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑。已在工業(yè)與民用建筑、道橋、水利乃至軍工領(lǐng)域得到成熟應(yīng)用和推廣。

（4）裂縫灌縫用材料。廣泛用于工程裂縫注膠修補，配合壓力注漿工藝，可對大型結(jié)構(gòu)貫穿性裂縫和深而曲折裂縫補強注膠修補，也可對砂漿、混凝土、墻板空鼓縫隙等進行加固。

（5）石材粘接劑。用于干掛石材幕墻中石材粘接，對石、木、金屬、混凝土、預(yù)制構(gòu)件、玻璃磚、人造石等的粘貼、自粘和懸掛安裝效果極佳。

1.3 建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的優(yōu)勢

（1）結(jié)構(gòu)膠粘劑適用于表面特性不同、質(zhì)地致密、表面光滑的構(gòu)件之間的粘結(jié)，是傳統(tǒng)粘結(jié)方法難以解決的。

（2）在實際應(yīng)用中，由于其耐水、耐磨性好，在物理力學性能上有很大優(yōu)勢，能滿足工程要求，尤其是對粘結(jié)強度要求較高的結(jié)構(gòu)部位。

（3）使用此類膠粘劑加固完成的構(gòu)件，較焊接、鉚固的構(gòu)件在接縫處受力均勻，不會產(chǎn)生應(yīng)力集中，影響質(zhì)量。

（4）據(jù)實際工程應(yīng)用反饋，采用膠粘劑加固工藝簡單、操作安全、無風險、效率高，可大大縮短工期，節(jié)省時間。

（5）根據(jù)工程加固要求，可調(diào)整膠粘劑的固化速度，固化構(gòu)件最快24h內(nèi)即可投入使用，從而極大地擴展了其應(yīng)用范圍。

2 建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的主要應(yīng)用領(lǐng)域

（1）各種建筑施工，包括各種類型的混凝土預(yù)制構(gòu)件施工粘接。

（2）室內(nèi)外裝飾、裝修使用。

（3）各種建筑物的密封使用，包括門窗、大板墻、伸縮縫、接縫、特種建筑等。

（4）建筑物的維修、改造、加固和補強。

（5）各類交通設(shè)施和水利工程的加固和維修。

（6）與水泥混合制成各種高性能混凝土。

（7）各種道路標志、大壩滲漏、軍事工程應(yīng)急維修、帶壓堵漏等。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑在加固修復(fù)領(lǐng)域的工程應(yīng)用

建筑加固工程中最重要的是保證安全性和順利投入應(yīng)用。以前建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑主要用于對各種鋼筋混凝土問題梁、柱、板進行加固及鋼筋混凝土建筑件強度、剛度不足引起的開裂、破損等情況解決與改善，近年來更多應(yīng)用于對建筑物原有結(jié)構(gòu)、構(gòu)件進行改造、加固補強的工程。

（1）在粘接加固中的應(yīng)用。建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑主要用于連接，將補強用的鋼板、型材或其他補強樹脂（如碳纖維、芳綸、晴綸）粘接在各類混凝土的構(gòu)件上，如梁、柱、板節(jié)點、墻板面、軌道、隧道、拱形頂?shù)?，尤其是對帶病使用但又不允許長期停用已修復(fù)的工程。

（2）在錨栓筋上的應(yīng)用。建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑作為后鋪助技術(shù)中的新型化學膠粘材料，將螺栓、鋼筋、塑料桿和其他埋固用材埋（植）于混凝土、巖石、磚、石材式混合體等基材中，利用建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的粘接強度，使后鋪固件牢牢地埋入基材里，共同抵抗承載力，增強牢固度。

（3）灌注工程應(yīng)用與修補?？捎糜谕獍摷庸逃娩摪迮c混凝土構(gòu)件之間灌注粘接，將鋼板與混凝土構(gòu)件牢固地連成一體，也可用于一般構(gòu)件中裂紋（不超過1cm）的封堵，使其恢復(fù)到原來的設(shè)計要求，并有效地防止裂縫繼續(xù)擴大。

（4）現(xiàn)場應(yīng)急救援工程的應(yīng)用。

（5）粘接修復(fù)工程的應(yīng)用。膠粘劑還可對各類土建筑、老舊建筑（木結(jié)構(gòu)、混凝土破壞結(jié)構(gòu)、石結(jié)構(gòu)、磚結(jié)構(gòu)等）進行粘接修復(fù)，也可對被損壞的某一單元構(gòu)件進行修補修復(fù)。

（6）其他工程應(yīng)用領(lǐng)域。如應(yīng)急搶險、防水堵漏、密封防潮、防腐蝕等方面的應(yīng)用。

2.3 建筑密封膠主要用于玻璃與金屬、金屬與金屬、金屬與混凝土、混凝土與混凝土之間的粘接密封

在建筑內(nèi)外相通的地方都用密封膠密封，如粘結(jié)中空玻璃與建筑物間的結(jié)構(gòu)膠，不僅能使玻璃與建筑物緊密粘合牢固，而且在風荷載、重力荷載等外力作用下不受到破壞；耐候膠主要用于玻璃幕墻的接縫密封，它將外界與建筑物之間的通道密封，使建筑物成為封閉的系統(tǒng)，起到節(jié)能的效果。密封型膠在中空玻璃中的作用：一是密封兩層玻璃間的氣體，保持中空玻璃的長期節(jié)能效果。二是保持中空玻璃結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易損壞。

3 建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑未來應(yīng)用領(lǐng)域

建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑綜合了化學、力學、材料、結(jié)構(gòu)、光電測試等物理學先進技術(shù)的研究成果，未來進行改性處理的結(jié)構(gòu)膠粘劑在某些領(lǐng)域?qū)⒂屑涌彀l(fā)展的趨勢。

3.1 在預(yù)制裝配式領(lǐng)域的應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑應(yīng)用于預(yù)制裝配式建筑，是我國建筑行業(yè)提出“綠色、節(jié)能”的重要實施手段之一。以預(yù)制構(gòu)件的連接技術(shù)和密封技術(shù)為研究重點，除橋梁的預(yù)制節(jié)段拼接外，建筑工程中還存在預(yù)制剪力墻、預(yù)制外掛墻板、預(yù)制內(nèi)隔墻等多種構(gòu)件拼接方式。我國的工程建設(shè)協(xié)會標準《預(yù)制節(jié)段拼裝用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠》有相關(guān)技術(shù)指標要求。

3.2 在耐久性恢復(fù)和清水混凝土保護方面的應(yīng)用

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國現(xiàn)有建筑面積近千億平方米，其中，10%以上需要由具有法定資質(zhì)的單位進行分期鑒定加固和耐久性恢復(fù)。結(jié)構(gòu)膠粘劑具有早強、后期強度高、與舊界面粘接強度高等優(yōu)點，其良好的施工性能可與不同彈性模量、厚薄差異較大、軟質(zhì)與極硬材料結(jié)合體、極小與形狀復(fù)雜的各類混凝土牢固粘接。對于清水混凝土，樹脂類產(chǎn)品具有疏水、疏油、自清潔和長期抗腐蝕作用，有效提高建筑物的觀賞性和使用周期。

4 結(jié)語

隨著我國各類規(guī)范的細化、激勵扶持改革的進一步落地、技術(shù)體系的完善、用工成本的提高和各種新材料、新技術(shù)的不斷突破，功能化、專業(yè)化、高端化的系列結(jié)構(gòu)膠粘劑相繼問世，具有強度高、固化速度快、與各種材料相容性好、綠色環(huán)保、使用簡便等特點的結(jié)構(gòu)膠粘劑將得到廣泛應(yīng)用。需要注意的是：其拓展應(yīng)用離不開相應(yīng)配套標準的編制（如：中國散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會制定的一些具有規(guī)范性、專業(yè)性、普適性的團體標準），用以規(guī)范和統(tǒng)一檢測項目、檢測方法、有著重要指導作用的技術(shù)參數(shù)，從而確保建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑在推廣應(yīng)用領(lǐng)域健康發(fā)展，并推動未來建筑材料的智能化和綠色應(yīng)用。