粘钢加固钢筋混凝土结构粘结性能影响因素的研究

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建筑技术ArchitectureTechnology第33卷(2002年)第12期

Vol.33No.12

氧化剂,能提高胶的耐老化性能;加入催化剂,能加快胶的固化速度。例如在??60??环境温度下长期使用的JGN结构胶中按一定的比例加入耐温配方原料后,改性的JGN结构胶即可在120??的温度下使用,且其钢-钢粘结抗剪强度??11.0MPa。1.4分子结构的影响

在一般情况下,极性胶粘剂对高分子化合物的粘结力较强,然而极性基团含量增加,高分子的活动能力下降,不利于扩散,反而使胶粘剂的粘结性能下降,其原因详见相关文献[1]~[4]。2被粘构件表面性能的影响2.1表面强度的影响

暴露在大气中的金属表面,因氧化作用而形成的氧化铁等氧化物,结构比较疏松,粘结后容易剥落。混凝土表面因碳化作用和Ca(OH)2的析出,会在表面形成疏松粉层,导致粘结效果明显下降。因此粘钢加固时须清除不利于粘结的疏松表面和粉层(如钢板必须除锈抛光打磨,混凝土表面的碳化层清除干净),才能获得良好的粘结效果。2.2表面清洁度的影响

被粘构件表面因在制造、加工、运输、安装和使用等过程中,表面不同程度地吸附了一层污染物,如机油、脱模剂、粉尘、油脂和锈蚀等。这些污染物往往表面能很低,内聚强度又小,胶粘剂不易完全浸润,粘结性能明显下降。为保证加固效果,应将被粘构件表面擦拭干净。检查表面清洁度的简便方法是观察水滴在表面上浸润和扩散的情况。干净的表面水滴应迅速而完全展开,并在表面形成一连续不破裂的水膜,这种方法通常称为水膜法。2.3表面粗糙度的影响

被粘构件表面具有一定的粗糙度,能提高粘结性能,这是因为粗糙表面能够增大有效粘结面积,且有利于机械啮合作用。但表面过于粗糙,其最高点的

粘钢加固钢筋混凝土结构粘结性能

影响因素的研究

贺学军

周朝阳

摘要:粘钢加固中界面粘结性能受材料性能、表面特征及粘结工艺条件等因素影响,其中工艺质量是最主要因素,应选择合适的胶粘剂,对混凝土和钢板表面进行良好的界面处理,在工艺上控制混凝土表面的含水率、胶层厚度和固化温度,选择最佳钢板厚度和固化压力,保证固化所需时间,才能取得理想的效果。

关键词:粘钢加固,粘结性能,影响因素中图分类号:TU746.3文献标识码:A文章编号:1000-4726(2002)12-0892-03

STUDYONFACTORSAFFECTINGADHESIONBETWEENSTEELANDCONCRETEINSTRUCTURESTRENGTHENING

BYSTEELBONDING

HEXuejun

ZHOUChaoyang

Abstract:Intheprocessofstructurestrengtheningbysteelbondingtheadhesionbetweensteelandconcreteisaffectedbymulti-factorsincludingmaterialproperty,surfacecharacteristicsandadheringtechnologywhichismostimportant.Selectionofproperadhesive,propertreatmenttothesurfaceofconcreteandsteel,concretesurfacemoisturecontrol,adhesivethicknesscontrol,soliditytemperature/timecontrolandtheselectionofsteelplatethicknessandsoliditypressureareallfactorssecuringdesirablebondingeffect.

Keywords:strengtheningbysteelbonding;bondingproperty;affectivefactors

粘钢加固补强的效果主要取决于新旧界面的粘结工艺质量。本文以多项加固工程的试验数据为基础,研讨影响粘钢加固混凝土结构界面粘结性能的主要因素。

1胶粘剂性能的影响1.1胶粘剂品种的影响

不同品种的胶粘剂对每种材料表面有不同的粘结性能(如表1所列几种不同品种胶粘剂的钢-钢粘结抗剪强度的实测平均值),只有选择合适的胶粘剂品种,才能获得理想的粘结效果。1.2分子量的影响

对胶粘剂高分子化合物而言,聚合

贺学军,1971年10月生,湖南双峰人,中南大学土木建筑学院,讲师,博士研究生,410075,长沙

收稿日期:2002-08-06

钢-钢粘结抗剪强度

实测平均值/MPa

度在一定范围内才具备良好的粘结性能。分子量太大,不利于分子链的活动和分子的扩散,从而使粘结性能减弱;分子量太小,胶粘剂本身内聚性能差,也会降低粘结性能。1.3配方的影响

为提高胶粘剂的粘结性能,在配制胶粘剂时可添加各种助剂,如填料、增韧剂等。填料能提高胶的粘结性能,但其用量有一个最佳范围,在此范围内粘结性能最好;在环氧树脂基胶粘剂中加入增韧剂,可以提高胶的剪切强度、剥离强度和抗冲击强度;加入抗

表1不同胶粘剂的钢-钢粘结抗剪强度实测平均值

胶粘剂名称

JGN-I

结构胶18.0

JGN-??结构胶15.0

YJS-I结构胶17.0

AC结构胶16.0

CJ-I结构胶16.0

WSJ结构胶18.0

法31号结构胶15.0

粘钢加固钢筋混凝土结构粘结性能影响因素的研究

粘剂厚度愈大,胶粘剂的内应力与热变形愈大,粘结性能将下降;胶层较薄时,有利于极性分子的定向作用,同时由于胶层缺陷、气泡、裂纹、收缩等原因造成的内应力也相应减少。但胶层太薄则会引起缺胶,导致强度下降。因此,在进行粘钢补强时,粘结胶层最佳厚度应由试验确定。一般情况下为1.0~2.0mm。

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接触会造成胶层厚薄不均,且容易存在气泡而影响胶粘剂的浸润,反而会降低粘结性能。不同的胶粘剂对被粘构件表面粗糙度有不同的要求,一般以加工精度表示。图1所示为不同粗糙度钢板采用JGN-??型结构胶粘结时,实测的钢-钢粘结抗剪强度与钢板表面光洁度的关系曲线图。若构件表面粗糙度不够,可在打磨抛光时将构件表面打成与受力方向垂直的沟槽或螺纹。

图3固化温度对粘结性能的影响

3.5固化压力的影响

固化加压的作用是:(1)在两个粘结面上加压,使胶粘剂与被粘物表面浸润,加快胶层与被粘物之间的粘合,提高胶粘剂对被粘物表面微孔的渗透和扩散;(2)加压有助于排出胶缝内空气,防止低分子挥发物产生气泡;(3)加压能保持粘结件的形状,促使胶层厚度均

图1

表面粗糙度对粘结性能的影响

图2胶粘剂厚度、钢板厚度与开裂荷载的关系

匀一致。压力过大,胶层过薄,容易缺胶;压力过小,胶层过厚,会造成胶层厚薄不均,使胶层出现疏松孔洞,导致粘结性能下降。粘结压力应根据胶粘剂品种、被粘结材料及构件形状试验确定,一般为0.05~0.1MPa。3.6固化时间的影响

在固化温度下保持一定时间,有利于胶粘剂分子向被粘材料的扩散作用,并有利于固化反应完全,从而导致粘结力具有随时间的延长而增长的趋势。固化时间主要取决于胶粘剂的性质、固化温度、固化压力和固化速度等。图4所示为环氧胶和乙二胺(或多乙烯多胺)作固化剂,在30??温度条件下固化时间与钢-混凝土粘结抗剪强度之间的关系。该曲线表明:抗剪强度随时间的增加而提高,到最大值后则保持稳定。

此外,粘结性能还与被粘构件的表面物化性能和几何形状有关3粘结工艺的影响3.1水分的影响

粘钢加固的混凝土结构表面被密封,混凝土中多余的水分和水化后生成的Ca(OH)2均向表面移动。在水和Ca(OH)2的共同作用下,胶粘剂被软化,粘结性能下降。混凝土含水量越高粘结强度越低,同时水蒸气压与盐析的作用亦会引起胶结层剥落。作者以环氧胶粘剂(配比为环氧树脂100、邻苯二甲酸二丁脂20、多乙烯多胺10、河沙600)将Q235钢板与C30混凝土试件粘结后,在不同的湿度环境下养护10d,再测定各自的钢-混凝土粘结抗拉强度。结果表明干燥混凝土表面(含水率??5%)的钢-混凝土粘结抗拉强度为4.5MPa,潮湿混凝土表面(含水率??10%)为3.6MPa,水饱和的混凝土表面(含水率??25%)为3.0MPa。因此,为保证可靠的粘结效果,我国加固规范[5]规定:混凝土粘钢加固时,其含水率不得大于6%,含水量过高时应采用人工方法加速干燥。

3.2胶粘剂厚度的影响

大多数胶粘剂的粘结性能随胶层厚度的增加而降低(图2)。这是因为胶

[2][4]

3.3粘结钢板厚度的影响

粘结钢板的厚度主要根据锚固区长度、结合区混凝土强度以及施工操作要求而定。钢板愈厚所需锚固区愈长,而且钢板有一定的刚度,不易粘结;钢板愈薄,相对用胶量愈大,不经济,钢板防腐处理也较难。根据大量试验研究和工程实例,粘钢加固混凝土结构用钢板最佳厚度可按表2采用。

表2粘钢加固钢板最佳厚度

混凝土强度等级钢板厚度/mm

C20

C20~C35>C352

3~4

4~5

。

3.4固化温度的影响

固化是指胶粘剂通过缩聚、加聚、硫化或交联等化学反应改变物理性质变为固体的过程。固化在一定的温度、压力和时间等条件下进行,其中温度是最重要的条件。施工温度太低,固化时间太长或固化不完全,都会使粘结性能明显下降。相反,施工温度过高,因反应过快,粘度迅速上升,会影响胶粘剂向被粘物表面的扩散,也会造成粘结性能下降(图3)。因此,在粘钢加固过程中,应严格控制粘结固化温度。混凝土用环氧树脂基胶粘剂一般要求在10??以上使用,室温固化,其最佳固化温度应在10~30??之间。

图4固化时间对粘结性能的影响

(下转第906页)

??906??

3.12000mm??2500mm框支梁荷载传递

经方案比较,决定大梁外挑部分模板支撑荷载由活动钢管顶撑传递给下部排架,再由排架传递给纵向钢梁,最后由挑梁承重(图2)。型钢挑梁(I25b)从十层结构平面挑出,于九层预埋

锚固筋搭设钢管三角支撑

与型钢焊

接,型钢与预埋钢板焊接,再用钢丝绳反拉于十一层周边梁上。

布置

建筑技术

(3)

第33卷

温,控制浇筑温度不超过35??。

控制坍落度。施工中要求在

满足泵送的基础上尽量用小值,现场实测混凝土坍落度不大于180mm。

(4)(5)

为减小柱墙支座对框支梁的加强混凝土二次振捣。由于

约束,该处梁柱墙混凝土一次性浇筑。框支梁混凝土体量大,区域衔接处易形成施工冷缝,故浇筑时进行二次复振,以提高混凝土与钢筋的握裹力,防止因混凝土沉落而裂缝,并增加混凝土密实度,提高抗裂性。

(6)

加强养护措施。因梁断面大,

为减少混凝土内外温差,梁侧采用50mm厚聚苯乙烯板与侧模一起作保温层。混凝土初凝后楼板面覆盖塑料薄膜一层,蓄水100mm厚养护,48h后拆除塑料薄膜,蓄水100mm厚,养护期14d。在梁内预埋测温点20个,每隔1h测温1次,根据测温情况采取适当措施,防止混凝土内外温差超过规范要求。现场实测核心区混凝土最高温度78.6??,最大内外温差24??。