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固用胶粘剂的工程应用
发布时间:2015-12-25 15:30 来源:admin 阅读:

锚固用粘剂的工程应用

  环氧树脂胶由于其具有优良的力学性能、机械性能、耐化学介质性能、耐老化性能及良好施工性能等诸多优点,自其问世以来,在建筑工程、桥梁工程、公路工程等粘接加固、锚固植筋、灌注补缝、防水堵漏及防腐等许多场合广泛应用。而锚固植筋技术是其中一项重要应用,是将钢筋或螺栓通过建筑结构胶锚固在预先钻孔的混凝土结构中,达到增强混凝土结构强度,延长其使用寿命等目的。
   本文介绍了环氧树脂胶配方设计、材料选取的有关重要参数及其应用价值。

、原材料的选取及其主要技术指标的确定

1 . 1 环氧树脂的选取及其主要参数指标
   环氧树脂采用低分子量环氧树脂,如: E-44(6101 型 ) 、 E-42(634 型 ) 、 E-51(618 型 ) ,其中以 E-44(6101 型 ) 最为常用,本文选用 E-44(6101 型 ) 。其外观为淡黄色或棕黄色粘稠透明液体,分子量为 350-450 ,还氧当量 (g/Eq)210~240 ,有机氯 ( 当量 / 100g ) ≤ 0.02 ,无机氯 ( 当量 / 100g )<0.01 ,挥发点 ( % ) ≤ 1 ,软化点 ( ℃ )1 2 ~ 20 。

1 . 2 固化剂的选取及其主要参数指标
   固化剂—般有 T31 、 C20 、乙二胺等,本文采用乙二胺,它是一种强碱性无色液体、其固化速度快、易挥发、有刺激性气味,是一种常用的固化剂,其纯度 >90 %,含水率 <1 %, LD(mg/kg) 值为 620 。

1 . 3 稀释剂的选取
   稀释剂采用非活性稀释剂丙酮,它不参加固化反应,和环氧树脂不起化学变化,稀释效果好,且毒性相对较小。

1 . 4 增韧剂的选取
   增韧剂主要作用是改善环氧树脂的脆性,提高制品的抗弯、抗冲击强度,本方法采用邻苯二甲酸二丁脂。

1 . 5 填料的选取
   本方法采用普硅 42.5 水泥水泥不得有结块,并经 4900 孔 / ㎝ 2 筛,筛余量不得大于 15 %。

、环氧树脂胶的试验分析及其主要反应机理
2 . 1 试验概况
   试验植筋的设计及处理采用Ⅱ级螺纹钢。根据直径分成 5 组: 6.5 、 8 、 10 、 12 、 14 ;每组由 3 根钢筋组成植入深度为钢筋直径的 15 倍,植筋前打磨除锈至露出金属光泽,锚固端用丙酮清洗干净。孔径及孔洞处理:钻孔直径比所植钢筋直径大 10 %~ 20 %,—般为 20 %,钻孔经吹风机吹干净后,用丙酮清洗。
   经过大量的试验论证,采用正交设计,经过大量配方设计和性能试验,研制了一种环氧树脂胶,其基本组成成分如表 1 。
   环氧树脂胶委托天津市建筑工程质量监督检验中心进行拉拔试验,采用Ⅱ级螺纹钢、混凝土强度等级为 C30 ,试验结果见表 2
   从试验结果可以看出,锚固钢筋在外拔力作用下,可出现两种形式的破坏:①钢筋屈服、②钢筋拔出。这两种情况都满足结构植筋要求。

表 1 环氧树脂胶基本组成

组成

重量 ( 份 )

环氧树脂

乙二胺

丙酮

邻苯二甲酸二丁脂

填料

100

6 ~ 8

1 5 ~ 20

1 0 ~ 15

2 0 ~ 200

表 2 锚固钢筋拉拔试验结果

d

(mm)

D

(mm)

L

(mm)

序号

极限拉力值

(kN)

破坏状态

6.5

8

100

1

2

3

7.8

7.4

8.0

钢筋屈服

钢筋屈服

钢筋屈服

8

10

120

1

2

3

11.8

12.3

11.0

钢筋屈服

钢筋屈服

钢筋屈服

10

12

150

1

2

3

17.3

17.7

17.5

钢筋屈服

钢筋屈服

钢筋屈服

12

14

180

1

2

3

26.5

26.6

27.0

钢筋屈服

钢筋屈服

钢筋屈服

14

16

180

1

2

3

42.9

42.0

41.0

钢筋屈服

钢筋屈服

钢筋屈服

注: — 钢筋直径 — 钻孔直径 — 钻孔深度

2 . 2 环氧树脂胶的主要反应机理
   多元胺与环氧基反应简式如下:

  液态双酚 A 型环氧树脂与乙二胺的加成固化反应, К 1 К 2 =0.5/1 ;液态双酚 A 型环氧树脂与芳香胺的加成固化反应, К 1 К 2 =(0.14-0.08)/1 。即伯胺与环氧基的加成反应速度明显大于仲胺与环氧基的加成反应速度,反应中生成的羟基对氨 ( 胺 ) 基于环氧基的加成固化反应起促进作用,称自催化效应。乙二胺与环氧树脂在 8 0 ℃ 下进行加成固化反应时,各种官能团变化反应时间的关系如图 1 所示。

固化反应时间 /min

图 1 官能团变化与固化反应时间的关系
   
液态双酚 A 型环氧树脂与脂肪族二胺的反应,在无外加促进剂时的等温速度曲线中,由于未反应官能基的后固化,产生放热峰,在峰值区,使固化产物羟基的自催化效应引起的以三级反应为主的后固化反应。环氧树脂与接近等当量的二胺反应,当转化率为 55 %~ 75 %时,由于反应体系黏度增加,产物的扩散速度受到限制,则反应物消耗速度急剧下降。双官能度环氧树脂与四官能度胺进行加成固化反应时,形成无限大交联网络时的临界转化率是 58 %。脂肪族二胺与液态双酚 A 型环氧树脂的后固化反应如图 2 。

图 2 液态环氧树脂与乙二胺后固化反应的 DSC 曲线

3 、环氧树脂胶技术的工程运用及技术分析
3 . 1 工程概况
   某工程训练中心位于天津市北辰区,为三层框架结构,根据使用需要,拟在顶层加盖面积约 2200m 2 的活动室。原设计要求使用结构胶进行灌孔植筋柱生根施工,后经设计同意,改为采用自配制高性能环氧树脂胶进行植筋。在原屋面柱上植入 78 根 ф20HRB335 钢筋。

3 . 2 质量检验
   由于工程工期紧、质量要求高,植筋后 3d 即在 2 根试验筋上进行植筋拉拔力试验,在设计荷载作用下,植筋仅产生弹性变形,未见洞内砂浆体破坏、开裂、收缩等现象,完全符合设计要求。

3 . 3 经济效益分析
   采用原设计使用结构胶施工,造价为 8580 元,而采用自配制环氧树脂胶施工,造价仅为 5491 元,降低 36 %,取得较高的经济效益。

3 . 4 技术分析
经工程实践应用,我们认为环氧树脂胶植筋技术有以下优点:
(1) 质量可靠,性能安全,对原有构筑物破坏小,特别是解决了新老结构的紧密连接的难题。如果按老的施工方法在旧构筑物中埋入结构钢筋,需用钻孔,再用水泥砂浆填孔,打孔深度需满足钢筋锚固长度,其深度约为植筋深度的 2.5 倍,且孔径大,一般在 3 0 ㎜ 以上,填孔砂浆很难与旧混凝土牢固结合,成为构筑物的薄弱环节。如需将新钢筋与原有钢筋网连接,则需要大面积凿除混凝土,露出结构钢筋,再进行焊接。由于凿除混凝土及施焊时热效应的作用,对原有混凝土破坏很大,故有“伤筋动骨”之称。而植筋技术孔深浅,孔径小,粘结牢固,消除了质量隐患。
(2) 设计的灵活性:根据使用需要可以在钢筋混凝土的任何位置,根据结构受力特征而设计植筋的数量及规格。
(3) 比一般的铆接、焊接受力均匀,材料不会产生应力集中现象 ( 如焊接时的热效应等 ) ,植筋更耐疲劳。(4) 工艺简单,可大大缩减工期,往往在 1~2d 或更短时间内可以使用。
(5) 造价低:以应用植筋最多的框架柱与砌块填充墙之间的锚拉为例,经过施工单位使用情况调查,一般每千克结构植筋胶可植 100 根锚拉筋,植筋所用结构胶成本还不到 0.5 元,由于植锚拉筋施工工艺简单,一般钢筋工都可以操作,且每个工日至少可植 50 根,植单钢筋综合成本也就在 1 ~ 2 元左右,比其他锚拉筋施工方法都要经济。

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