混凝土結構工程用錨固膠標準研究進展

曾 兵，駱亞麗，劉志歧，閆新宇，付 強，馬鳳淑

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

錨固膠具有固化速度快、錨固力強、施工簡便、形同預埋、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，在建筑結構加固補強領域以及在鐵路、公路、橋梁、水利改擴建工程中得到了廣泛的應用。目前國內錨固膠按化學組成分為有機類錨固膠和無機類錨固膠。有機類錨固膠以樹脂為主要原料，加入填料和其他添加劑構成；無機類錨固膠以無機膠凝材料為主要原料，加入填料和其他添加劑構成。不同種類的錨固膠的固化反應機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構部件。

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

1 國內相關標準

1.1 《混凝土結構加固設計規(guī)范》GB 50367

GB 50367—2006[10]是混凝土結構加固中使用最廣泛的標準，雖然現(xiàn)行標準是GB 50367—2013，但仍有不少設計單位使用GB 50367—2006。在適合范圍上，2版標準對錨固膠的規(guī)定基本一致。均規(guī)定承重結構中種植鋼筋和錨栓的膠粘劑應采用改性環(huán)氧類或改性乙烯基酯類結構膠粘劑，其中乙烯基酯類膠粘劑中包括氨基甲酸酯膠粘劑。承重結構加固工程中嚴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構膠的安全性能鑒定標準，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。當錨固工程需采用快固結構膠時，快固結構膠系指在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。在實際應用過程中，目前錨固用快固結構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度不能滿足表1中的規(guī)定。按該要求，當快固結構膠用于錨栓連接時，不需做鋼片單剪法的剪切強度檢驗[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的相關規(guī)定。乙烯基酯類錨固膠在歐美發(fā)達地區(qū)大量應用，由于標準的原因，該類錨固膠遠不如環(huán)氧類錨固膠在國內的應用。

1.2 《工程結構加固材料安全性鑒定技術規(guī)范》GB 50728

表1 錨固型快固結構膠安全性能鑒定標準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種類型結構膠。對于最常用的室溫固化型結構膠，根據最高使用溫度分為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，其安全性鑒定應包括基本性能、長期使用性能、耐介質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中的技術指標要求[5]。基本性能如表2所示。

工程應用中，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度時，制備過程中諸多因素會影響檢測結果[13]；鋼對鋼T沖擊剝離長度的測試過程中，鋼片材質、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果；ASTM C881中對于承重用的常溫養(yǎng)護7 d的環(huán)氧類膠粘劑熱變形溫度指標為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，因此該項指標急需在今后標準的制訂中去規(guī)定。

1.3 《建筑結構加固工程施工質量驗收規(guī)范》GB 50550

GB 50550—2010規(guī)定對于加固工程使用的錨固膠，應按工程用量一次進場到位，見證取樣復檢。強制性檢測項目包括鋼-鋼拉伸剪切強度、鋼-混凝土正拉粘接強度、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驗的方式，即將鋼-鋼拉伸剪切試件在80℃水浴中恒溫養(yǎng)護168 h后，測試剪切強度下降率。復檢結果須符合GB 50367—2013及GB 50550—2010的要求，此外要求觸變指數(shù)≥4.0。鋼-鋼拉伸剪切強度要求依據GB/T 7124-2008采用鋼片法測定，這對檢測機構操作人員的制樣工藝和水平提出了很高的要求。標準規(guī)定抗沖擊剝離試件破壞后的殘件，應經設計人員確認其剝離長度后，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構植筋的不飽和聚酯樹脂類錨固膠，現(xiàn)行標準中沒有進行規(guī)定，在實際工程復檢中，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度。

1.4 《混凝土結構后錨固技術規(guī)程》JGJ 145

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

1.5 《混凝土結構工程用錨固膠》JG/T340

表2 以混凝土為基材，錨固用結構膠基本性能鑒定標準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類和無機類，有機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。有機類錨固膠執(zhí)行一套相同的規(guī)定，要求如圖3所示。該標準與針對環(huán)氧類錨固膠標準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GB/T 7124-2008采用鋼片法的抗剪試件，快固型錨固膠依據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，其彎曲強度不能滿足GB 50728—2011的要求，此外，根據GB 50728—2011的規(guī)定采用鋼片法測試剪切強度，也不能滿足標準要求。

1.6 《混凝土結構工程無機材料后錨固技術規(guī)程》JGJ/T 271

JGJ/T 271—2012規(guī)定采用無機材料進行后錨固的混凝土結構抗震設防烈度不應大于8度，且不應直接承受動力荷載重復作用，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膠體性能壓縮強度和疲勞試驗做出了規(guī)定。

2 國外相關標準

有別于國內的檢測體系，歐洲主要是實行認證體系。后錨固認證的體系建立在ETAG 001的基礎上。化學粘接錨固相關的體系主要是ETAG 001 Part 5（針對普通化學錨栓）[15]。除了ETAG 001的正文，還有若干附錄Annex A, B, E，這些是關于測試的細節(jié)和抗震測試的描述。除此之外，還有一些相關的技術報告（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錨栓）。美國標準體系分為ICC（International Code Council）和ACI（美國混凝土協(xié)會）2個體系。前者是一個認證機構，類似于歐洲的EOTA，ACI做標準但不做認證。ICC和ACI標準基本一致，ICC在ACI的基礎上增加了一些操作層面的規(guī)定，便于進行認證，形成了自己的AC（Acceptance Criteria）系列標準。和化學粘接錨固相關的標準主要是AC 308和ACI 355.4[16，17]。總體而言，美國標準和歐洲標準非常相似，規(guī)范的工作委員會中不少專家也是共享。日本標準是相對封閉的一個體系，和歐美標準差異很大。

歐洲標準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）與混凝土粘接強度的試件。從設計角度強調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，電化學腐蝕作用的試驗要求，從施工角度強調了不利狀態(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 有機類錨固膠要求Tab.3 Requirements of organic anchorage adhesive

表4 無機類錨固膠要求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 結語

綜上，本文對國內外混凝土結構工程用錨固膠的相關標準進行了對比研究，得到以下結論：

（1）GB 50367—2013對快固型錨固膠做出了規(guī)定，目前應用的快固型錨固膠主要是乙烯基酯類錨固膠，其彎曲強度很難滿足標準要求，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一步明確規(guī)定。

（3）針對有機類錨固膠，JG/T 340—2011中沒有按主要成分進行區(qū)分，執(zhí)行統(tǒng)一的技術指標要求。執(zhí)行中作為快固型的乙烯基酯類錨固膠按該標準進行檢測，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）國外標準更多將錨固系統(tǒng)作為一個整體去進行多方面的考查，包括耐久性和施工性能。國內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注材料本身的變化。

（5）國內標準間存在標準交叉、重復矛盾、體系不合理等問題。不同標準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、設計、檢測等均帶來了一定的困惑，很有必要去制訂科學合理的錨固膠產品的國家標準。