建筑加固是目前對(duì)房屋結(jié)構(gòu)、道路、橋梁、水庫(kù)大壩、涵洞乃至山體裂紋進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固改造，是一件普遍而又行之有效的手段和工藝。國(guó)外已經(jīng)大量應(yīng)用，國(guó)外雖然研制時(shí)間較早，推廣應(yīng)用緩慢。自1990年，建設(shè)部發(fā)布了一個(gè)文件(即“混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范”(CECS25：90))之后，對(duì)環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠的技術(shù)條件及參數(shù)提出了標(biāo)準(zhǔn)。加上建設(shè)項(xiàng)目日益增多，需要補(bǔ)強(qiáng)加固改造的工程也相應(yīng)增多。自1983年我國(guó)第一代環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠問(wèn)世以來(lái)，全國(guó)僅用8噸多建筑結(jié)構(gòu)膠，到2004年，發(fā)展迅速，據(jù)有關(guān)權(quán)威預(yù)計(jì)到2004年全國(guó)大約消耗了近八萬(wàn)噸的建筑結(jié)構(gòu)膠。據(jù)筆者了解目前國(guó)內(nèi)有近四百余家有資質(zhì)的加固工程公司，還有近二百余家在生產(chǎn)和銷售建筑結(jié)構(gòu)膠，其中環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠占約80%左右，同時(shí)不少外國(guó)的企業(yè)和中外合資企業(yè)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和銷售建筑結(jié)構(gòu)膠，用以滿足建筑加固行業(yè)日益增長(zhǎng)的需要。

　　1第二代環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠的組成及特性

　　1、第二代環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠的組成：

　　以粘鋼膠為例配方如下(供參考)

　　環(huán)氧樹(shù)脂(1) CYD-128 70 份

　　環(huán)氧樹(shù)脂(2) E-44 30 份

　　增韌劑 奇士增韌劑 15 份

　　偶聯(lián)劑 KH-550 1.5 份

　　固化劑(1) 聚酰胺651或300# 35份

　　固化劑(2) FZ-202 15 份

　　填料 硅微粉(400目) 200份

　　固化條件及性能指標(biāo)：

　　常溫(23±2℃)七天固化或常溫4小時(shí)后再于60℃二小時(shí)測(cè)試，其基本力學(xué)指標(biāo)如下：表(1)

　　表1 基本力學(xué)指標(biāo)

　　項(xiàng) 目　　　　　　　　　　檢測(cè)條件　　　　　　標(biāo)準(zhǔn)值/MPa　　實(shí)測(cè)結(jié)果/MPa
　　拉伸剪切　　　　　　　　鋼片/鋼片　　　　　　　　≥18　　　　　　27.8
　　垂直拉伸　　　　　　　鋼圓柱/鋼圓柱　　　　　　　≥33　　　　　　39.5
　　膠體拉伸強(qiáng)度　　　　　　膠體啞鈴狀　　　　　　　　－　　　　　　37.7
　　膠體抗壓強(qiáng)度　　　　　　　園柱樣　　　　　　　　　－　　　　　　77.3
　　鋼/混凝土抗剪強(qiáng)度　　　　　　　　　　　　　　　　　－　　　5.01混凝土破壞
　　鋼/混凝土抗拉強(qiáng)度 　　 　　　　　　　　　　　　　　－　　　　3.8混凝土破壞
　　混凝土/混凝土抗剪強(qiáng)度　　　見(jiàn)附錄1　　　　　　　　－　　　　4.97混凝土破壞
　　耐溫性能（溫度/抗剪）　恒溫8h后立即進(jìn)行試驗(yàn)　GB7124－86　60℃/27.0，80℃/22.0

　　附錄1 混凝土-混凝土粘接抗剪強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

　　標(biāo)準(zhǔn)值/MPa　　抗剪強(qiáng)度/MPa　　平均值/MPa　　破壞特征
　　≥4.65　　　　　　　4.95
　　≥4.65　　　　　　　5.03
　　≥4.65　　　　　　　4.99　　　　　　 4.97
　　≥4.65　　　　　　　5.01　　　　　　　　　　　混凝土試件破壞
　　≥4.65　　　　　　　4.88

　　　2、特征：

　　從表(1)中測(cè)試的結(jié)果看，其主要力學(xué)性能指標(biāo)都超過(guò)了“CECS25:90”部頒規(guī)范的要求。和其它類型的環(huán)氧建筑膠相比，也處于領(lǐng)先水平，這也就是第二代環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠所具有的優(yōu)勢(shì)。

　　2第二代環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠配方設(shè)計(jì)原理及分析

　　為什么第二代環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠具有如此優(yōu)異的性能呢?我們的配方設(shè)計(jì)依據(jù)和原理是以什么理論為基礎(chǔ)呢?首先我們來(lái)看一看以上述粘鋼膠的配方為例來(lái)分析一下。粗一看來(lái)，此配方和其它環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠配方大同小異，都是以雙 A酚環(huán)氧樹(shù)脂為主料，同樣也加了偶聯(lián)劑、固化劑、增韌劑等一些原料。確實(shí)第二代環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠的配方體系和第一代及其它環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠相類似。但是，如果仔細(xì)研究一下，就發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)重大的區(qū)別和差異。其一，本配方是兩種不同分子量的低分量環(huán)氧樹(shù)脂組成的。目的是減少收縮、防止結(jié)晶、降低粘度。我們知道E- 44環(huán)氧樹(shù)脂的粘接強(qiáng)度高于E-51(或CYD-128)，但它的粘度大于E-51，尤其在冬天施工不方便。其次兩種不同分子量的樹(shù)脂混在一起，結(jié)晶的可能性減少。如果單獨(dú)用CYD-128則冬季非常容易結(jié)晶。混合樹(shù)脂既有合適的粘度，也減少了收縮，提高了強(qiáng)度，防止了結(jié)晶。所以效果非常理想。其二是增韌劑沒(méi)有采用第一代或其它類型的環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠中通常配方采用的聚硫橡膠或丁腈橡膠作增韌劑。而是采用清華大學(xué)奇士公司根據(jù)海島結(jié)構(gòu)原理為理論基礎(chǔ)最新生產(chǎn)出的奇士增韌劑。根據(jù)一般增韌理論，橡膠加入環(huán)氧固化體系時(shí)會(huì)產(chǎn)生彈力以吸收固化時(shí)的收縮應(yīng)力，從而達(dá)到提高粘接強(qiáng)度的作用，但是橡膠(尤其是聚硫或丁腈橡膠)在環(huán)氧樹(shù)脂固化體系中存在著相容性差，粘度大，分散困難的毛病。制備這些建筑結(jié)構(gòu)膠對(duì)設(shè)備要求高，且分散均勻困難。尤其是在施工過(guò)程中由于橡膠的粘滯性，膠層厚薄不均，施工吃力，耗膠量大，粘接強(qiáng)度一致性差。奇士增韌劑是一類由不同柔性鏈段嵌段而成的帶有活性基團(tuán)的液體聚合物，該增韌劑是低粘度液體與環(huán)氧樹(shù)脂及固化劑相容性好，且沒(méi)有聚硫橡膠或丁腈橡膠的粘滯性，故施工順暢、膠層薄而均勻，用膠量也比一般橡膠型增韌劑的建筑結(jié)構(gòu)膠少用近四分之一，既節(jié)約了成本，又提高了性能。奇士增韌劑的增韌原理就是在未固化前，它與環(huán)氧樹(shù)脂及固化劑是均相存在于體系中，而一旦固化開(kāi)始此增韌劑便開(kāi)始分相均勻分布在固化體系中形成海島結(jié)構(gòu)狀。更明顯的表現(xiàn)現(xiàn)象是如果不加填料，在開(kāi)始固化前，此環(huán)氧固化體系為均勻透明液狀物，而固化過(guò)程開(kāi)始混濁最后成乳白色或棕黃色不透明固體狀。那么海島結(jié)構(gòu)的膠粘劑為什么能提高強(qiáng)度呢?根據(jù)粘接理論，膠粘劑在固化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量反應(yīng)熱以便開(kāi)環(huán)過(guò)程連續(xù)不斷進(jìn)行下去，在產(chǎn)生粘接力的同時(shí)，也會(huì)在體系中產(chǎn)生大量收縮應(yīng)力，如果粘接力大于收縮應(yīng)力，則會(huì)產(chǎn)生粘接強(qiáng)度，相反，收縮應(yīng)力大于粘接力，則固化體系的粘接強(qiáng)度幾乎為零，或是產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象。因?yàn)槠媸吭鲰g劑在固化完成后形成小的海島結(jié)構(gòu)，均勻的分布在體系中，它可以大量吸收固化時(shí)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力，使收縮應(yīng)力降到最低限度。根據(jù)粘接強(qiáng)度=粘接力+收縮應(yīng)力(負(fù)值)公式可以看出，收縮應(yīng)力越大，粘接強(qiáng)度越小，反之，收縮應(yīng)力越小，粘接強(qiáng)度就越大。同時(shí)，在測(cè)試粘接強(qiáng)度時(shí)，由于海島結(jié)構(gòu)的存在，它抵御外力的作用也非常強(qiáng)大，具有堅(jiān)而韌的特性。在這雙重性質(zhì)的作用下，用具有海島結(jié)構(gòu)的奇士增韌劑大幅度提高粘接強(qiáng)度也就不足為奇了，這是第二代環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠的核心技術(shù)。其三，在第二代環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠中的固化體系也是非常重要的核心技術(shù)，此固化體系與眾不同的是采用了聚酰胺(或改性聚酰胺)與脂環(huán)族固化劑復(fù)合的固化體系。我們知道，聚酰胺作環(huán)氧固化劑具有很多優(yōu)點(diǎn)，如大配比量、低放熱峰、配方范圍廣、剛性好、強(qiáng)度韌度高等，但是它也有一些致命的缺點(diǎn)：如粘度大，低于15℃就不易固化，速度太慢，室溫固化度低(不大于60%)，耐溫性差(高于60℃強(qiáng)度急劇下降)。尤其是在冬天，單用聚酰胺幾乎和環(huán)氧樹(shù)脂不反應(yīng)，這樣就極大地阻礙了建筑結(jié)構(gòu)膠的使用范圍。目前市面上流行用593改性脂肪胺與聚酰胺配套使用。593固化劑具有粘度低，放熱峰高，固化速度快，稍低的氣溫也能固化的優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)由于這類固化劑價(jià)格昂貴且固化物脆性大，增加了成本，強(qiáng)度也不甚理想。筆者經(jīng)過(guò)多年的研究發(fā)現(xiàn)脂環(huán)族固化劑和聚酰胺配合后，性能提高很多且價(jià)格低廉，其綜合性能均優(yōu)于593固化劑與聚酰胺的組合。此類脂環(huán)族固化劑就是由河南省鄭州天澤公司生產(chǎn)飼料添加劑的副產(chǎn)品改性而成。這類名叫TAC的固化劑據(jù)分析是甲基環(huán)戊二胺和環(huán)己二胺為主體組成的脂環(huán)族多胺。由于TAC中還含有其它未知成份。直接用它作固化劑效果非常差，缺點(diǎn)多多，如配比嚴(yán)格，易變色，脆性大，強(qiáng)度低。有鑒于此，筆者對(duì)TAC進(jìn)行了改性，保留其粘度低，活性強(qiáng)，發(fā)熱平穩(wěn)持久的優(yōu)點(diǎn)，降低了胺值，增加了韌性。這種名為FZ-201、202的固化劑就是經(jīng)過(guò)改性的TAC制備而成。它和聚酰胺可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，既降低了體系的粘度，又保持其持久的發(fā)熱量促進(jìn)聚酰胺固化，又能多添加填料，降低成本而性能不下降，提高了耐熱性，還可以在0℃以上環(huán)境中應(yīng)用，大大擴(kuò)展了建筑結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用范圍。這種固化劑除顏色較593深一些外，其它性能均超過(guò)593固化劑且價(jià)格是其三分之二，這對(duì)建筑結(jié)構(gòu)膠廠無(wú)疑是降低成本的好產(chǎn)品。

　　基于以上在環(huán)氧樹(shù)脂搭配、增韌劑的新理論及組合固化劑的固化體系上與第一代或其它環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠相比除存在理論依據(jù)不同外，選用的材料也是最近幾年才開(kāi)發(fā)出來(lái)的。所以這種固化-增韌體系是目前性能全面、質(zhì)量穩(wěn)定、價(jià)格低廉、應(yīng)用面廣的一種新型環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠。

　　3第二代環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠的配方設(shè)計(jì)實(shí)例

　　1、植筋膠的配方設(shè)計(jì)：

　　根據(jù)要求此植筋膠需要在常溫下快速固化，且用于混凝土橫梁上植筋，其主要性能要求固化三天后(一般設(shè)計(jì)要求是七天后測(cè)量)，其鋼筋拉拔強(qiáng)度為鋼筋拔斷。

　　設(shè)計(jì)要點(diǎn)為①常溫快固化。②橫梁鉆孔植筋，膠易流出，③鋼筋拉斷。

　　首先確定固化增韌體系為聚硫醇-多胺加奇士增韌劑的固化增韌體系，樹(shù)脂一般雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂， 偶聯(lián)劑既可增加粘接強(qiáng)度又能耐老化，故也必須加入。填料選用100目及400目硅微粉。為防止垂流，適當(dāng)添加一些觸變劑如進(jìn)口氣相二氧化硅等組成如下配方：

　　環(huán)氧樹(shù)脂 E—51 100份

　　增韌劑 奇士BE 　20份

　　偶聯(lián)化填料 100目/400目3:1級(jí)配 150份

　　觸變劑 進(jìn)口氣相二氧化硅 　 6份

　　固化劑 硫醇-多胺F2-203 30 份

　　將此配方按A、B兩組份制備，A：B=3：1(質(zhì)量比)。分裝(制備過(guò)程略)。

　　使用工藝：現(xiàn)場(chǎng)按A：B=3：1配制，每次配膠量不超過(guò)1公斤。攪拌均勻后，注射到已鉆好的孔洞中去。然后將鋼筋插入深度為鋼筋直徑的15倍，來(lái)回?cái)噭?dòng)數(shù)次再定位，三小時(shí)即可初固，八小時(shí)就有80%的拉拔強(qiáng)度。三天后測(cè)試，全部為鋼筋拔斷。(注：鋼筋直徑不大于20毫米)。

　　2、粘鋼灌注膠的配方設(shè)計(jì)：

　　此為三重連接結(jié)構(gòu)粘鋼灌注膠，系在立柱周圍采用鋼板焊接圍成。要求膠粘劑粘度低，可灌性好，且施工期要長(zhǎng)一些(約三小時(shí)內(nèi)仍可施工)粘接剪切強(qiáng)度(鋼/鋼要大于18MPa)。

　　配方的要點(diǎn)為①粘變低，可灌性好;②面積大，施工期要長(zhǎng)一些;③強(qiáng)度指標(biāo)較高。

　　首先確定用粘度較低的E-51環(huán)氧樹(shù)脂及活性稀釋劑作為甲組分。乙組分選用的增韌固化體系為改性聚酰胺固化劑如江西遠(yuǎn)大公司開(kāi)發(fā)的建筑結(jié)構(gòu)膠專用固化劑。它的粘變?yōu)?000厘泊，使用期長(zhǎng)且強(qiáng)度高。

　　其參考配方如下：

　　環(huán)氧樹(shù)脂 E—51 100份

　　活性稀釋劑 EPG660 15份

　　填料 活性硅微粉400目 45份

　　增韌劑 奇士BE 20 份

　　固化劑 50份

　　硅微粉 活性硅微粉400目 10份

　　按A：B=2：1(質(zhì)量比)

　　配制后的總粘度約為2000-3000厘泊左右，可灌性良好，且配制5公斤膠料可使用期大于2小時(shí)。七天固化后，測(cè)試樣片(鋼/鋼)的剪切強(qiáng)度為23.6MPa。

　　3、常溫固化耐高溫結(jié)構(gòu)膠

　　某冶金企業(yè)高爐旁立柱長(zhǎng)期受高溫影響。混凝土脫落，使露出的鋼筋生銹，需要常溫固化，但要耐高溫(150℃左右)。

　　此膠的配方要點(diǎn)就是要常溫下操作固化，但要在高溫環(huán)境下使用，且粘接強(qiáng)度要高，因此在樹(shù)脂和固化劑的選擇上要重點(diǎn)考慮。

　　一般的環(huán)氧樹(shù)脂是不能耐高溫的，故選擇酚醛環(huán)氧樹(shù)脂和雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂并用，固化劑要選用能常溫固化又耐高溫的芳香胺，另外還要添加耐熱填料，這樣就可以滿足上述技術(shù)要求。

　　其參考配方如下：

　　環(huán)氧樹(shù)脂 F—54 75份

　　環(huán)氧樹(shù)脂 E—51 25份

　　酸洗石棉粉 200目 20 份

　　增韌劑 奇士BE 20 份

　　固化劑 間苯二甲胺 22份

　　液體酚醛樹(shù)脂 30份

　　偶聯(lián)劑 KH—550 3份

　　填料 沉淀硫酸鋇 45份

　　此配方按A：B=1：1制作。常溫施工后七天剪切強(qiáng)度為19.6MPa，100℃下剪切強(qiáng)度為17.55MPa，150℃下剪切強(qiáng)度為10.02MPa，絕對(duì)大于混凝土本身強(qiáng)度。已在某冶金企業(yè)廠使用近三年不剝落，粘附力強(qiáng)，僅外觀變成深黃。