建筑結構膠在水利工程中的應用

保國騰

摘要：目前，我國比較多的水利工程建設時間比較久遠，所以就會面臨各種的問題，比如抗彎、拉伸、抗壓、剪切性能弱、老化、腐蝕等現象。很多的水利工程已經無法達到規范要求的力學性能和使用要求，所以需要對其進行加固處理。建筑結構膠是水利工程加固必不可少的材料，建筑結構膠的性能會受到各種因素的影響，比如固化劑、增韌劑、稀釋劑、填料等，不同的配比會展現出不一樣的性能強度，不同類型的建筑結構膠也會有不同的性能。所以將建筑結構膠運用于水利工程中需要考慮到很多因素。文章主要研究了環氧樹脂類建筑結構膠和粘碳纖維布建筑結構膠，通過實驗研究的方法，對影響結構膠性能的因素進行分析，選擇最適合水利工程加固的結構膠。然后將建筑結構膠用于梁的加固上進行實驗研究，發現加固效果較為明顯。最后通過案例分析，選擇某大壩作為研究對象，通過利用建筑結構膠結合碳纖維布進行加固處理，能夠使其達到規范要求，從而能夠繼續投入使用。

關鍵詞：建筑結構膠;水利工程;鋼板;碳纖維布;應用

中圖分類號：TQ437+.1 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）12-0020-05

當前，我國的水利工程存在一個普遍的問題，就是承載能力變弱，不滿足建設要求和規范，因為我國的許多水利工程建設時間比較久，就會受到各種因素的影響，使其出現不同程度的問題，需要對其進行及時的加固措施，以防出現嚴重的安全事故。對于混凝土結構的加固所使用的方式主要有兩種，分別為利用鋼板和碳纖維布進行加固，但是通過使用這兩種方式都需要使用到建筑結構膠。建筑結構膠的類型有：環氧樹脂類結構膠、硅酮類結構膠、聚丙烯酸酯類結構膠、聚氨酯類結構膠等[1]。不同的建筑結構膠類型其力學性能不一樣，使用范圍也會存在區別。而且同一種的建筑結構膠也會受到不同因素的影響，就會展現出不同的力學性能。建筑結構膠的力學性能會直接的影響著水利工程加固的效果。所以對于建筑結構膠應用于水利工程中能發揮很好的加固效果，需要對建筑結構膠進行深度的研究。

1 建筑結構膠應用于水利工程中的性能分析

由上文已知，建筑結構膠的種類比較多，由于環氧樹脂類的建筑結構膠的粘接性能很好，具有密封、抗滲等作用，比較適用于水利工程中[2]。為了對水利工程進行加固作用，由于本文選擇了具有良好性能的碳纖維布進行加固，其中需要用到粘碳纖維布建筑結構膠，于是本文對環氧樹脂類的建筑結構膠和粘碳纖維布建筑結構膠這兩種進行了性能分析。

1.1環氧樹脂類建筑結構膠實驗分析

由于環氧樹脂類建筑結構膠的性能會受到很多因素的影響，所以為了得出最適合水利工程應用的環氧樹脂類建筑膠粘劑需要對這些影響因素進行分析。其中最重要的影響因素包含著環氧樹脂品種、稀釋劑、增韌劑、固化劑、填料。每一種的配料都會對總的建筑結構膠性能造成影響。

其中環氧樹脂的種類本文選擇了較為常用的雙酚A型環氧樹脂。由于環氧樹脂的黏度比較大，不利于施工，所以需要加入適量的稀釋劑，當然稀釋劑也有不同的類型，文章選擇了幾種含有活性基團的稀釋劑。

建筑結構膠也需要滿足一定的彎曲強度和抗沖擊強度，所以需要增加它的韌性，于是本文選擇了幾種活性的增韌劑。

固化劑是建筑結構膠的必要添加物，對建筑結構膠起著非常重要的作用，為了提高建筑結構膠的適用性能，選擇了新型的固化劑，這種固化劑毒性少且溫度適應性比較好，適合用于水利工程中。

填料能夠降低成本減少收縮，雖然不會與樹脂發生化學反應，但是也可以改變建筑結構膠的性能，所以本文選擇了硅酸鹽、無機和金屬這三種填料作為實驗的研究對象。

表1即為5種因素對環氧樹脂建筑結構膠性能的影響結果，然后通過這5個影響因素的分析，可以選擇一種優化的配方用于水利工程，最后選擇的優化配方的環氧樹脂類建筑結構膠的綜合性如表4所示。這種建筑結構膠在水利工程加固中能夠起到更好的效果，更適合于水利工程特殊的結構。

1.2粘碳纖維布建筑結構膠實驗分析

通過使用碳纖維布進行加固水利工程的構件是當前比較流行有效的一種方式，其中所用到的建筑結構膠不需要加入填料，其他的與環氧樹脂類建筑膠粘劑類似，粘碳纖維布建筑結構膠就是涂抹在碳纖維布進行充分的浸潤，利用建筑結構膠讓碳纖維布能夠與水利工程的混凝土構件融為一體，從而起到加固的作用。為了驗證碳纖維布的作用，選擇在水利工程中的一個小梁上進行實驗，表2即為最終的實驗結構。

從表2中可以看出來，利用建筑結構膠結合碳纖維布加固梁的力學性能與普通的混凝土相比，其力學性能都有所提高，從表中可以看出第二種配方的增強效果最好，彎曲強度能夠夠增加一倍。所以可知將配方2的建筑結構膠用于水利工程中能夠有更好的效果。

1.3水利工程中建筑結構膠的各項性能

為了說明本實驗所選用的建筑結構膠的各方面的性能是比較好的，與市場上售賣的同類產品進行了比較，表3即為本文兩類建筑結構膠和市場上售賣的結構膠的性能測試結果。

從表3中可以看出來，與市場售賣的結構膠相比，環氧樹脂類的建筑結構膠與粘碳纖維布建筑結構膠的強度更加高，具有更好的粘接性能，所有的物理力學性能都比混凝土的強度指標大，所以用于水利工程結構的加固是滿足設計和運行要求的。

而且與市場售賣的結構膠相比，本文選用的兩種配比的建筑結構膠的各方面的性能是更高的，并且其鋼一鋼粘接剪切強度的加固效果更加明顯，環氧樹脂類建筑結構膠高出了市售結構膠的4.7MPa。

2 兩種建筑結構膠應用于水利工程中梁的加固實驗

2.1實驗過程

上文已經對兩種建筑結構膠的力學性能進行了實驗，得出了兩者的力學性能相比于市售結構膠有很大的提升。于是將其應用到水利工程構件加固中是否能夠起到很好的加固效果。其中兩種建筑結構膠的應用為環氧樹脂類建筑結構膠對鋼板加固構件梁，粘碳纖維布建筑結構膠就是通過碳纖維布加固水利工程的梁結構。

按照水利工程構件梁的設計要求，選擇一個小梁進行實驗。首先需要制作鋼筋混凝土小梁，如圖1所示，其尺寸為1850mm×120mm×200mm，還包含著配筋情況。選用的鋼板為A3鋼，其長寬為1.6m×0.12m，厚度不一樣，分別為2mm、3mm、6mm。鋼板的錨固方式不同，對梁的加固效果也是不同，其處理方式選擇三種，分別為不錨固、螺栓錨固和U型錨固[3]。所選用的混凝土設計等級為C30。碳纖維布為12K，碳纖維布的粘貼層數不同，其加固效果也不同，于是本試驗選擇了一層、二層和三層的碳纖維布用于梁的加固中。

所用到的實驗儀器包含著油壓千斤頂和百分表，在簡支梁上進行三分點劃分，然后通過油壓千斤頂在三分點上進行均勻的施加壓力，壓力荷載為80kN到200kN，荷載的增加量是均勻的。然后再用百分表測量小梁的受彎后的撓度，在實驗的整個過程中，要細心的對實驗進行觀察，及時的做好記錄。最后的實驗結果圖表4和圖2所示，表4中I代表的是環氧樹脂類建筑結構膠，Ⅱ代表的粘碳纖維布建筑結構膠。為了讓實驗結果更加的準確，對承載力的計算時是通過對兩根梁進行實驗，然后取平均值作為最后的測量結果。

2.2實驗結果

通過上述的實驗可以得出以下兩點結論。

1）通過使用鋼板和碳纖維布結合合適的建筑結構膠能夠對水利工程的混凝土梁起到加固的作用，能夠提高量的承載能力。其加固效果會受到碳纖維布層數、鋼板厚度和鋼板錨固方式的影響。與不加固的混凝土梁相比，選擇鋼板結合建筑結構膠應用于梁中其承載能力能夠提高大約54%～147%，選擇碳纖維布結合建筑結構膠應用于梁中其承載能力能夠提高大約81%～130%。所以，將建筑結構膠運于水利工程的加固中能夠起到很好的效果。

2）當鋼板的厚度越來越大時，梁的承載力會越來越大。由圖2可知，當荷載一樣時，鋼板的厚度與撓度成反比關系，即當鋼板的厚度越來越大時，梁的撓度就會越來越小。只有當荷載非常小的時候，鋼板厚度的增加不會造成撓度的大幅度變化。當荷載為50kN時，6mm厚的鋼板的撓度減少了72.5%，可見其減少幅度還是挺大的。

3 建筑結構膠在實體水利工程中的應用

以湖北省某大壩工程為例，該大壩建設于1969年，經歷了大約2年的時間完成，1990年對其進行過加固工程。隨著其使用時間越來越長，大壩的梁結構所能夠承載的荷載不能滿足規范要求，出現了較為嚴重的裂縫，且其老化程度也比較嚴重，需要對其進行加固處理。于是提出了幾種對其進行加固的處理方式，最終選擇了使用碳纖維布結合建筑結構膠作為本工程的加固方式。

通過對某處的梁進行檢測和計算，選擇在梁的斜截面剪切地方和正截面彎曲的地方進行粘貼碳纖維布。所選用的建筑結構膠為粘碳纖維布建筑結構膠，所使用的碳纖維布為日本進口的12K碳纖維布，該碳纖維布的綜合力學性能更加的強大。通過專業人員對受損梁的加固施工，待其達到設計強度之后再對其進行加荷實驗，看是否能夠起到很好的加固效果。

表5即為對梁的撓度實驗結果，從表中可以看出通過使用粘碳纖維布和建筑結構膠能夠能夠很大程度的降低梁的撓度，其降低幅度在33.5%～40.1%之間。所以以加固之前進行比較，加固之后梁的承載能力有著顯著的提高。大壩能夠再次的投入使用。

4 結語

綜上所示，建筑結構膠應用于水利工程加固中能夠達到非常好的效果，其中一個非常重要的原因在于選用了合適的建筑結構膠。文章只是以原有類型的建筑結構膠作為研究對象，分析其影響因素，然后選擇配比最為合適的建筑膠粘劑用于水利工程加固中。隨著科學技術的不斷發展，更好的建筑膠粘劑將會被研發，對于解決水利工程的各種問題將會達到更好的效果。

參考文獻

[1]李健灝，羅順.建筑結構膠粘劑的發展和選用[J].科技創新導報，2017（26）：157+159.

[2]劉紀艷.環氧樹脂建筑結構膠的改性與力學性能研究[D].山東農業大學，2018.

[3]周延明，王瑩輝，鄭云雷，等.錨固鋼板加固鋼筋混凝土板受彎承載力分析[J].遼寧建材，2010（5）：38-39.