國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠》的制訂解讀

曾 兵

（中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，國(guó)家化學(xué)建筑材料測(cè)試中心，北京 100013）

1 標(biāo)準(zhǔn)制訂的意義

錨固膠是一類用于錨固件的錨固、傳遞結(jié)構(gòu)間直接或間接作用的膠接材料。在混凝土結(jié)構(gòu)工程中，錨固膠主要配合植筋和錨栓來使用。目前，國(guó)內(nèi)與錨固膠相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要有：GB 50367—2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50550—2010《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、GB 50728—2011《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》、JGJ 145—2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》、JG/T 340—2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠》和JTG/T J22—2008《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》等[1～6]。國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中涉及與植筋和錨栓相關(guān)的錨固膠主要是改性環(huán)氧樹脂類和改性乙烯基酯樹脂類膠粘劑，且主要用于承重結(jié)構(gòu)。對(duì)于目前大量存在的用于非承重結(jié)構(gòu)的不飽和聚酯樹脂類錨固膠沒有做出要求。雖然JG/T 340《混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠》對(duì)有機(jī)類錨固膠提出了要求，但沒有根據(jù)有機(jī)類錨固膠主要成分的不同進(jìn)行分類，技術(shù)指標(biāo)上沒有區(qū)分，不利于不同類別錨固膠的使用。此外，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)錨固膠部分性能的檢測(cè)方法規(guī)定也不夠詳細(xì)，對(duì)技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定沒有較好地協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。所以迄今為止，我國(guó)尚沒有一本專門規(guī)定和評(píng)價(jià)此類產(chǎn)品的科學(xué)合理之國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，給建筑工程的設(shè)計(jì)、選材、施工以及驗(yàn)收等工作都帶來了較大障礙，也給膠粘劑的開發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)廠商造成較大困惑。為此，已向國(guó)標(biāo)委提出了編制《混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)申請(qǐng)，此舉將有利于我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)植筋錨固工程質(zhì)量安全性和耐久性的改進(jìn)和提高，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委關(guān)于下達(dá)2015年第3批國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂的通知》（國(guó)標(biāo)委綜合[2015]73號(hào)）文件的要求，由中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司會(huì)同有關(guān)單位成立標(biāo)準(zhǔn)編制組，負(fù)責(zé)制訂《混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)編制組于2017年底完成了《混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠》（報(bào)批稿）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的編制工作，于2018年12月發(fā)布，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB/T 37127—2018。

2 標(biāo)準(zhǔn)制訂的主要內(nèi)容

2.1 標(biāo)準(zhǔn)名稱

錨固用膠粘劑主要用于混凝土結(jié)構(gòu)中，俗稱有錨固膠、植筋膠和植筋錨固膠，按應(yīng)用效果都屬于后錨固用膠粘劑，本標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃申報(bào)時(shí)，名稱為“混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠”。

2.2 術(shù)語(yǔ)和定義

制訂的術(shù)語(yǔ)和定義為：錨固膠，即用于粘接固定鋼筋、螺桿和錨栓等金屬桿件，并能傳遞結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)的膠粘劑。改性環(huán)氧樹脂類錨固膠，即以環(huán)氧樹脂為主要原料制得的錨固膠；改性乙烯基酯類錨固膠，即以乙烯基酯樹脂為主要原料制得的錨固膠；不飽和聚酯樹脂類錨固膠，即以不飽和聚酯樹脂為主要原料制得的錨固膠。

2.3 分類和標(biāo)記

GB 50367—2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定植筋用的膠粘劑應(yīng)采用改性環(huán)氧類結(jié)構(gòu)膠粘劑或改性乙烯基酯類結(jié)構(gòu)膠粘劑，與GB 50367—2006標(biāo)準(zhǔn)保持了一致[7]，同時(shí)將氨基甲酸酯膠粘劑歸屬于乙烯基酯類膠粘劑；承重結(jié)構(gòu)加固工程中嚴(yán)禁使用不飽和聚酯樹脂和醇酸樹脂作為膠粘劑。同時(shí)規(guī)定承重結(jié)構(gòu)加固用的種植鋼筋和錨栓的用膠，其性能均應(yīng)符合GB 50728—2011標(biāo)準(zhǔn)第4.2.2條的規(guī)定。在GB 50367—2013標(biāo)準(zhǔn)的條文解釋中強(qiáng)調(diào)GB 50728—2011標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)的是工程中相對(duì)最常用的改性環(huán)氧類結(jié)構(gòu)膠，對(duì)于快固結(jié)構(gòu)膠在GB 50367—2013第4.4條中對(duì)其檢驗(yàn)項(xiàng)目和技術(shù)指標(biāo)提出了要求，并說明將在GB 50728—2011標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)，再行移交。JTG/T J22—2008標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)錨固膠的要求與GB 50367—2006標(biāo)準(zhǔn)基本一致。JGJ 145—2013標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用于植筋的膠粘劑按材料性質(zhì)可分為有機(jī)類和無(wú)機(jī)類，有機(jī)類膠粘劑應(yīng)采用改性環(huán)氧樹脂類或改性乙烯基酯類材料。化學(xué)錨栓的錨固膠應(yīng)為改性環(huán)氧樹脂類或改性乙烯基酯類材料。植筋用的有機(jī)類錨固膠和化學(xué)錨栓用的機(jī)械注入式錨固膠性能應(yīng)符合JG/T 340—2011標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。JG/T 340—2011將錨固膠按材料性能分為有機(jī)類和無(wú)機(jī)類，有機(jī)類錨固膠的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，統(tǒng)一執(zhí)行一套相同的檢測(cè)方法。GB/T 50590—2010《乙烯基酯樹脂防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，乙烯基酯樹脂也包括“環(huán)氧乙烯基酯樹脂”、“丙烯酸環(huán)氧酯”等，其結(jié)合了不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂的優(yōu)點(diǎn)[8]。為與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)保持一致，在GB/T 37127—2018標(biāo)準(zhǔn)中將改性乙烯基酯類樹脂按成分單獨(dú)作為一類錨固膠，并按成分主要分為改性環(huán)氧樹脂、改性乙烯基樹脂和不飽和聚酯樹脂。

在GB/T 37127—2018《混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠》標(biāo)準(zhǔn)中，錨固膠按主要原料組成分為改性環(huán)氧樹脂類（H）、改性乙烯基酯類（Y）和不飽和聚酯樹脂類（J）；其中改性環(huán)氧樹脂類和改性乙烯基酯類錨固膠可用于承重結(jié)構(gòu)的錨固，不飽和聚酯樹脂類錨固膠可用于非承重結(jié)構(gòu)的錨固。

2.4 性能要求

2.4.1 改性環(huán)氧樹脂錨固膠的性能要求

改性環(huán)氧樹脂錨固膠是目前應(yīng)用相對(duì)最廣、用量相對(duì)最多的錨固膠產(chǎn)品，因此，對(duì)該類錨固膠的性能也有全面和嚴(yán)格要求。在GB/T 37127—2018標(biāo)準(zhǔn)制訂中，綜合考慮了改性環(huán)氧樹脂錨固膠的材料特性及應(yīng)用環(huán)境，性能要求包括外觀質(zhì)量、基本性能、施工性能、長(zhǎng)期使用性能和耐介質(zhì)侵蝕性能等。檢驗(yàn)項(xiàng)目和技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 改性環(huán)氧樹脂類錨固膠性能Tab.1 Performance of modified epoxy resin anchorage adhesives

（表1未完，轉(zhuǎn) 下頁(yè)續(xù)表）

（續(xù)表1）

考慮到GB 50728—2011標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)錨固膠的技術(shù)規(guī)定主要針對(duì)的是環(huán)氧類錨固膠，所以設(shè)計(jì)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)都應(yīng)與該標(biāo)準(zhǔn)相匹配，且在國(guó)內(nèi)認(rèn)可度較高，為此，GB/T 37127—2018標(biāo)準(zhǔn)對(duì)環(huán)氧類錨固膠的技術(shù)規(guī)定主要采納GB 50728—2011標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。考慮到工程應(yīng)用提出的新要求，GB/T 37127—2018標(biāo)準(zhǔn)中增加了無(wú)約束線性收縮率和施工溫度范圍的規(guī)定；同時(shí)耐介質(zhì)侵蝕性能統(tǒng)一采用鋼片法，耐疲勞應(yīng)力作用能力采用鋼-砼試塊。

2.4.2 改性乙烯基酯類錨固膠的性能要求

綜合考慮了改性乙烯基酯類錨固膠的材料特性及應(yīng)用環(huán)境，性能要求包括外觀質(zhì)量、基本性能、施工性能、長(zhǎng)期使用性能和耐介質(zhì)侵蝕性能。檢驗(yàn)項(xiàng)目和技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 改性乙烯基酯類錨固膠性能Tab.2 Performance of modified vinyl ester anchorage adhesives

乙烯基酯類錨固膠在歐美地區(qū)應(yīng)用得非常廣泛，使用量大于環(huán)氧類錨固膠，其屬于快固型膠粘劑，雖然GB 50367—2013標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)錨固型快固結(jié)構(gòu)膠的性能要求作出了規(guī)定，但實(shí)際執(zhí)行效果較差，主要是部分檢驗(yàn)項(xiàng)目的規(guī)定沒有結(jié)合該類材料的使用特性。執(zhí)行中主要參照J(rèn)G/T 340—2011標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)考慮了乙烯基酯類錨固膠的應(yīng)用特性，但對(duì)耐久性考查得較少。因此，GB/T 37127—2018標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了上述2本標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)。

2.4.3 不飽和聚酯樹脂類錨固膠的性能要求

現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定承重結(jié)構(gòu)加固工程中嚴(yán)禁使用不飽和聚酯樹脂類錨固膠，已有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中沒有對(duì)不飽和聚酯樹脂類錨固膠作出規(guī)定，但該類錨固膠大量應(yīng)用于非承重的二次結(jié)構(gòu)中，如果不對(duì)其性能提出要求，結(jié)構(gòu)工程的安全性很難得到保證。為此，綜合考慮該類錨固膠的材料特性及應(yīng)用環(huán)境，對(duì)其必要的性能作出規(guī)定，包括外觀質(zhì)量、基本性能、施工性能。檢驗(yàn)項(xiàng)目和技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

3 主要試驗(yàn)方法和技術(shù)指標(biāo)的確定

已有標(biāo)準(zhǔn)中，針對(duì)錨固膠的有些檢測(cè)項(xiàng)目存在試驗(yàn)方法不明確、不統(tǒng)一等問題。在GB/T 37127—2018標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)檢測(cè)項(xiàng)目作出了明確的規(guī)定。本研究主要介紹變動(dòng)較大的部分，包括彎曲強(qiáng)度、無(wú)約束線性收縮率、鋼-鋼拉伸剪切強(qiáng)度和熱變形溫度等。

3.1 彎曲強(qiáng)度

GB 50728—2011標(biāo)準(zhǔn)對(duì)錨固膠的彎曲強(qiáng)度規(guī)定按GB/T 2567—2008標(biāo)準(zhǔn)[9]執(zhí)行，同時(shí)規(guī)定試件厚度為8 mm，與GB 50367—2006標(biāo)準(zhǔn)保持一致，而對(duì)另外的膠粘劑，則沒有作出特殊規(guī)定。按照GB/T 2567—2008標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)的試件厚度為4～6 mm，通常采用4 mm。為了檢驗(yàn)不同厚度對(duì)試件彎曲強(qiáng)度的影響，編制組選擇5種改性環(huán)氧類錨固膠樣品（E1～E5樣品），分別按厚度為4 mm和8 mm制備彎曲強(qiáng)度試件。結(jié)果為5個(gè)試件的彎曲強(qiáng)度的平均值，如表4所示。

由表4可知：2種厚度樣品的彎曲強(qiáng)度沒有明顯差異。因此，在GB/T 37127—2018標(biāo)準(zhǔn)中直接采納GB/T 2567—2008的規(guī)定，將樣品的厚度定為4 mm。

表4 不同厚度試件的彎曲強(qiáng)度Tab.4 Bending strength of specimens with different thickness（彎曲強(qiáng)度單位：MPa）

3.2 無(wú)約束線性收縮率

錨固膠作為一類樹脂材料，其作用是對(duì)鋼筋、螺桿和錨栓等金屬桿件起錨固作用，當(dāng)在混凝土內(nèi)發(fā)揮作用時(shí)，如果材料在固化過程中產(chǎn)生明顯的收縮，則會(huì)對(duì)其錨固效果產(chǎn)生較差的影響。在公路橋梁工程中，JT/T 988—2015和JT/T 989—2015標(biāo)準(zhǔn)均將無(wú)約束線性收縮率作為必要的檢測(cè)項(xiàng)目[10，11]。JT/T 988—2015標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)粘鋼膠和JT/T 989—2015標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)纖維膠的線性收縮率規(guī)定 為 ≤0.1%， GB 50728—2011標(biāo) 準(zhǔn) 中 表4.6.4對(duì)裂縫修復(fù)膠規(guī)定為≤0.3%，ASTM C881對(duì)樹脂收縮率指標(biāo)規(guī)定≤0.5%[12]。考慮到錨固膠在混凝土結(jié)構(gòu)中的受力工況，通過驗(yàn)證性試驗(yàn)，確定了相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。將錨固膠澆注成尺寸定為12 mm×12 mm×120 mm的長(zhǎng)方體試件，測(cè)試試件經(jīng)21 d養(yǎng)護(hù)后尺寸沿長(zhǎng)度方向的收縮率。對(duì)于該項(xiàng)指標(biāo)，環(huán)氧類錨固膠規(guī)定≤0.3%，乙烯基酯類和不飽和聚酯類錨固膠規(guī)定≤0.5%。

3.3 鋼-鋼拉伸剪切強(qiáng)度

對(duì)于錨固膠的鋼-鋼拉伸剪切強(qiáng)度，JG/T 340—2011標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)于非快固型錨固膠選擇鋼片法，仲裁試驗(yàn)采用鋼套筒法，對(duì)于快固型錨固膠選擇鋼套筒法。GB 50728—2011標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于改性環(huán)氧類錨固膠選擇鋼片法，GB 50367—2013標(biāo)準(zhǔn)在條款4.4中對(duì)于錨固型快固結(jié)構(gòu)膠同時(shí)選擇了鋼片法和鋼套筒法。為考查2種制樣方式對(duì)改性環(huán)氧類錨固膠和快固型錨固膠（乙烯基酯類和不飽和聚酯類）的影響，進(jìn)行了必要的驗(yàn)證性試驗(yàn)。試驗(yàn)方法按照GB/T 7124—2008標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行[13]， 鋼片采用45#碳鋼，厚度為2 mm。結(jié)果表明，對(duì)于改性環(huán)氧類錨固膠，采用鋼片法和鋼套筒法均可用來衡量鋼-鋼拉伸剪切強(qiáng)度性能的好壞，為與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)調(diào)，同時(shí)，考慮到鋼片法易于制備樣品，宜采用鋼片法來考查剪切性能。

2種改性乙烯基酯類錨固膠樣品（V1和V2）和2種不飽和聚酯類錨固膠（U1和U2）的鋼-鋼拉伸剪切強(qiáng)度（鋼片法和鋼套筒法）如表5、表6所示，表中數(shù)據(jù)均為5個(gè)試件的平均值。

表5 改性乙烯基酯類和不飽和聚酯類錨固膠鋼-鋼（鋼片法）拉伸剪切強(qiáng)度Tab.5 Tensile lap-shear strength of steel-to-steel（sheet steel） for modified vinyl ester and unsaturated polyester resin anchorage adhesives（拉伸剪切單位：MPa，下同）

表6 改性乙烯基酯和不飽和聚酯類錨固膠鋼-鋼（鋼套筒法）拉伸剪切強(qiáng)度Tab.6 Tensile lap-shear strength of steel-to-steel (steel sleeve) for modified vinyl ester and unsaturated polyester resin anchorage adhesives

由表5可知：改性乙烯基酯類錨固膠的剪切強(qiáng)度值較低，不飽和聚酯類錨固膠樣品U1的拉伸剪切強(qiáng)度也較低。

由表6可知：對(duì)于富含填料類的這2類錨固膠，采用鋼套筒法能較好地考查其剪切強(qiáng)度，不適合采用鋼片法來考查該性能[14]。為與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)調(diào)，對(duì)于改性乙烯基酯類和不飽和聚酯類錨固膠采用鋼套筒法來考查該性能。

在編制過程中，廣泛征求了行業(yè)內(nèi)專家的建議，結(jié)合編制組內(nèi)成員的提議，建議鋼片法可以采用SUS304不銹鋼（06Cr19Ni10）來代替45#碳鋼，相對(duì)于45#碳鋼，不銹鋼更容易購(gòu)買，便于生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)中的自檢。針對(duì)2種不同材質(zhì)的鋼片，編制組進(jìn)行了必要的驗(yàn)證性試驗(yàn)。結(jié)果表明，采用304不銹鋼所測(cè)得的剪切強(qiáng)度值比采用45#碳鋼所測(cè)得的剪切強(qiáng)度值低約5%；考慮到SUS304不銹鋼更易獲得，同時(shí)耐腐蝕性更好，在GB/T 37127—2018標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定對(duì)剪切強(qiáng)度可采用SUS304不銹鋼，但對(duì)于仲裁試驗(yàn)，仍應(yīng)使用45#碳鋼。

3.4 熱變形溫度

熱變形溫度是對(duì)高分子材料或聚合物施加一定的載荷，以一定的速度升溫，當(dāng)達(dá)到規(guī)定形變時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度，是衡量塑料（樹脂）耐熱性的主要指標(biāo)之一。膠粘劑的熱變形溫度主要是按GB/T 1634.2—2004《塑料負(fù)荷變形溫度的測(cè)定第2部分：塑料、硬橡膠和長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定[15]，采用0.45 MPa的B法。材料的熱變形溫度不代表其最高使用溫度，最高使用溫度應(yīng)根據(jù)制品的受力情況及使用要求等綜合因素來確定。考慮到環(huán)氧樹脂膠粘劑的特性，GB/T 37127—2018標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定養(yǎng)護(hù)條件為試件應(yīng)先在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)7 d，然后在60 ℃下養(yǎng)護(hù)4 h，待試件冷卻至（23±2）℃后進(jìn)行測(cè)試。高溫的處理既能促進(jìn)材料本身充分固化，同時(shí)有利于消除試件的內(nèi)應(yīng)力。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)與錨固膠相關(guān)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，存在分類不清晰，檢測(cè)項(xiàng)目不統(tǒng)一，方法不明確等問題，通過2年的編制，標(biāo)準(zhǔn)編制組按國(guó)標(biāo)委的要求完成了GB/T 37127—2018《混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的編制工作，并將于2019年11月實(shí)施。主要制訂內(nèi)容如下：

（1）將錨固膠按主要成分分為3類：改性環(huán)氧樹脂、改性乙烯基樹脂和不飽和聚酯樹脂類錨固膠。其中改性環(huán)氧樹脂類和改性乙烯基酯類錨固膠可用于承重結(jié)構(gòu)的錨固，不飽和聚酯樹脂類錨固膠可用于非承重結(jié)構(gòu)的錨固。

（2）分別針對(duì)3類錨固膠制訂了相應(yīng)的性能要求。

（3）對(duì)已有檢測(cè)方法不明確的項(xiàng)目，重新進(jìn)行了規(guī)定。主要包括彎曲強(qiáng)度、無(wú)約束線性收縮率、鋼-鋼拉伸剪切強(qiáng)度和熱變形溫度等。