結構粘鋼膠高溫后的力學性能試驗研究★

盛 志 趙建明 李英浩

(天津城建大學能源與安全工程學院,天津 300384)

1 概述

近年來由于國內改建、改造的建筑逐年增多，粘鋼加固技術應用也越來越廣泛。在加固工程所用的粘鋼膠中，國內外多采用環氧樹脂為主體粘料，配以各種必要的組分，從而組成一種性能優良的結構膠種。鋼筋混凝土結構雖然具有較好的抗火性能[1]，但粘鋼膠作為我國主要有機類建筑加固材料，在經歷高溫或火災時的力學性能受到業內人士質疑。

劉長青等[2]開展了火災中植筋試件極限承載力試驗研究，研究表明：結構膠溫度升高至60 ℃粘結抗拉強度急劇下降，而溫度升高至45 ℃后粘結抗剪強度與剪切模量急劇下降。袁廣林等[3]發現有JGN型有機膠難以承受200 ℃的高溫，力學性能會隨著溫度的升高而降低。劉鑫等[4]發現梁側錨鋼加固鋼筋混凝土梁受火時的受剪承載力、延性和剛度明顯降低。

國內外對于有機結構膠的研究目前大部分是在常溫下或者火災高溫時對結構粘鋼膠進行力學性能分析和結構加固方面的研究，卻鮮有對于火災后粘鋼膠力學性能變化的研究。粘鋼加固構件在火災過后的承載能力與火災發生時的承載能力是否一致、溫度對承載能力的影響如何仍有待驗證。基于此，本文開展了高溫靜置后粘鋼試件拉拔試驗研究，探討溫度對粘鋼膠力學性能的影響。

2 試驗方案

2.1 試驗材料及試件制作

2.1.1鋼套筒

本研究以粘鋼膠的剪切強度作為反映其力學性能的主要參量，設計制作了48個規格相同的鋼套筒。鋼套筒應采用45號碳鋼制作。鋼套筒外徑為36 mm，總高65 mm。套筒按內徑分為兩個部分，分別為高36 mm的內徑16 mm、高29 mm的內徑是24 mm，兩部分中間用直徑20 mm厚度為5 mm的圓形鋼板進行隔離，并用螺栓擰緊待用。鋼套筒內壁設螺距為4 mm、深度為0.4 mm的梯形螺紋。鋼套筒詳見圖1,圖2。

2.1.2熱電偶

為實時監測和控制膠體在加溫時的實際溫度，試驗采用K型珠式熱電偶置于膠體內，其測溫范圍為-200 ℃～+800 ℃。

2.1.3試件制作

采用某知名國產品牌的粘鋼膠(分為A,B組分)，按粘鋼加固施工工藝，A膠和B膠以3∶1配置充分攪拌灌入鋼套筒后，把直徑12 mm的帶肋鋼筋插入鋼套筒的同時將熱電偶測溫頭插入并固定。共制作48個試件，分為16組，每組3個試件，編號分組后進行加溫試驗，制作完成的試件如圖3所示。

2.2 加溫方案

為考察溫度對粘鋼膠力學性能的影響，16組試件分別按最高溫度25 ℃,50 ℃,75 ℃,100 ℃,125 ℃,150 ℃,175 ℃,200 ℃,225 ℃,250 ℃,275 ℃,280 ℃,290 ℃,300 ℃,325 ℃,350 ℃等進行加熱。加溫過程采用電爐進行加熱，通過熱電偶實時測試粘鋼膠的溫度，達到最高溫度時停止加熱，并使試件在自然環境中恢復至室溫。

2.3 拉拔試驗方案

試件加溫至試驗最高溫度后冷卻至室溫后，采用穿心千斤頂對試件分別進行拉拔試驗，拉拔時采用分級加載方式，記錄拉拔力及鋼筋滑移值。拉拔測試系統如圖4所示。

3 粘鋼膠高溫后力學性能變化規律

以粘鋼膠最大剪應力作為反映力學性能的指標，試驗測得的拉拔力按τ=F/(2πr·h)計算后可得剪應力。最大剪應力與最高加溫溫度關系如圖5所示。需要說明的是：由于能量傳遞的滯后，熱電偶實測粘鋼膠的溫度與加溫方案預設溫度存在一定偏差，但不影響力學性能變化規律的分析；圖5中曲線取每組試件最大剪應力的平均值繪制。

由圖5可以看出：最高加溫溫度275 ℃之前，粘鋼膠的抗剪強度變化不明顯，最大剪應力基本都大于16 MPa，符合規范[5]中關于錨固型快固結構膠性能鑒定標準的要求；最高加溫溫度超過275 ℃后，粘鋼膠抗剪強度出現明顯下降，且下降速率非常大；最高加溫溫度達到290 ℃時，個別試件最大剪應力為0，粘鋼膠抗剪力學性能完全喪失。

因此，275 ℃可作為粘鋼膠高溫后力學性能變化的臨界溫度，對粘鋼加固結構火災后安全鑒定具有指導意義。當粘鋼結構發生火災時，若粘鋼膠受到的實際溫度在275 ℃以下，粘鋼加固結構經火災并冷卻至室溫后，粘鋼構件的粘結能力仍然符合現行規范要求；如果粘鋼膠受到的實際溫度在275 ℃以上，粘鋼加固結構經火災并冷卻至室溫后，結構粘鋼膠的力學性能急劇下降，粘鋼加固構件承載能力大大下降，不能滿足現行規范要求。

4 結語

1)粘鋼膠經高溫作用并恢復至室溫后的力學性能變化規律與以往研究高溫時的力學性能變化規律不同。粘鋼膠溫度小于275 ℃時，力學性能基本不變；粘鋼膠溫度大于275 ℃時，力學性能急劇下降。275 ℃作為粘鋼膠高溫后力學性能變化的臨界溫度，可為粘鋼加固結構火災后安全鑒定提供參考。

2)粘鋼結構過火后，應分析判斷粘鋼膠火災時受到的最高溫度大小，若最高溫度達到275 ℃以上，建議對原粘鋼加固部位進行鑿除處理，并采取重新加固措施，以保證過火粘鋼加固結構的后續使用安全。