水泥基構筑體用結構膠粘劑的研究概述

滕朝暉 馮秀艷2、 張彥鵬 李山峰

（1.山西省建筑材料工業設計研究院有限公司，山西 太原 030000；2.北京建筑材料檢驗研究有限公司，北京 100041；3.山西大地華基建材科技有限公司，山西 臨汾 041500；4.山西華建建筑工程檢測有限公司，山西 太原 030031）

20世紀50～60年代，發達國家已將環氧樹脂膠粘劑（結構膠粘劑的最初形態）用于公路、橋梁、機場跑道等工程的加固修復。隨著建筑行業快速發展，產品不斷更新、品種不斷增加，到70年代，丙烯酸、聚氨酯等多種性能優異的建筑結構膠粘劑開始進入建材市場。我國建筑結構膠粘劑的研究起步較晚，最早于1980年由中科院大連化物所與遼寧省建科所聯合攻關，首次將建筑結構膠粘劑課題立項，并于1983年完成，開啟了我國結構膠粘劑的發展歷程。從發達國家基本建設（大規模新建——新建項目與維修項目——維修改造）的發展歷程來看，我國尚處于新建與維修并重階段，近年來，建筑結構膠粘劑用量呈快速增長趨勢。1990年，中國工程建筑標準化協會標準《混凝土結構加固技術規范》（CECS 25:90）將粘鋼膠加固技術正式納入規范。隨著應用范圍的不斷擴展和技術的不斷進步，該標準于2006年和2013年分別進行了修訂。既有建筑鑒定與加固技術規范、維護系統中對承重結構、建筑構件的連接和固定等有關規范也逐漸得到應用和重視。例如，《風力發電機預應力裝配式塔筒技術規范》（T/CES 5008-2018）、《裝配整體式疊合混凝土結構地下工程防水技術規范》（T/CES 5832-2021）。

建筑結構膠粘劑的廣泛應用，促進了現代建筑的標準化設計、機械化施工、預制構件和建筑構件應用性能保障性功能化的實現。尤其在提高施工效率、提高構件質量、節省工時、節約能源、減少場地污染等方面，一些異型構件的多方案拼合組裝優勢明顯，符合我國“雙碳經濟”“綠色建筑”“現代建筑”的發展理念。因此，建筑用膠粘劑已成為重要的化學建材之一，近年來,我國建筑行業發展迅速，膠粘劑行業也得到了快速發展，產量從2010年的462.8萬噸增至2020年的近700萬噸。據中國膠粘劑工業協會預測，到2025年，我國結構膠粘劑產量將達到1 000萬噸以上。

目前，我國規模性的結構膠粘劑企業已達數百家，如大連凱華、中德新亞、湖南固特邦、浙江精砼科技等。

1 建筑結構膠粘劑的特性及應用優勢

1.1 建筑結構膠粘劑的特性

建筑結構膠粘劑是指應用于膠結各種承受較大荷載的結構構件上的高強度膠種，是一種以高分子為主體的觸變性膠料，一般情況下，甲組份為膏狀物膠粘基礎物，乙組份為固化劑，將甲乙組份按一定比例配制混合均勻后，在23℃±2℃下很快固化成膠膜。建筑結構膠的基本要求:

（1）強度高，投入使用后，剪切強度應不小于18MPa，拉伸強度不小于30MPa，剝離強度不小于25kN/mm。

（2）膠粘劑固化體內聚力大，機械性能優良。其壓縮強度不小于80MPa，拉伸強度不小于25MPa，彈性模量不小于700MPa。

（3）耐化學介質腐蝕，耐老化性能優良。

（4）施工便捷。

（5）價格適中，市場可接受。

1.2 建筑結構膠粘劑的分類

目前，我國建筑結構膠粘劑的發展速度較快，在很多工程領域得到了廣泛應用，根據其應用情況可分為:

（1）粘鋼加固用建筑結構膠粘劑。被粘接的補強材料除了鋼板外，拓展到其他材料如碳纖維、玻璃纖維、芳綸等，早在1978年，遼寧省遼陽化纖總廠變電所大樓的承載梁就采用了粘鋼加固施工方案，在使用過程中未出現工程質量問題。目前，灌注粘接也取得很大進步，被廣泛推廣應用。

（2）錨固（植筋）用建筑結構膠粘劑。目前，在既有建筑加固改造工程中應用工法較為常見的有施工中漏埋鋼筋或鋼筋偏離補救、構筑體加大加寬截面補筋、上部結構擴跨等。

（3）修補用建筑結構膠粘劑。已在工業與民用建筑、道橋、水利乃至軍工領域得到成熟應用和推廣。

（4）裂縫灌縫用材料。廣泛用于工程裂縫注膠修補，配合壓力注漿工藝，可對大型結構貫穿性裂縫和深而曲折裂縫補強注膠修補，也可對砂漿、混凝土、墻板空鼓縫隙等進行加固。

（5）石材粘接劑。用于干掛石材幕墻中石材粘接，對石、木、金屬、混凝土、預制構件、玻璃磚、人造石等的粘貼、自粘和懸掛安裝效果極佳。

1.3 建筑結構膠粘劑的優勢

（1）結構膠粘劑適用于表面特性不同、質地致密、表面光滑的構件之間的粘結，是傳統粘結方法難以解決的。

（2）在實際應用中，由于其耐水、耐磨性好，在物理力學性能上有很大優勢，能滿足工程要求，尤其是對粘結強度要求較高的結構部位。

（3）使用此類膠粘劑加固完成的構件，較焊接、鉚固的構件在接縫處受力均勻，不會產生應力集中，影響質量。

（4）據實際工程應用反饋，采用膠粘劑加固工藝簡單、操作安全、無風險、效率高，可大大縮短工期，節省時間。

（5）根據工程加固要求，可調整膠粘劑的固化速度，固化構件最快24h內即可投入使用，從而極大地擴展了其應用范圍。

2 建筑結構膠粘劑的應用領域

2.1 建筑結構膠粘劑的主要應用領域

（1）各種建筑施工，包括各種類型的混凝土預制構件施工粘接。

（2）室內外裝飾、裝修使用。

（3）各種建筑物的密封使用，包括門窗、大板墻、伸縮縫、接縫、特種建筑等。

（4）建筑物的維修、改造、加固和補強。

（5）各類交通設施和水利工程的加固和維修。

（6）與水泥混合制成各種高性能混凝土。

（7）各種道路標志、大壩滲漏、軍事工程應急維修、帶壓堵漏等。

2.2 建筑結構膠粘劑在加固修復領域的工程應用

建筑加固工程中最重要的是保證安全性和順利投入應用。以前建筑結構膠粘劑主要用于對各種鋼筋混凝土問題梁、柱、板進行加固及鋼筋混凝土建筑件強度、剛度不足引起的開裂、破損等情況解決與改善，近年來更多應用于對建筑物原有結構、構件進行改造、加固補強的工程。

（1）在粘接加固中的應用。建筑結構膠粘劑主要用于連接，將補強用的鋼板、型材或其他補強樹脂（如碳纖維、芳綸、晴綸）粘接在各類混凝土的構件上，如梁、柱、板節點、墻板面、軌道、隧道、拱形頂等，尤其是對帶病使用但又不允許長期停用已修復的工程。

（2）在錨栓筋上的應用。建筑結構膠粘劑作為后鋪助技術中的新型化學膠粘材料，將螺栓、鋼筋、塑料桿和其他埋固用材埋（植）于混凝土、巖石、磚、石材式混合體等基材中，利用建筑結構膠粘劑的粘接強度，使后鋪固件牢牢地埋入基材里，共同抵抗承載力，增強牢固度。

（3）灌注工程應用與修補。可用于外包鋼加固用鋼板與混凝土構件之間灌注粘接，將鋼板與混凝土構件牢固地連成一體，也可用于一般構件中裂紋（不超過1cm）的封堵，使其恢復到原來的設計要求，并有效地防止裂縫繼續擴大。

（4）現場應急救援工程的應用。

（5）粘接修復工程的應用。膠粘劑還可對各類土建筑、老舊建筑（木結構、混凝土破壞結構、石結構、磚結構等）進行粘接修復，也可對被損壞的某一單元構件進行修補修復。

（6）其他工程應用領域。如應急搶險、防水堵漏、密封防潮、防腐蝕等方面的應用。

2.3 建筑密封膠主要用于玻璃與金屬、金屬與金屬、金屬與混凝土、混凝土與混凝土之間的粘接密封

在建筑內外相通的地方都用密封膠密封，如粘結中空玻璃與建筑物間的結構膠，不僅能使玻璃與建筑物緊密粘合牢固，而且在風荷載、重力荷載等外力作用下不受到破壞；耐候膠主要用于玻璃幕墻的接縫密封，它將外界與建筑物之間的通道密封，使建筑物成為封閉的系統，起到節能的效果。密封型膠在中空玻璃中的作用：一是密封兩層玻璃間的氣體，保持中空玻璃的長期節能效果。二是保持中空玻璃結構穩定，不易損壞。

3 建筑結構膠粘劑未來應用領域

建筑結構膠粘劑綜合了化學、力學、材料、結構、光電測試等物理學先進技術的研究成果，未來進行改性處理的結構膠粘劑在某些領域將有加快發展的趨勢。

3.1 在預制裝配式領域的應用

建筑結構膠粘劑應用于預制裝配式建筑，是我國建筑行業提出“綠色、節能”的重要實施手段之一。以預制構件的連接技術和密封技術為研究重點，除橋梁的預制節段拼接外，建筑工程中還存在預制剪力墻、預制外掛墻板、預制內隔墻等多種構件拼接方式。我國的工程建設協會標準《預制節段拼裝用環氧結構膠》有相關技術指標要求。

3.2 在耐久性恢復和清水混凝土保護方面的應用

據不完全統計，我國現有建筑面積近千億平方米，其中，10%以上需要由具有法定資質的單位進行分期鑒定加固和耐久性恢復。結構膠粘劑具有早強、后期強度高、與舊界面粘接強度高等優點，其良好的施工性能可與不同彈性模量、厚薄差異較大、軟質與極硬材料結合體、極小與形狀復雜的各類混凝土牢固粘接。對于清水混凝土，樹脂類產品具有疏水、疏油、自清潔和長期抗腐蝕作用，有效提高建筑物的觀賞性和使用周期。

4 結語

隨著我國各類規范的細化、激勵扶持改革的進一步落地、技術體系的完善、用工成本的提高和各種新材料、新技術的不斷突破，功能化、專業化、高端化的系列結構膠粘劑相繼問世，具有強度高、固化速度快、與各種材料相容性好、綠色環保、使用簡便等特點的結構膠粘劑將得到廣泛應用。需要注意的是：其拓展應用離不開相應配套標準的編制（如：中國散裝水泥推廣發展協會制定的一些具有規范性、專業性、普適性的團體標準），用以規范和統一檢測項目、檢測方法、有著重要指導作用的技術參數，從而確保建筑結構膠粘劑在推廣應用領域健康發展，并推動未來建筑材料的智能化和綠色應用。