摘要：植筋技术是加固钢筋混凝土结构的一种广泛使用方法，为了测试工程中植筋胶在高温后的安全性能，对３种常用植筋胶分别在２５，６０，１００，１６０和２６０°Ｃ恒温加载自然冷却后的黏结力学性能开展试验研究。
关键词：植筋胶；高温后；黏结强度；残余承载力
由于施工质量不满足设计和规范要求以及改变建筑使用功能等，因此需要对原有混凝土结构进行加固、改造、维护的工作也相伴而来。近年来，随着新材料、新技术、新成果等在加固领域的应用，加固的方法和手段也越来越多样化，植筋技术即是一种广泛使用的加固钢筋混凝土结构的方法。
一、慨况
植筋是指在已有结构上钻孔、注胶、插入钢筋，待胶体固化后使钢筋锚固在结构中的一种技术。植筋锚固技术具有施工便捷、工艺简单、适应性好、节省工期、可靠灵活等特点，在采矿、公路及铁路桥梁、水利、建筑等领域的结构加固、改造、补漏（漏放钢筋）及建筑加层等工程中得到广泛应用，例如用于混凝土构件中钢筋、螺栓的后锚固，幕墙支架的固定，各种设备基础的固定，钢结构与混凝土结构的锚固连接，铁路、公路、桥梁、水利改扩建工程加固，广告牌、隧道管线、高架道路隔音板和护栏支架安装等。最近20多年来，植筋锚固技术在我国有了大量的应用，开展了较多研究，形成了系列的产品和成套的技术，并在相关标准、规范得到体现。已有的研究成果涉及植筋锚固技术的各个方面，例如不同的荷载形式、不同的基材环境、群锚效应、耐久性等，既有混凝土植筋粘结锚固基本原理的探索，也有大量的工程案例研究。市场上植筋胶的品牌很多，生产商多以提供锚固长度、植筋的间距、边距、基材的强度等参数指标、构造措施及施工工艺要求来指导工程应用，使用方则通过现场抽样试验来检验产品的承载能力。现有的研究成果都是针对某一特定产品进行的，或仅对不同试验结果的宏观分析，缺乏对不同厂家、不同品牌之间的具体比较，缺少对不同植筋胶产品粘结受力性能普遍规律的研究。
二、试验
1.材料的制备。试样取自市场占有率较高且较易获取的３个品牌的植筋胶，分别是：慧鱼ＦＩＳＶ３６０Ｓ（植筋胶Ａ），悍马ＨＭ－５００（植筋胶Ｂ）和喜利得ＨＩＴ－ＲＥ５００（植筋胶Ｃ）．ＦＩＳＶ３６０Ｓ为混合型高强乙烯基甲基丙烯酯树脂，双塑料管包装，其中组分Ａ为乙烯树脂和高强水泥砂浆混合物，不含苯乙烯，无异味；组分Ｂ为固化剂加水，固化剂为过氧及双苯甲酰．基材Ａ和固化剂Ｂ的体积比为５∶１．在２１～３０℃时，其固化时间为４５ｍｉｎ，固化后的胶体为灰色类混凝土状材料．ＨＭ－５００为双塑料管包装的改性环氧式注射植筋胶，基材和固化剂的体积比为２∶１．通过改性使其保持了环氧树脂的优越性能，大大提高了胶体的固化时间和低温下的固化性能，固化后的胶体均为暗红色类似玻璃状材料．胶体的劈裂抗拉强度为１２．８ＭＰａ，抗弯强度为７０．４ＭＰａ，抗压强度为８７．５ＭＰａ．ＨＩＴ－ＲＥ５００为双酚Ａ改性环氧树脂．双塑料管包装的改性环氧式注射植筋胶，不含苯乙烯及乙二胺，无异味．在２０～３０℃时其固化时间为３０ｍｉｎ，完全固化时间为６ｈ，固化后的胶体为鲜红色类玻璃状材料．胶体的劈裂抗拉强度为１４．６ＭＰａ，抗弯强度为７５．７ＭＰａ，抗压强度为１０８．３ＭＰａ．
2.高温后植筋胶黏结力学性能试验。（1）试件制作。试验依据混凝土结构加固设计规范ＧＢ５０３６７中富填料黏结材料拉伸抗剪强度测定方法（钢套筒法）制作试件．试件由植筋胶、直径为１２ｍｍ的Ⅱ级ＨＲＢ３３５带肋钢筋和专用钢套筒组成，如图１所示。钢筒采用４５号碳钢，一端内径１６ｍｍ，用于植入钢筋，钢筋植入深度３６ｍｍ；另一端内径２４ｍｍ，用于旋入螺杆将试件固定在试验机上．套筒内壁有螺距为０．４ｍｍ、深度为４ｍｍ的梯形螺纹．（2）加载装置。试验加载装置采用同济大学结构抗火实验室的微机控制电液伺服万能试验机以及电阻炉．其中升温设备采用上海意丰电炉有限公司生产的箱式电阻炉，额定电压２２０Ｖ，额定功率６．３ｋＷ，额定温度１２００℃，最大工作电流为３０Ａ（3）试验过程。３种试件选用２５，６０，１００，１６０和２６０°Ｃ共５种温度，每种温度做５个试件．试验过程中，保持环境温度为２５°Ｃ．为确定植筋锚固试件内部升温时间，前期进行了植筋试件恒温加载试验，在试件内部插入热点偶，每隔１０ｓ记录下试件内部温度，确定升温曲线及特定温度点的恒温时间．当到达恒温时间时，打开电炉，让试件自然冷却．进行拉拔试验，加载制度为２００Ｎ·ｓ－１，万能试验机自动记录试件承受的拉拔力及滑移量．
图１试验试件的形状和尺寸
三、结果与讨论
1.残余承载力。残余承载力ＲＢＣ（ｒｅｓｉｄｕａｌｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ）被定义为高温后与常温状态植筋胶的强度差与常温状态植筋胶的强度比值，可以表达为
（1）
式中：τａｆｔｅｒ为高温后植筋胶的强度，ＭＰａ；τａｍｂｉｅｎｔ为常温状态植筋胶的强度，ＭＰａ．假设黏聚力在植筋方向为均匀分布的，植筋胶的黏聚强度可以表达为
（2）
式中：τｔ为胶体黏聚强度，ＭＰａ；Ｐ为最大承载力，Ｎ；π为圆周系数；Ｄ为钢套筒的内径，ｍｍ；Ｌ为植筋长度，ｍｍ；０．８为均匀化系数．参数Ｄ取１６ｍｍ，Ｌ取３６ｍｍ．根据公式（２），黏聚强度仅仅由最大承载力Ｐ决定．
2. 温度效应。慧鱼ＦＩＳＶ３６０Ｓ（植筋胶Ａ）的固化温度范围是５～４０℃，使用环境温度范围是－４０～１２０℃；悍马ＨＭ－５００（植筋胶Ｂ）的固化温度范围是－５～３０℃，使用环境温度范围是－５～１２０℃；喜利得ＨＩＴ－ＲＥ５００（植筋胶Ｃ）的固化温度范围是５～４０℃，使用环境温度范围是－４０～７０℃．３种植筋胶的固化温度范围和使用环境温度范围均在其玻璃转化温度（１８０．４３，１３７．５４和６９．３４℃）范围内．但是为了考察植筋胶在玻化点的力学特性，考察工况可高于玻璃转化温度．从不同植筋胶在不同高温冷却后的力－滑移曲线（图2）中可以看出不同温度下植筋胶的最大承载力（曲线峰值）和对温度的敏感程度（曲线切线）．
图2力－滑移曲线
图 3强度、滑移模型
对于植筋胶Ａ，当加载温度低于玻璃转化温度（１８０．４３℃）时，
强度随着温度的升高降低，即２５，６０，１００和１６０℃高温后，其平均黏聚力分别为２１．１８，１６．４３，１１．７５和６．０６ｋＮ；而当加载温度超过玻璃转化温度（１８０．４３℃）为２６０℃时，其平均黏聚力为１０．６０ｋＮ。
3. 力、滑移模型。根据强度、滑移（τ－Ｓ）模型曲线可以看出，高温后植筋胶的力学性能可以归结为三段式或者四段式模型．
图3中，τｂ为屈服应力，τｓ为材料强度，τｄ为残余强度．当植筋胶的最大黏结力Ｐａｄｈｅｓｉｖｅ小于钢筋的最大黏结力Ｐｒｅｂａｒ时，力－滑移曲线拟合为三阶段模型：黏结，屈服和失效．三阶段模型可以表达为
（3）
式中：Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ２，Ｂ３和Ｃ２为拟合参数．当Ｐａｄｈｅｓｉｖｅ大于钢筋的最大黏结力Ｐｒｅｂａｒ时，力－滑移曲线拟合为四阶段模型：黏结，强化，屈服和失效．四阶段模型可以表达为非常明显，四阶段模型比三阶段模型多了一个屈服强化阶段，这是由钢筋的屈服强化造成的．
国内外对植筋胶在常温和高温时力学性能开展了研究，对高温后植筋胶性能研究，处于起步阶段．研究中存在材料选取单一，机理分析不透彻的问题，对于植筋在经历不同高温后力学性能的退化规律也未有较成熟的理论．
参考文献：
［1］许鑫．建筑物改造植筋锚固技术应用中的若干问题［J］．工业建筑，2016，33（5）：86－87．
［2］李浩．快凝无机植筋胶栓试验研究［J］．湖南大学学报（自然科学版），2016，41（4）：61－65．
论文作者:张一雪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：植筋论文; 强度论文; 温度论文; 锚固论文; 钢筋论文; 胶体论文; 高温论文; 《基层建设》2019年第15期论文;