结构胶在裂缝加固中的应用.doc

结构胶在裂缝加固中的应用前 言裂缝是固体材料中的一种不连续现象，许多钢筋混凝土形式建筑物在建设过程和使用过程中出现了不同程度、不同形式的裂缝，这是一个相当普遍的现象，也是长期困扰土木技术人员的一项技术难题。 1.裂缝的检查1.1混凝土裂缝的主要类型混凝土裂缝产生的基本原因可以归纳为两大类：一类是荷载变化引起的裂缝，包括施工和使用阶段的静荷载、动荷载；一类是由变形变化引起的裂缝，包括温度、湿度变化、不均匀沉降、沉胀、钢筋锈蚀、化学反应膨胀等。按裂缝产生的机理分，建筑物中常见的裂缝基本类型有：塑性收缩裂缝，沉降收缩裂缝，温度裂缝，干燥收缩裂缝，碳化收缩裂缝，化学反应裂缝，沉陷裂缝，冻胀裂缝，徐变裂缝，凝缩裂缝等。 1.2裂缝观察 包括对所处理裂缝其产生形式、裂缝宽度、裂缝长度、是否贯通、缝内有无异物及裂缝宽度的变化等情况。裂缝末端位置是推断混凝土应力状态的重要参数，一定要仔细观察到看不出裂缝为止。 (1)裂缝宽度：裂缝宽度是判断裂缝对混凝土结构物影响程度的重要参数，应预先查明裂缝宽度是否发展变化，因为它是分析开裂原因、决定修补及加固方法的重要项目。 (2)裂缝位置与分布特征：一般应调查清楚裂缝位于建筑物的第几层，出现在哪类构件(梁、板、柱、墙等)上，裂缝在构件的位置，如梁的两端或跨中，板的顶面或底面等。 (3)裂缝的方向与形状：一般裂缝的方向同主拉应力方向是相互垂直的，因此要注意分清裂缝的方内。要注意区分裂缝的形状是上宽下窄、上窄下宽、两端窄中间宽或宽度变化不大等不同情况，因为由不同的原因导致的裂缝的形状是不同的。 (4)裂缝的深度和长度：检查裂缝的深度主要是区别裂缝是浅表裂缝、保护层裂缝、还是较深的甚至贯穿性裂缝。分析裂缝长度与裂缝开裂原因判断是否与加固修补关系不大，然而根据裂缝的长度可以大致清楚裂缝是局部原因引起的还是较广范围原因引起的。 1.3裂缝的开裂时间 裂缝的开裂时间是判断开裂原因的重要依据，所以必须慎重判断。一般来说，发现裂缝的时间和裂缝的开裂时间是不一致的，因此，必须多方搜集线索，参考裂缝宽度的变化情况记录进行综合分析判断。 1.4裂缝的发展变化 裂缝的发展变化是指裂缝长度、宽度、数量等方面的变化。在对裂缝处理前一定要分清裂缝是活动裂缝还是静止裂缝。 2.混疑土裂缝的处理界限和处理原则 2.1混疑土裂缝的处理界限 国内标准规范的规定： (1)混凝土结构设计规范GB2002规定普通钢筋混凝土结构的裂缝控制等级为三级。允许受拉边缘出现裂缝，构件在开裂状态下工作，但规定了最大裂缝宽度限值，见表1。 表1 我国钢筋混凝土构件最大裂缝宽度限值类 别结构构件所处条件最大裂缝宽度限值（mm）因荷载变化要求控制的裂缝宽度按裂缝出出现设计(不允许出裂缝的工程)不允许出现裂缝屋架、托架的受拉构件0.2烟囱、用于储存松散体的筒仓0.2处于液体压力下而无专门保护措施的0.3处于正常条件下的构件0.3处于严重腐蚀条件下、有防渗要求的纯自防水构件；0.1因持久强度(钢筋不致受腐蚀条件下)要求控制的裂缝宽度处于非高压条件下、有防渗要求的地下工程和屋面工程0.1处于轻微腐蚀条件下，无防渗要求0.2处于正常条件下，无防渗要求0.3(2)工业厂房可靠性鉴定标准GB14490规定可靠性等级划分为四级，将混凝土裂缝作为一个子项鉴定评级， 分为a、b、c、d四级，其中a、b两级不必处理；c级影响安全或影响正常使用，应采取措施；d级危及安全或不能正常 使用，必须处理。受力主筋横向和斜向裂缝宽度按表2评定等级；因主筋锈蚀产生的沿主筋的裂缝宽度按以下要求评定 其等级：a和b级无裂缝，c级裂缝宽度2mm，d级裂缝宽度2mm。 表2 钢筋混凝土结构或构件裂缝宽度评定等级结构或构件的工作条件裂缝宽度（mm）a 级 b 级 c 级 d 级 室内 一般构件 0.4, 0.45, 0.7 正常 屋架、托架 0.2,0.3 ,0.5环境 吊车梁 0.3 , 0.3 ,0.5露天或室内高温环境 0.2 ,0.3 ,0.4(3)危险房屋鉴定标准JGJ 12599规定混凝土构件裂缝有下列现象之一者，应评定为危险点： 梁、板产生超过L/150的挠度，且受拉区裂缝宽度1mm； 简支梁，连续梁跨中部位受拉区产生竖向裂缝，其一侧向上延伸达梁高的2/3以上，且缝宽0.5mm，或在支座附近产生剪切斜裂缝,缝宽0.4mm。 梁、板受力主筋处产生横向水平裂缝和斜裂缝，缝宽1mm，板产生宽度0.4mm的受拉裂缝； 梁、板因主筋锈蚀，产生沿主筋方向的裂缝，缝宽1mm或构件混凝土严重缺损，或混凝土保护层厚度严重脱落、露筋； 现浇板周边产生裂缝，或板底产生交叉裂缝； 预应力梁、板产生竖向通长裂缝或端部混凝土松散露筋,其长度达主筋直径的100倍以上； 受压柱产生竖向裂缝，保护层脱落，主筋外露锈蚀；或一侧产生水平裂缝，缝宽1mm，另一侧混凝土被压碎，主筋外露锈蚀； 墙中间部位产生交叉裂缝，缝宽0.4mm。2.2 混凝土裂缝的处理原则 （1）全面认真的分析裂缝产生的原因以及裂缝的性质，正确区别受力和变形两类不同性质的裂缝。 （2）仔细观察裂缝的变化，寻找裂缝变化规律，以此作为选择处理方法的依据。 （3）选择恰当的时间处理裂缝。若是受力裂缝则应及时进行处理；若是地基变形引起的裂缝则最好持裂缝稳定后再进行处理；温度变形裂缝宜在裂缝最宽时处理。 （4）针对不同的裂缝选择合理的处理方法，既要严格遵循设计和施工规范的有关规定，又要经济合理，切实可行。 （5）裂缝处理后应保证结构原有的承载能力、整体性以及防水抗渗性能。处理时要考虑温度、收缩应力较长时间的影响，以免处理后再出现新的裂缝。 3.结构胶3.1结构胶的应用及合成 我国于80年代开始研制建筑结构胶。起初用建筑结构胶进行加固工程，主要用于高强、快速固定设备地脚螺栓、粘结与混凝土相连接的预埋件、拉结筋及花岗岩装饰片石、大理石壁面，以及修补飞机跑道、堵漏等，而现在则主要用于已损失或未损失钢筋混凝土结构的维护、加固以及特殊建筑物结构、桥桩的基础施工、高层建筑及公路桥的加固维护等。以高分子合成材料为主要成分的建筑胶粘剂，主要的一类是环氧树脂粘胶剂。环氧树脂具有固化后内聚力很大，粘接强度高的特点。环氧树脂带醚键，组分之间排列紧密，铰链密度大，故耐介质性好。环氧树脂与很多橡胶与热塑性树脂相容性好，可改变其脆性大的缺陷，环氧树脂还具有较好的混合性、涂刷性、浸润性、渗透性。只需接触压力即可固化，在固化剂选用适当的条件下它可在室温、低温、潮湿或水下环境中固化，能满足各种优良性能，符合混凝土结构用胶强度高、粘接力强、耐老化、弹性模量高、线膨胀系数小，具有一定弹性的要求。建筑结构环氧树脂胶的配方基本原料有促进剂、增韧剂、稀释剂、偶联剂、固化剂及填料等。由于它主要用于混凝土结构的维护加固。并受施工条件和固化后外界环境影响较大，因而更强调其在室温或较复杂环境下固化、耐老化、耐介质、强度稳定性等问题。因此其配方设计的条件和各项技术指标与一般的高分子粘胶剂有所不同。 （1）环氧树脂：环氧树脂品种较多，常用的环氧树脂有E-51、E-44、E-42、E-33等。E-51，E-44环氧树脂在常温下是液体，因此更多地被采用作为建筑结构胶的主流。 （2）固化剂；固化剂是环氧树脂的重要组成部分，种类也比较多。符合常温固化要求的固化剂有胺类固化剂（如一二胺、三乙烯四胺等）、部分改性胺类固化剂（如593固化剂等）。 （3）增韧剂：增韧剂可改善环氧树脂的脆性、提高抗剥离强度。增韧剂分为活性和非活性两类。活性增韧剂参与固化反应，增韧效果显著，一般被用作环氧树脂的增韧剂，常用的增韧剂有聚硫橡胶、液体丁晴橡胶等。 （4）稀释剂：稀释剂具有降低胶粘剂的粘度、改善工艺性能、增加被粘物的浸润性，从而提高粘接强度的作用。稀释剂分为活性和非活性两类。由于活性稀释剂参与固化反应，适量掺入不会影响结构胶的性能，因此较多地被采用。 （5）填料：填料不仅可以降低成本、还可以改善胶粘剂的许多性能。如热膨胀系数、固化收缩率和耐磨性等。表3是部分常用填料的种类、用量及作用。表3 常用填料种类、用量及作用种 类用 量作 用石英粉、刚玉粉40-100提高硬度、降低收缩率和热涨系数二硫化钼、石墨30-80提高耐磨性和润滑性碳酸钙、水泥25-100降低成本及固化收缩率白碳黑10 提高触变性、改善流淌性此外根据需要可适量加入偶联剂、促进剂和阻燃剂等。3.2建筑结构胶粘剂的发展趋势 虽然现有的建筑结构胶粘剂种类已不少，也能满足一般工程的修复加固的基本要求，但对于一些要求较高或具有特殊情况的工程，现有的建筑结构胶粘剂在某些性能方面就显得不足，因此开发具有高性能或具有某些特殊性能的新型建筑结构胶粘剂就成为当务之急。今后建筑结构胶粘剂将会向功能化、高性能化、绿色环保化的方向发展。 4.常用的结构胶加固裂缝的方法4.1灌浆法 将裂缝构成一个密闭性空腔，有控制的预留出口，借助专用压力灌浆泵将泵液压入缝隙并使之填满。灌浆施工工艺流程如下：裂缝处理埋设灌浆嘴(管)封缝密封检查配制浆液灌浆封口结束检查。 表面处理时对于小于0.3mm的裂缝，用钢丝刷等工具，清除裂缝表面的灰尘、砂浆、松散层等污物；然后用毛刷蘸甲苯、酒精等有机溶液，沿裂缝两侧20- 30 mm处擦洗干净保持干燥。对于宽度大于0.3mm的裂缝，沿缝用钢钎凿成“V”形槽。凿槽时先沿裂缝打开，再向两侧加宽，凿完后用钢丝刷及压缩空气将混凝土碎屑粉尘清除干净。 在裂缝交叉处、较宽处、端部以及裂缝贯穿处，均埋设强浆嘴(管)。其间距当缝宽小于1mm时为350mm 500mm；当缝度大于1mm时，为5001000mm，在一条裂缝上必须有进浆嘴、排气嘴、出浆嘴。埋设时，先在灌浆嘴(管)的底盘上抹一层厚约1mm的环氧胶泥，将灌浆嘴的进浆孔骑缝粘贴在预定的位置上。封缝根据不同裂缝情况及灌浆要求确定。常用的封缝方法有环氧树脂胶泥封缝和水泥砂浆封缝。4.2粘钢加固法 粘钢是将承载力满足不了设计要求的钢筋混凝土构件用结构胶粘贴钢板而提高构件承载力的一种方法。粘钢加固法工艺流程:表面处理配胶泥粘钢固定及加压检验防腐处理罩面。表面处理包括加固构件结构面处理及钢板贴合面处理，此道是最关键的工序。粘钢板前宜对构件适量进行卸荷。 胶泥配好后，涂抹在已处理好的混凝土表面和钢板贴合面，刮抹后，再添抹至所需厚度，钢板粘贴后检查无空洞， 否则拆下重新粘贴。钢板粘贴好后立即用卡具、支撑或膨胀螺栓等固定，并适当加压至钢板边缘挤出胶泥。 5.结语目前，我国20世纪60、70年代以前及20世纪80年代中期修建的大批民用与工业建筑正处在维护、加固时期。快速、优质、安全、方便的新品种结构胶将在钢筋混凝土建筑结构的维护、改造与加固工程中发挥重要的作用，具有较大的市场潜力。 参考文献【1】国振喜主编.混凝土结构工程施工及验收手册.冶金工业出版社，1995. 【2】Crace N F .Sayed G A.Strengthening reilifbrced concrete beams using fiber reinforced polymer(FRP) LaminatesJ