李明，吉小偉

（廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司，廣東 廣州 510530）

0 概述

建筑結構膠施工便捷、強度高，膠體破壞遲于結構破壞，有良好的工程價值。為保證工程質量，住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布了GB 50367—2013《混凝土結構加固設計規(guī)范》、GB 50550—2010《建筑結構加固工程施工質量驗收規(guī)范》、GB 50728—2011《工程結構加固材料安全性鑒定技術規(guī)范》，并將這3個標準中涉及建筑結構膠的全部條目都規(guī)定成為強制性條文，必須嚴格執(zhí)行，強制建筑結構膠進場施工前檢測、鑒定。這3個標準規(guī)定了檢測項目、檢測方法，但建筑結構膠生產廠眾多，成分及比例復雜多變，導致相同的步驟中可能出現不同的問題。而檢測方法只規(guī)定了操作步驟，未指出這些步驟中可能遇到的問題及應對方案。例如：（1）方法規(guī)定了實驗室的溫度，而未指出部分膠粘劑單次攪拌超過一定容量時，迅速放熱固化，根本來不及成型；只有每次少量攪拌，或者使用氣動泵、自動混合器，才能成型（此時不考慮抽不抽真空對結果的影響）。（2）方法對攪拌機的扭矩、容器的旋緊定位、攪拌的速率、時間沒有統(tǒng)一規(guī)定，粘稠膠低速下無法攪拌均勻，稀薄膠高速下攪入大量氣泡。（3）方法對抽真空的時間、防溢出措施未作規(guī)定，未提及部分膠抽真空過程中可能膨脹10倍、溢出、污染設備，也未提及高粘度的膠即使抽真空，內部也會留下蜂窩等。

1 涉及的檢測項目

本文主要涉及 GB 50367—2013、GB 50550—2010、GB 50728—2011等標準規(guī)定的拉伸、抗彎、抗壓、劈裂、鋼-鋼粘結抗拉、鋼-混凝土正拉粘結、拉伸抗剪等檢測項目。

拉伸強度表征膠體內聚強度，若膠體內聚強度低于構件內聚強度，則破壞時膠體先破壞，不足以保障結構安全?？箯潖姸缺碚鞔嘈?，凡抗彎破壞為脆性破壞，則后續(xù)檢測無意義。脆性破壞的特征是[1]：膠體或斷成多節(jié)，或沿試件縱向很長裂口，無論是2種特征中的哪種，破壞碎片難以拼合成原狀?？箟簭姸葘χ步钅z特別重要，抗壓強度高，植筋膠錨固效果好；但抗壓強度高，韌性就低。劈裂強度表征膠體承受集中荷載的能力，膠體承受集中荷載的常見情形有：（1）植筋；（2）外粘型鋼時用加厚鋼板。鋼-鋼粘結抗拉一方面表征膠液對鋼的浸潤能力；另一方面表征膠對鋼的粘附力能否高于膠的內聚力。無論是浸潤能力不佳，還是粘附力低于內聚力，都不足以保障結構安全。 鋼-混凝土正拉粘結表征膠與混凝土粘附強度、混凝土內聚強度的關系。前者遠大于后者，因此鋼-混凝土正拉粘結檢測必須是混凝土內聚破壞，且鋼-混凝土正拉粘結強度不應低于混凝土軸心抗拉強度標準值，以保安全。拉伸抗剪表征膠體受拉伸和剪切復合荷載時的性能。

2 干擾因素分析

2.1 溫度帶來干擾

建筑結構膠檢測中的制樣、養(yǎng)護溫度是（23±2）℃，但此過程中，非環(huán)境調節(jié)因素也會引起膠液溫度變化。經筆者和同事測試，存在以下現象：（1）真空脫泡2 min后，膠液溫度普遍下降1～2℃，該結果也與真空泵的功率、真空桶的容積有關；（2）單次攪拌超過500 mL并晾置10 min，膠液溫度普遍上升3～10℃，該結果在標準玻璃燒杯中測得，如果以15 cm培養(yǎng)皿攤薄，膠液溫度上升不超過3℃；（3）個別品種如橋梁專用粘鋼膠反應異常迅速，單次攪拌超過500 mL晾置2～3 min可達該升溫效果。

因此，同一樣品若2次試驗的脫泡、晾置操作不同，則2次檢驗結果會有偏差。

2.2 攪拌帶來干擾

（1）攪拌時間對結果有干擾。①攪拌時間短，成分分散不均勻，性能偏低。②攪拌時間長，膠液已反應至發(fā)粘起絲，澆鑄體有應力集中，而粘結體則不但有應力集中，還有浸潤能力下降。

（2）攪拌速率對結果有干擾。①攪拌速率低，需要更長時間才能使成分分散均勻。②攪拌速率高，大量空氣混入，需要更長時間才能脫泡。更重要的是過于激烈的機械作用會導致凝膠、破乳。③建筑結構膠通常含觸變劑，觸變后的膠液粘度暫時降低。

因此，同一樣品若2次試驗的攪拌時間、攪拌速率不同，則2次檢驗的結果會有偏差。

參考膠粘劑研發(fā)過程中的分散環(huán)節(jié)[2]，當使用真空攪拌機攪拌建筑結構膠時，攪拌速率為90～120 r/min，以使成分分散均勻。當使用非真空攪拌機時，對速率不作要求。

2.3 脫泡方式帶來干擾

氣泡集中處應力集中，試件受力時首先從最薄弱處也就是氣泡集中處破壞，性能偏低。脫泡方式對結果有干擾。靜置脫泡、振動脫泡不可取。由于膠液粘度和流動阻力，肉眼不可見的微小氣泡所受到的浮力不足以使之浮到液氣界面。因此以真空脫泡為佳。但用于測定固體含量的膠液不得使用真空脫泡。如能以真空攪拌機邊攪拌邊脫泡，則攪拌過程無新空氣混入，可使用高速攪拌（不得超過120 r/min），使成分分散更均勻。

根據筆者和同事的經驗，建筑結構膠抽真空時，膠液至少膨脹5倍，部分廠商的個別型號可膨脹10倍，因此，單次抽真空的建筑結構膠宜限定在真空桶容積的1/10。

2.4 操作時間帶來干擾

建筑結構膠成型的操作時間分布于下述環(huán)節(jié)：攪拌、脫泡、澆鑄或粘結、夾持及刮去溢膠。其中，澆鑄或粘結所占時間最長：小粘度膠需緩慢倒入模具以免混入氣泡，大粘度膠需以工具緩慢壓入模具以免缺失長條棱角；粘結性能試件需撒布玻璃珠控制膠層厚度，避免粘結層過薄缺膠，也避免粘結層過厚引起應力集中。

上述環(huán)節(jié)自身需要時間，而且上述環(huán)節(jié)還有附加的時間消耗，即：在膠液固化前及時清潔受溢膠污染的設備、工具。在上述操作過程中，成型1個檢測項目所需的5～15個試件普遍需要10～15 min。有可能首個試件和末個試件的膠液狀態(tài)已經不同，足以影響檢測結果的變化。因此，應對各個步驟限定時間。

2.5 模具帶來干擾

鋼模具脫模較困難（即使使用脫模劑）、沉重不易操作，常常在拆模時把樣條拆碎，被迫重新成型；硅橡膠模具有彈性，澆鑄的樣條尺寸不規(guī)整，且不是剛性模具，膠液中的分子交聯不密實，因此兩者皆不佳。近年來筆者和同事自行開發(fā)了一套模具（見圖1），配合薄膜使用，兼有鋼模具和硅橡膠模具的優(yōu)點而無兩者缺點。圖2為自制模具澆鑄的樣條。

此外，自制模具還可用于鋼套筒法測試拉伸抗剪性能（見圖 3、圖 4）。

圖1 自制模具

圖2 自制模具澆鑄的樣條

圖3 自制模具插入套筒和鋼筋前

圖4 自制模具中鋼筋外表面和套筒內表面的平行度較好

2.6 基材帶來干擾

基材干擾包括粗糙度干擾和材質干擾。

（1）粗糙度干擾：膠粘面的粗糙度對建筑結構膠的浸潤性有影響。而浸潤性在某些檢測項目中對檢測結果有高達33%和34%的影響[3]，經筆者和同事測試[4]，某品牌型號粘鋼膠拉伸抗剪的檢測中，鋼片打磨時，一組試件的破壞荷載最大值和最小值相差可達500 N。鋼片噴砂時，一組試件的破壞荷載最大值和最小值相差70 N。如果使用噴砂打磨，打磨后應當用丙酮棉簽擦拭表面，并且在打磨后20 min內完成膠粘和固定，以免基材表面形成氧化膜。噴砂機宜配置特大氣缸的空氣壓縮機，確保能以0.4 MPa持續(xù)噴砂5～10 min。

（2）材質干擾：現行GB/T 7124—2008規(guī)定拉伸抗剪的基材為剛性材料，但未規(guī)定具體材料。為在檢測中與施工條件一致，可使用鋼片45#碳鋼；不需要與施工條件一致時，可使用錳鋼。但錳鋼硬度高，對錳鋼噴砂不使用棕剛玉，而使用鋼砂。但鋼片模量越大，鋼片越厚，相同的膠層面積下，抗剪強度越大[5]。這是高彈性模量金屬對膠層的拘束強化作用引起的。根據筆者和同事檢測經驗，符合GB/T 7124—2008所規(guī)定厚度的45#碳鋼拉伸剪切之后必定變形，不宜重復使用。

（3）膠粘面積干擾：影響拉伸抗剪不確定度的最大因素是粘結面積[6]。

2.7 膠粘面厚度控制方法造成干擾

標準規(guī)定拉伸抗剪等試件，用直徑0.20 mm的金屬絲或玻璃微珠控制膠粘面厚度。筆者習慣采用實心玻璃微珠。玻璃微珠的干擾分以下2點討論：

（1）玻璃微珠的粒徑是否均勻以及玻璃微珠在粘結面是否撒布均勻對檢測結果有干擾。粒徑大小不一或撒布不均勻都會造成粘結體翹曲，上機測試時產生剝離力。

（2）撒布玻璃微珠的數量對建筑結構膠檢測結果是否有干擾，以及干擾程度目前學術界尚無論證。這是因為直接在建筑結構膠中撒布玻璃珠而沒有進行液-珠界面改性，與在環(huán)氧樹脂中撒布玻璃珠，并進行液-珠界面改性的結果是完全不同的。

對玻璃微珠增強環(huán)氧樹脂復合材料的研究表明，添加Φ0.20 mm玻璃微珠并對膠液-玻璃微珠界面進行改性后，膠體受拉時，裂紋不以二維平面擴展，且玻璃珠的比表面積大，提高了界面破壞能量，因此隨著玻璃微珠用量的增多，拉伸強度、剪切強度等性能呈現先升后降的特點。這方面的具體成果較多，本文不贅述。

但是，無論有無論據表明撒布玻璃珠對檢測結果是否有干擾，也應防止可能造成的干擾。因此，筆者和同事只撒布滿足最小必需量的玻璃珠，建議嚴禁撒布過量玻璃珠。檢測結果表明，膠粘層面積為A時，撒布（10%～15%）A顆的實心玻璃微珠已經足夠保證膠粘層均勻、試件不翹曲。因此，我們建議：檢測建筑結構膠時，撒布玻璃珠的數量宜為（10%～15%）A顆。

2.8 未作預加載造成干擾

凡是試件上機夾持時可能受彎的試驗，例如鋼絞線、建筑結構膠拉伸強度澆鑄體都必須進行預加載。預加載是為了測量變形，一般對力值沒有影響。拉伸性能的試件不做預加載，對伸長率有干擾。預加的荷載通常是估計破壞荷載的5%左右。

2.9 接觸式引伸計造成干擾

引伸計是萬能力學試驗機的附件，它以傳感器測量試件上的2點間距離的變化。由于接觸式引伸計需要將引伸計固定在試件上，造成應力；而試件破壞時從薄弱處和應力集中處破壞，因此，接觸式引伸計對試驗結果有一定影響。進行拉伸性能上機時，是兩段式上機：試件帶引伸計受拉，得到平直曲線，足以測出拉伸彈模時，迅速取下引伸計，以免試件拉斷時的振動損壞引伸計（測試的前半段）。取引伸計的過程試驗不中斷，膠體繼續(xù)受拉（測試的后半段）。拉斷后，測量伸長量。

雖然后半段試驗中，試件不帶引伸計，但是膠體表面缺陷和應力集中已經造成，因此測得的斷裂伸長率離散較大，筆者的經驗是，一組試件斷裂伸長率最大值和最小值相差可達5倍。由于非接觸式引伸計的價格足以購買一臺萬能試驗機，筆者和同事外審時，發(fā)現部分檢測站仍使用接觸式引伸計。

2.10 統(tǒng)計干擾

一組試件測出單個值之后，需要統(tǒng)計其標準值，對有置信水平和保證率的計算而言，在使用Excel軟件進行計算時，容易誤用函數。以植筋膠的拉伸抗剪為例，GB 50367—2013中4.4.2規(guī)定：承重結構用的膠粘劑，必須進行拉伸抗剪強度檢驗。檢測時，其拉伸抗剪強度標準值應根據置信水平為0.90、保證率為95%的要求確定。

由于GB 50367—2013規(guī)定植筋膠的試件不少于15個，當恰好為15個時，從GB/T 50728—2011附錄B中查“材料強度標準值計算系數 k值表”，查得：α=0.05、C=0.90、n=15時，k=2.329。此時，fk=mf-ks=mf-2.329s，其中mf為強度平均值，s為強度標準差。由于15個試件是小樣品，故其Excel函數是STDEV，而不是用于大樣品標準差計算的函數STDE。因此，fk=mf-2.329*STDEV。

3 消除上述干擾因素的方案

（1）混合A、B組分時，應先取小粘度組分，再以漏斗添加大粘度組分。優(yōu)先選擇數顯調速、計時的真空攪拌機攪拌。當使用真空攪拌機時，膠液體積不超過真空攪拌杯容量的1/10，攪拌速率為90～120 r/min。攪拌、脫泡后，完成整組試件澆鑄或膠粘前，膠液應在培養(yǎng)皿攤薄。

（2）成型1組5～15個試件的時間分配宜為：攪拌1～2min、脫泡1～2 min、膠粘或澆鑄5～10 min、夾持≤1 min。當使用真空攪拌機時，攪拌2～4 min，不需另行脫泡。上述時間越短越好。

（3）攪拌、脫泡、膠粘或澆鑄、夾持過程中，推薦2人操作，但不作強制，助手負責清理設備、工具上的溢膠。膠粘前，應大致估計涂膠量，避免溢膠較多。粘結體試件溢膠較少時，不需要刮除溢膠。當溢膠較多時，如果是拉伸抗剪試件，則要求刮除溢膠，但應該快速、小心操作，避免擾動。刮除溢膠時，只需大致刮除，不需要徹底刮除。固化后嚴禁刮除。

（4）澆鑄體成型不得使用彈性模具。

（5）鋼片打磨后應當用丙酮棉簽擦拭表面，并且在打磨后20 min內完成膠粘和固定；45#碳鋼拉伸剪切之后不宜重復使用。膠粘和固定時必須使用夾具，嚴格控制膠粘面積。

（6）膠層厚度可用實心玻璃微珠控制，微珠應預先篩分。膠粘層面積為A時，撒布玻璃珠數量宜為（10%～15%）A顆。

（7）拉伸性能的試件上機時應預加載，推薦使用非接觸式引伸計。

（8）計算結果時，應注意大樣本和小樣本計算公式的區(qū)別。

此外，筆者順便提及對建筑結構膠行業(yè)統(tǒng)一包裝的必要性：在幕墻用膠粘劑行業(yè)，幕墻硅酮膠（幕墻耐候膠、幕墻結構膠）使用統(tǒng)一的條狀軟包裝，以槍式手動注射器施工。實驗室所測得的力值與施工實踐的力值接近。而在建筑結構膠行業(yè)，當前建筑結構膠的包裝并無統(tǒng)一規(guī)定，有25 L大鐵罐，也有仿硅酮膠的條狀軟包裝，也有仿注射器式包裝。其中，槍式或注射器式包裝（A、B組分分開）在出廠前先經過抽真空步驟，在使用時，提供專用的槍、混合器，一經注射，A、B組分已經自行混合均勻且無氣泡。這種做法使實驗室所測得的力值與施工實踐的力值接近，檢測結果對工程實踐更具指導意義。而散裝膠（大鐵罐裝）由于實驗室的工藝普遍優(yōu)于工地的工藝，例如實驗室對溫度、攪拌、脫泡、操作實踐、厚度控制等環(huán)節(jié)的工藝控制，使得實驗室所測得的力值普遍高于施工實踐的力值。因此，建筑結構膠行業(yè)有必要統(tǒng)一包裝、槍、混合器。

4 結語

建筑結構膠生產廠家較多，成分多種多樣，檢測過程情況多變。當標準對試驗方法未作詳細規(guī)定，檢測員又經驗不足時，易造成較大的結果偏差。依照既定方案應對各種干擾，加以消除，有利于提高檢測結果的可靠性。