盛 志 趙建明 李英浩

(天津城建大學(xué)能源與安全工程學(xué)院,天津 300384)

1 概述

近年來由于國內(nèi)改建、改造的建筑逐年增多，粘鋼加固技術(shù)應(yīng)用也越來越廣泛。在加固工程所用的粘鋼膠中，國內(nèi)外多采用環(huán)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(yōu)良的結(jié)構(gòu)膠種。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)雖然具有較好的抗火性能[1]，但粘鋼膠作為我國主要有機(jī)類建筑加固材料，在經(jīng)歷高溫或火災(zāi)時(shí)的力學(xué)性能受到業(yè)內(nèi)人士質(zhì)疑。

劉長青等[2]開展了火災(zāi)中植筋試件極限承載力試驗(yàn)研究，研究表明：結(jié)構(gòu)膠溫度升高至60 ℃粘結(jié)抗拉強(qiáng)度急劇下降，而溫度升高至45 ℃后粘結(jié)抗剪強(qiáng)度與剪切模量急劇下降。袁廣林等[3]發(fā)現(xiàn)有JGN型有機(jī)膠難以承受200 ℃的高溫，力學(xué)性能會(huì)隨著溫度的升高而降低。劉鑫等[4]發(fā)現(xiàn)梁側(cè)錨鋼加固鋼筋混凝土梁受火時(shí)的受剪承載力、延性和剛度明顯降低。

國內(nèi)外對(duì)于有機(jī)結(jié)構(gòu)膠的研究目前大部分是在常溫下或者火災(zāi)高溫時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)粘鋼膠進(jìn)行力學(xué)性能分析和結(jié)構(gòu)加固方面的研究，卻鮮有對(duì)于火災(zāi)后粘鋼膠力學(xué)性能變化的研究。粘鋼加固構(gòu)件在火災(zāi)過后的承載能力與火災(zāi)發(fā)生時(shí)的承載能力是否一致、溫度對(duì)承載能力的影響如何仍有待驗(yàn)證。基于此，本文開展了高溫靜置后粘鋼試件拉拔試驗(yàn)研究，探討溫度對(duì)粘鋼膠力學(xué)性能的影響。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)材料及試件制作

2.1.1鋼套筒

本研究以粘鋼膠的剪切強(qiáng)度作為反映其力學(xué)性能的主要參量，設(shè)計(jì)制作了48個(gè)規(guī)格相同的鋼套筒。鋼套筒應(yīng)采用45號(hào)碳鋼制作。鋼套筒外徑為36 mm，總高65 mm。套筒按內(nèi)徑分為兩個(gè)部分，分別為高36 mm的內(nèi)徑16 mm、高29 mm的內(nèi)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(jìn)行隔離，并用螺栓擰緊待用。鋼套筒內(nèi)壁設(shè)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制膠體在加溫時(shí)的實(shí)際溫度，試驗(yàn)采用K型珠式熱電偶置于膠體內(nèi)，其測(cè)溫范圍為-200 ℃～+800 ℃。

2.1.3試件制作

采用某知名國產(chǎn)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?jǐn)嚢韫嗳脘撎淄埠?，把直?2 mm的帶肋鋼筋插入鋼套筒的同時(shí)將熱電偶測(cè)溫頭插入并固定。共制作48個(gè)試件，分為16組，每組3個(gè)試件，編號(hào)分組后進(jìn)行加溫試驗(yàn)，制作完成的試件如圖3所示。

2.2 加溫方案

為考察溫度對(duì)粘鋼膠力學(xué)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(jìn)行加熱。加溫過程采用電爐進(jìn)行加熱，通過熱電偶實(shí)時(shí)測(cè)試粘鋼膠的溫度，達(dá)到最高溫度時(shí)停止加熱，并使試件在自然環(huán)境中恢復(fù)至室溫。

2.3 拉拔試驗(yàn)方案

試件加溫至試驗(yàn)最高溫度后冷卻至室溫后，采用穿心千斤頂對(duì)試件分別進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，拉拔時(shí)采用分級(jí)加載方式，記錄拉拔力及鋼筋滑移值。拉拔測(cè)試系統(tǒng)如圖4所示。

3 粘鋼膠高溫后力學(xué)性能變化規(guī)律

以粘鋼膠最大剪應(yīng)力作為反映力學(xué)性能的指標(biāo)，試驗(yàn)測(cè)得的拉拔力按τ=F/(2πr·h)計(jì)算后可得剪應(yīng)力。最大剪應(yīng)力與最高加溫溫度關(guān)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(shí)測(cè)粘鋼膠的溫度與加溫方案預(yù)設(shè)溫度存在一定偏差，但不影響力學(xué)性能變化規(guī)律的分析；圖5中曲線取每組試件最大剪應(yīng)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(qiáng)度變化不明顯，最大剪應(yīng)力基本都大于16 MPa，符合規(guī)范[5]中關(guān)于錨固型快固結(jié)構(gòu)膠性能鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求；最高加溫溫度超過275 ℃后，粘鋼膠抗剪強(qiáng)度出現(xiàn)明顯下降，且下降速率非常大；最高加溫溫度達(dá)到290 ℃時(shí)，個(gè)別試件最大剪應(yīng)力為0，粘鋼膠抗剪力學(xué)性能完全喪失。

因此，275 ℃可作為粘鋼膠高溫后力學(xué)性能變化的臨界溫度，對(duì)粘鋼加固結(jié)構(gòu)火災(zāi)后安全鑒定具有指導(dǎo)意義。當(dāng)粘鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若粘鋼膠受到的實(shí)際溫度在275 ℃以下，粘鋼加固結(jié)構(gòu)經(jīng)火災(zāi)并冷卻至室溫后，粘鋼構(gòu)件的粘結(jié)能力仍然符合現(xiàn)行規(guī)范要求；如果粘鋼膠受到的實(shí)際溫度在275 ℃以上，粘鋼加固結(jié)構(gòu)經(jīng)火災(zāi)并冷卻至室溫后，結(jié)構(gòu)粘鋼膠的力學(xué)性能急劇下降，粘鋼加固構(gòu)件承載能力大大下降，不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

4 結(jié)語

1)粘鋼膠經(jīng)高溫作用并恢復(fù)至室溫后的力學(xué)性能變化規(guī)律與以往研究高溫時(shí)的力學(xué)性能變化規(guī)律不同。粘鋼膠溫度小于275 ℃時(shí)，力學(xué)性能基本不變；粘鋼膠溫度大于275 ℃時(shí)，力學(xué)性能急劇下降。275 ℃作為粘鋼膠高溫后力學(xué)性能變化的臨界溫度，可為粘鋼加固結(jié)構(gòu)火災(zāi)后安全鑒定提供參考。

2)粘鋼結(jié)構(gòu)過火后，應(yīng)分析判斷粘鋼膠火災(zāi)時(shí)受到的最高溫度大小，若最高溫度達(dá)到275 ℃以上，建議對(duì)原粘鋼加固部位進(jìn)行鑿除處理，并采取重新加固措施，以保證過火粘鋼加固結(jié)構(gòu)的后續(xù)使用安全。