姚淑芳，李強(qiáng)，駱亞麗，楊陽(yáng)，馬鳳淑，曾兵

（中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，國(guó)家化學(xué)建筑材料測(cè)試中心，北京 100013）

1 標(biāo)準(zhǔn)制訂背景與意義

預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)興起于19世紀(jì)末的法國(guó)，20世紀(jì)50年代，世界上第一座預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁美國(guó)紐約州Shelton橋建成。這項(xiàng)技術(shù)能夠滿足構(gòu)件的裝配式生產(chǎn)工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化及快速化施工的要求，同時(shí)又具有安全、經(jīng)濟(jì)、對(duì)周圍環(huán)境干擾少和施工質(zhì)量易控制等優(yōu)點(diǎn)[1]。隨著體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)80年代，預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)在美國(guó)和歐洲得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)起步較晚，工程應(yīng)用最早是1990年建成的福建洪塘大橋，此后分別建成蘇通長(zhǎng)江大橋和廈門集美大橋等。目前，預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)已較為廣泛的應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、橋梁道路、地下結(jié)構(gòu)、市政基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域[1-3]。預(yù)制節(jié)段間的接縫形式可分為3種：干接縫、濕接縫和膠接縫，美國(guó)AASHTO《節(jié)段式混凝土橋梁設(shè)計(jì)與施工指南》認(rèn)為，干接縫由于不能為后張預(yù)應(yīng)力筋提供有效的耐久性防護(hù)而被禁止使用，環(huán)氧膠接縫由于在各類腐蝕性介質(zhì)中均能表現(xiàn)出很好的耐久性能，而被認(rèn)為具有更強(qiáng)的適應(yīng)性[4-5]。膠接縫拼裝技術(shù)是在2個(gè)節(jié)段之間填充環(huán)氧膠粘劑，該膠粘劑主要起到潤(rùn)滑、鉚栓、防水和快速拼裝的作用[6]。各節(jié)段之間的接縫是整個(gè)節(jié)段預(yù)制構(gòu)件的關(guān)鍵受力部位，也是整個(gè)構(gòu)件中最薄弱的部位，節(jié)段用膠粘劑是節(jié)段拼裝膠接縫的關(guān)鍵粘接材料，其性能直接影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命。

作為應(yīng)用于工業(yè)化建筑領(lǐng)域的環(huán)氧樹脂類產(chǎn)品，國(guó)外僅有FIP/9/2/1978針對(duì)環(huán)氧膠粘劑在節(jié)段構(gòu)造中的應(yīng)用進(jìn)行了規(guī)定[7]，多項(xiàng)性能的測(cè)試方法無(wú)法與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系并軌。ASTM C881作為環(huán)氧膠粘劑的通用標(biāo)準(zhǔn)，很難指導(dǎo)細(xì)分領(lǐng)域的產(chǎn)品性能檢測(cè)[8]。國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)有CJJ/T 111—2006《預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁預(yù)制節(jié)段逐跨拼裝施工技術(shù)規(guī)程》和CJJ/T 293—2019《城市軌道交通預(yù)應(yīng)力混凝土節(jié)段預(yù)制橋梁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。前者僅對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁預(yù)制節(jié)段逐跨拼裝施工過(guò)程做出規(guī)定，沒(méi)有規(guī)定節(jié)段拼裝用膠粘劑的膠體、粘結(jié)、耐久等性能指標(biāo)要求；后者則是對(duì)城市軌道交通預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁的材料、設(shè)計(jì)構(gòu)造與施工作出規(guī)定，材料部分在4.0.7節(jié)規(guī)定，節(jié)段預(yù)制橋梁接縫材料宜采用環(huán)氧樹脂膠粘劑，參照FIP要求對(duì)主要性能指標(biāo)作出了規(guī)定，但測(cè)試方法沒(méi)有覆蓋所有的檢測(cè)項(xiàng)目。此外，也有部分設(shè)計(jì)方提出參照GB 50728—2011《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》，但該標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)各類加固用環(huán)氧膠粘劑，2類材料的應(yīng)用工況和受力形式不同，對(duì)材料的要求有較大的差異，因此GB 50728—2011也不適用于節(jié)段拼裝用膠粘劑的檢驗(yàn)。綜上，國(guó)內(nèi)急需制定專門規(guī)范和評(píng)定預(yù)制節(jié)段拼裝用膠粘劑材料的科學(xué)合理的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，為預(yù)制節(jié)段膠接工程中該類材料的設(shè)計(jì)、選材、檢測(cè)、施工、驗(yàn)收等提供依據(jù)，從而保障接縫處的安全和耐久性。

根據(jù)中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)《關(guān)于印發(fā)2017年第一批產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)試點(diǎn)項(xiàng)目計(jì)劃》的通知（建標(biāo)協(xié)字[2017]015號(hào)）的要求，由中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司會(huì)同相關(guān)單位對(duì)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)制節(jié)段拼裝結(jié)構(gòu)拼縫膠》（以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》）進(jìn)行編制。

中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)于2020年1月8日以第540號(hào)公告，批準(zhǔn)頒布了《預(yù)制節(jié)段拼裝用環(huán)氧膠粘劑》產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)為T/CECS 10080—2020，該標(biāo)準(zhǔn)自2020年3月1日起施行。

2 標(biāo)準(zhǔn)制訂的主要內(nèi)容與依據(jù)

2.1 標(biāo)準(zhǔn)的名稱

《標(biāo)準(zhǔn)》針對(duì)的產(chǎn)品特指應(yīng)用于預(yù)制節(jié)段拼裝時(shí)的高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂類粘結(jié)劑，為區(qū)別于密封膠或通用的防水材料，《標(biāo)準(zhǔn)》編制過(guò)程中決定將原申請(qǐng)的標(biāo)準(zhǔn)名稱《預(yù)制節(jié)段拼裝結(jié)構(gòu)拼縫膠》更改為《預(yù)制節(jié)段拼裝用環(huán)氧膠粘劑》。

2.2 術(shù)語(yǔ)和定義

《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了相關(guān)術(shù)語(yǔ)共5條，分別為預(yù)制節(jié)段、拼裝、環(huán)氧膠粘劑、可施膠時(shí)間和可粘接時(shí)間。其中可施膠時(shí)間和可粘接時(shí)間是與該膠粘劑施工工藝密切相關(guān)的性能指標(biāo)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中常與開(kāi)放時(shí)間、干燥時(shí)間以及節(jié)段拼裝用總時(shí)間等名詞混淆，故對(duì)可施膠時(shí)間和可粘接時(shí)間作出更為詳細(xì)的解釋。

可施膠時(shí)間的定義為膠粘劑混合完畢后，其在容器中放置并達(dá)到規(guī)定溫度的時(shí)間。膠粘劑的固化過(guò)程是個(gè)放熱反應(yīng)，放熱可促進(jìn)該聚合物的固化。當(dāng)反應(yīng)速度過(guò)快時(shí)，混合后的膠粘劑內(nèi)部溫度迅速升高后易出現(xiàn)爆聚，致使鏈段的交聯(lián)密度迅速增大，導(dǎo)致材料粘結(jié)效果急劇下降。此外，過(guò)快的反應(yīng)速度將給施工帶來(lái)不便，甚至來(lái)不及施工；當(dāng)反應(yīng)速度過(guò)慢時(shí)，混合后的粘膠劑前期固化不充分，早期強(qiáng)度不足，不利于后續(xù)混凝土節(jié)段間的應(yīng)力張拉。《標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)其測(cè)試方法作了嚴(yán)格的規(guī)定，并針對(duì)不同類型的拼裝用環(huán)氧膠粘劑作了相應(yīng)的要求。

可粘接時(shí)間的定義為膠粘劑混合完畢后立即涂抹在基面上，保持其規(guī)定粘接性能的可晾置時(shí)間。膠粘劑混合完畢后會(huì)被涂抹在相鄰混凝土構(gòu)件的粘合面上，從涂抹完到實(shí)施下一道工序——張拉，將相鄰混凝土節(jié)段拼接形成一個(gè)整體，需要一定的操作時(shí)間才能完畢，因此，需要確保在張拉完畢前，膠粘劑仍具備有效的粘接性能。

2.3 分類和標(biāo)記

《標(biāo)準(zhǔn)》按照施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度將預(yù)制節(jié)段拼裝用環(huán)氧膠粘劑劃分成3種型號(hào)，使其有明確的溫度適用范圍。Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型分別適用于5～20 ℃、15～30 ℃、25～40 ℃的施工溫度環(huán)境。

上述分類方法與FIP的規(guī)定基本保持一致。3種型號(hào)的膠粘劑對(duì)應(yīng)的固化速度分別為快速、中速和慢速，在施工時(shí)，使用者應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度選擇適宜類型的產(chǎn)品。

2.4 技術(shù)要求

《標(biāo)準(zhǔn)》明確要求膠粘劑中的有害物質(zhì)限量應(yīng)符合GB 30982《建筑膠粘劑有害物質(zhì)限量》的規(guī)定。對(duì)于膠粘劑的物理性能、力學(xué)性能、長(zhǎng)期使用性能及耐介質(zhì)侵蝕性能，《標(biāo)準(zhǔn)》主要參考了FIP/9/2/1978和GB 50728—2011，同時(shí)與國(guó)內(nèi)現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)CJJ/T 111—2006和CJJ/T 293—2019相協(xié)調(diào)，并與該產(chǎn)品的實(shí)際施工工況下的施工工藝特性相結(jié)合。最終，綜合確定了科學(xué)適用的檢驗(yàn)項(xiàng)目和技術(shù)要求，如表1所示。

與國(guó)際預(yù)應(yīng)力協(xié)會(huì)自1978年編寫的FIP規(guī)程對(duì)比可知，《標(biāo)準(zhǔn)》主要增加了長(zhǎng)期使用性能和耐介質(zhì)侵蝕性能，并對(duì)部分技術(shù)指標(biāo)提出了更加嚴(yán)格的要求，如抗流掛性能、收縮率、7 d抗壓強(qiáng)度和混凝土與混凝土壓縮剪切強(qiáng)度等。預(yù)制節(jié)段拼裝用環(huán)氧膠粘劑長(zhǎng)期經(jīng)受水汽、溫度、陽(yáng)光、介質(zhì)、震動(dòng)等自然環(huán)境和復(fù)雜的應(yīng)力作用。綜合考慮我國(guó)復(fù)雜的地理?xiàng)l件和差異顯著的南北氣候，對(duì)預(yù)制節(jié)段拼裝用環(huán)氧膠粘劑的長(zhǎng)期使用性能和耐介質(zhì)侵蝕性能進(jìn)行考察是十分必要的。不同于常見(jiàn)建筑結(jié)構(gòu)加固用膠粘劑的是，預(yù)制節(jié)段拼裝用環(huán)氧膠粘劑的部分長(zhǎng)期使用性能和耐介質(zhì)侵蝕性能的技術(shù)要求考察以混凝土本體破壞為合格依據(jù)。同時(shí)，《標(biāo)準(zhǔn)》注釋了長(zhǎng)期使用性能和耐介質(zhì)侵蝕性能的檢測(cè)應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境和設(shè)計(jì)的規(guī)定而定。

表1 預(yù)制節(jié)段拼裝用環(huán)氧膠粘劑的技術(shù)要求

與GB 50728—2011中表4.2.2-1的A級(jí)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比可知，《標(biāo)準(zhǔn)》并未對(duì)預(yù)制節(jié)段拼裝用環(huán)氧膠粘劑膠體在受拉時(shí)的力學(xué)性能作出技術(shù)要求，且對(duì)某些性能的要求更嚴(yán)格，如抗壓強(qiáng)度、鋼對(duì)混凝土正拉粘結(jié)強(qiáng)度。綜合調(diào)研國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，該類膠粘劑在實(shí)際工況中主要承受壓應(yīng)力，以及傳遞部分剪應(yīng)力，故未對(duì)拉伸狀態(tài)下膠體的技術(shù)性能指標(biāo)進(jìn)行規(guī)定[9]。

在《標(biāo)準(zhǔn)》的編制過(guò)程中，大量的驗(yàn)證性試驗(yàn)證明預(yù)制節(jié)段拼裝用環(huán)氧膠粘劑的性能可符合表1中的技術(shù)指標(biāo)要求。

2.5 試驗(yàn)方法

相對(duì)于FIP規(guī)定的試驗(yàn)方法，《標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試過(guò)程更加明確、詳細(xì)，實(shí)操性更強(qiáng)，如可施膠時(shí)間、可粘接時(shí)間和抗流掛性能等。

（1）可施膠時(shí)間

可施膠時(shí)間在一定程度上反映了預(yù)制節(jié)段拼裝用環(huán)氧膠粘劑的固化速度，與施工現(xiàn)場(chǎng)的工藝性能密切相關(guān)。針對(duì)不同類型的產(chǎn)品，《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了所使用的試驗(yàn)材料、器具和所處環(huán)境的初始溫度，同時(shí)指明了對(duì)于反應(yīng)速度相對(duì)較快的Ⅰ型和Ⅱ型膠粘劑，以混合后溫度升高到40 ℃時(shí)為終止時(shí)間；對(duì)于反應(yīng)速度較慢的Ⅲ型膠粘劑，以混合后溫度達(dá)到60 ℃為終止時(shí)間。此外，測(cè)試所使用的絕熱容器的導(dǎo)熱系數(shù)不應(yīng)大于0.20 W/（m·K）。

（2）可粘接時(shí)間

可粘接時(shí)間的測(cè)定同樣規(guī)定了所使用的試驗(yàn)材料、器具和所處環(huán)境的溫度。將混合好的樣品立即涂抹在混凝土試件上并開(kāi)始計(jì)時(shí)，晾置一定時(shí)間后，將混凝土試件兩兩對(duì)接，進(jìn)行混凝土與混凝土對(duì)粘彎曲性能試驗(yàn)，試驗(yàn)合格所對(duì)應(yīng)的最長(zhǎng)晾置時(shí)間即為可粘接時(shí)間。對(duì)于晾置時(shí)間間隔未作明確規(guī)定。由于表1中該項(xiàng)技術(shù)要求≥60 min，因此建議檢測(cè)時(shí)可以制備幾組樣品，其中最短晾置時(shí)間為60 min，依次可晾置65、70、80 min等。

（3）抗流掛性能

抗流掛性能試驗(yàn)方法參考GB/T 13477.6規(guī)定進(jìn)行，但要求測(cè)試模具尺寸內(nèi)腔寬應(yīng)為50 mm，長(zhǎng)100 mm，深度不應(yīng)小于10 mm?；炷凉?jié)段拼接過(guò)程中，膠粘劑主要是涂抹于節(jié)段梁構(gòu)件的立面上，因此要求膠粘劑有很好的抗流掛性能，且觸變性好，便于在預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，好將相鄰節(jié)段調(diào)整到位。

（4）吸水率和水中溶解率

膠粘劑除了承受和傳遞應(yīng)力外，另一個(gè)重要作用是起密封防水效果，因此其吸水率和水溶解率都不應(yīng)太高?！稑?biāo)準(zhǔn)》規(guī)定被檢試樣的尺寸應(yīng)為10 mm×15 mm×120 mm，且采用60 ℃的水進(jìn)行浸泡處理，浸水時(shí)間為14 d，干燥時(shí)間不得少于14 d。60 ℃高溫有助于樣品的浸潤(rùn)，同時(shí)浸水和干燥時(shí)間的規(guī)定確保了樣品充分的浸濕和干燥，使得短時(shí)間內(nèi)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)更能充分反映樣品在工程使用中的真值。

（5）壓縮強(qiáng)度和壓縮彈性模量

確保工程質(zhì)量的同時(shí)為節(jié)約預(yù)制節(jié)段拼裝的施工時(shí)間，對(duì)材料的壓縮性能提出了嚴(yán)格的要求，要求膠粘劑在早期需要具備較快的固化速率，從而達(dá)到一定的強(qiáng)度，便于節(jié)段拼裝?！稑?biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，測(cè)試12 h、24 h和7 d壓縮強(qiáng)度時(shí)樣品的固化溫度和測(cè)試溫度均為施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的下限溫度，即Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型分別為5、15、25 ℃，這是與其它常見(jiàn)建筑結(jié)構(gòu)加固用環(huán)氧膠粘劑壓縮性能試驗(yàn)的養(yǎng)護(hù)條件和測(cè)試環(huán)境的關(guān)鍵不同之處。此外，壓縮強(qiáng)度的測(cè)試按GB/T 17671進(jìn)行，加載速度為2 mm/min，試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm。

不同于普通的密封材料，為使拼裝后的節(jié)段構(gòu)件能達(dá)到形同現(xiàn)澆的效果，要求節(jié)段間使用的膠粘劑具備較高的抗蠕變性能，參照FIP的規(guī)定，設(shè)定了瞬時(shí)壓縮彈性模量和延時(shí)壓縮彈性模量的檢驗(yàn)項(xiàng)目。《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定瞬時(shí)壓縮彈性模量的測(cè)試方法參考GB/T 2567進(jìn)行。對(duì)于延時(shí)彈性模量，《標(biāo)準(zhǔn)》另作了規(guī)定，以2 mm/min的加載速度施加荷載，荷載達(dá)到10 MPa后，維持該荷載恒定并保持1 h，恒定荷載與總變形量的比值即為延時(shí)壓縮彈性模量。

（6）混凝土-混凝土對(duì)粘彎曲性能和混凝土與混凝土壓縮剪切強(qiáng)度

2項(xiàng)性能的測(cè)試基本沿用了FIP中的規(guī)定，參照國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)定，對(duì)粘結(jié)面處施加的壓力調(diào)整為0.2 MPa，同時(shí)細(xì)化了測(cè)試的步驟和參數(shù)，使試驗(yàn)更有實(shí)操性。

（7）長(zhǎng)期使用性能和耐介質(zhì)侵蝕性能

長(zhǎng)期使用性能和耐介質(zhì)侵蝕性能反映材料抵抗長(zhǎng)期經(jīng)受自然或不利環(huán)境作用的能力?！稑?biāo)準(zhǔn)》分別對(duì)材料經(jīng)受濕熱老化、50次高低溫凍融循環(huán)、200萬(wàn)次疲勞應(yīng)力作用和4.0 MPa應(yīng)力作用210 d，以及酸、堿、鹽3種腐蝕性介質(zhì)侵蝕后對(duì)應(yīng)性能變化的檢測(cè)方法作了規(guī)定。耐久性一直是高分子材料研究的熱點(diǎn)之一，與此有關(guān)的研究仍有待進(jìn)一步深化。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）《標(biāo)準(zhǔn)》編制組在充分參考和借鑒了國(guó)內(nèi)外與節(jié)段拼裝用環(huán)氧膠粘劑相關(guān)的規(guī)定，結(jié)合該類產(chǎn)品的實(shí)際使用狀態(tài)及施工工藝性能，依據(jù)已有對(duì)環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)用膠粘結(jié)失效及性能劣化機(jī)制研究積累的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及大量驗(yàn)證性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，綜合選定了科學(xué)合理的檢驗(yàn)項(xiàng)目和技術(shù)指標(biāo)，統(tǒng)一明確了《標(biāo)準(zhǔn)》的測(cè)試方法和測(cè)試條件。

（2）《標(biāo)準(zhǔn)》的頒布和實(shí)施為行業(yè)內(nèi)從業(yè)人員客觀評(píng)價(jià)預(yù)制節(jié)段拼裝用環(huán)氧膠粘劑產(chǎn)品的使用效果和產(chǎn)品質(zhì)量提供了依據(jù)，可規(guī)范產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，為預(yù)制節(jié)段拼裝膠接工程材料的應(yīng)用提供質(zhì)量保證，以促進(jìn)預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)更好地發(fā)展。