结构粘钢胶高温后的力学性能试验研究★

盛 志 赵建明 李英浩

(天津城建大学能源与安全工程学院,天津 300384)

1 概述

近年来由于国内改建、改造的建筑逐年增多，粘钢加固技术应用也越来越广泛。在加固工程所用的粘钢胶中，国内外多采用环氧树脂为主体粘料，配以各种必要的组分，从而组成一种性能优良的结构胶种。钢筋混凝土结构虽然具有较好的抗火性能[1]，但粘钢胶作为我国主要有机类建筑加固材料，在经历高温或火灾时的力学性能受到业内人士质疑。

刘长青等[2]开展了火灾中植筋试件极限承载力试验研究，研究表明：结构胶温度升高至60 ℃粘结抗拉强度急剧下降，而温度升高至45 ℃后粘结抗剪强度与剪切模量急剧下降。袁广林等[3]发现有JGN型有机胶难以承受200 ℃的高温，力学性能会随着温度的升高而降低。刘鑫等[4]发现梁侧锚钢加固钢筋混凝土梁受火时的受剪承载力、延性和刚度明显降低。

国内外对于有机结构胶的研究目前大部分是在常温下或者火灾高温时对结构粘钢胶进行力学性能分析和结构加固方面的研究，却鲜有对于火灾后粘钢胶力学性能变化的研究。粘钢加固构件在火灾过后的承载能力与火灾发生时的承载能力是否一致、温度对承载能力的影响如何仍有待验证。基于此，本文开展了高温静置后粘钢试件拉拔试验研究，探讨温度对粘钢胶力学性能的影响。

2 试验方案

2.1 试验材料及试件制作

2.1.1钢套筒

本研究以粘钢胶的剪切强度作为反映其力学性能的主要参量，设计制作了48个规格相同的钢套筒。钢套筒应采用45号碳钢制作。钢套筒外径为36 mm，总高65 mm。套筒按内径分为两个部分，分别为高36 mm的内径16 mm、高29 mm的内径是24 mm，两部分中间用直径20 mm厚度为5 mm的圆形钢板进行隔离，并用螺栓拧紧待用。钢套筒内壁设螺距为4 mm、深度为0.4 mm的梯形螺纹。钢套筒详见图1,图2。

2.1.2热电偶

为实时监测和控制胶体在加温时的实际温度，试验采用K型珠式热电偶置于胶体内，其测温范围为-200 ℃～+800 ℃。

2.1.3试件制作

采用某知名国产品牌的粘钢胶(分为A,B组分)，按粘钢加固施工工艺，A胶和B胶以3∶1配置充分搅拌灌入钢套筒后，把直径12 mm的带肋钢筋插入钢套筒的同时将热电偶测温头插入并固定。共制作48个试件，分为16组，每组3个试件，编号分组后进行加温试验，制作完成的试件如图3所示。

2.2 加温方案

为考察温度对粘钢胶力学性能的影响，16组试件分别按最高温度25 ℃,50 ℃,75 ℃,100 ℃,125 ℃,150 ℃,175 ℃,200 ℃,225 ℃,250 ℃,275 ℃,280 ℃,290 ℃,300 ℃,325 ℃,350 ℃等进行加热。加温过程采用电炉进行加热，通过热电偶实时测试粘钢胶的温度，达到最高温度时停止加热，并使试件在自然环境中恢复至室温。

2.3 拉拔试验方案

试件加温至试验最高温度后冷却至室温后，采用穿心千斤顶对试件分别进行拉拔试验，拉拔时采用分级加载方式，记录拉拔力及钢筋滑移值。拉拔测试系统如图4所示。

3 粘钢胶高温后力学性能变化规律

以粘钢胶最大剪应力作为反映力学性能的指标，试验测得的拉拔力按τ=F/(2πr·h)计算后可得剪应力。最大剪应力与最高加温温度关系如图5所示。需要说明的是：由于能量传递的滞后，热电偶实测粘钢胶的温度与加温方案预设温度存在一定偏差，但不影响力学性能变化规律的分析；图5中曲线取每组试件最大剪应力的平均值绘制。

由图5可以看出：最高加温温度275 ℃之前，粘钢胶的抗剪强度变化不明显，最大剪应力基本都大于16 MPa，符合规范[5]中关于锚固型快固结构胶性能鉴定标准的要求；最高加温温度超过275 ℃后，粘钢胶抗剪强度出现明显下降，且下降速率非常大；最高加温温度达到290 ℃时，个别试件最大剪应力为0，粘钢胶抗剪力学性能完全丧失。

因此，275 ℃可作为粘钢胶高温后力学性能变化的临界温度，对粘钢加固结构火灾后安全鉴定具有指导意义。当粘钢结构发生火灾时，若粘钢胶受到的实际温度在275 ℃以下，粘钢加固结构经火灾并冷却至室温后，粘钢构件的粘结能力仍然符合现行规范要求；如果粘钢胶受到的实际温度在275 ℃以上，粘钢加固结构经火灾并冷却至室温后，结构粘钢胶的力学性能急剧下降，粘钢加固构件承载能力大大下降，不能满足现行规范要求。

4 结语

1)粘钢胶经高温作用并恢复至室温后的力学性能变化规律与以往研究高温时的力学性能变化规律不同。粘钢胶温度小于275 ℃时，力学性能基本不变；粘钢胶温度大于275 ℃时，力学性能急剧下降。275 ℃作为粘钢胶高温后力学性能变化的临界温度，可为粘钢加固结构火灾后安全鉴定提供参考。

2)粘钢结构过火后，应分析判断粘钢胶火灾时受到的最高温度大小，若最高温度达到275 ℃以上，建议对原粘钢加固部位进行凿除处理，并采取重新加固措施，以保证过火粘钢加固结构的后续使用安全。