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不同的加固维护材料有何特点

 

一、改性环氧胶粘剂
        环氧树脂是指大分子主链中含有两个(或两个以上)环氧基团的缩聚物,单独受热不会固化,但可与多种类型固化剂发生交联反应形成不溶、不熔的体型结构的高聚物。在众多的人工合成有机胶粘剂品种中,环氧树脂类胶粘剂应用历史较长、应用面最广。同时,由于其具有卓越的耐久性能和粘结能力、硬化过程收缩小、可常温固化、力学性能理想、较易改性满足不同使用要求、价格相对较低等优点,因此,目前国内外结构加固工程中所用的结构胶,环氧树脂类占据了绝对地位。
环氧树脂的特性来自其独特的化学结构:环氧树脂、固化剂及其助剂的品种繁多,且胶粘剂的性能受其配方影响很大,由于结构加固对胶粘剂综合性能要求很高,若不采取多种复合改性手段,而仅采用普通配方及普通固化剂(如乙二胺)固化环氧树脂,不仅脆性大、力学及耐久性相对不足,而且还存在毒性较大、耐热性较差、不能低温固化及湿面粘结、施工不方便等缺陷,因此,环氧树脂还需采用多种手段进行复合改性后才能用于结构修复工程。针对不同的加固技术,GB50728《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》对不同用途的环氧结构胶的性能提出了具体要求,满足规范相关要求的建筑结构胶安全使用年限可达50年。同时,为保证工程质量,国家标准也明确规定,加固结构胶必须采用专门配制的改性环氧树脂结构胶,不得现场临时调配。
改性环氧胶粘剂虽然具有粘结力强、强度高、耐腐蚀、施工简便快捷等优点,但作为典型的有机高分子材料,其与水泥基材料相比,不可避免存在如耐高温性能较差、弹性模量较低、徐变较大等缺点,在结构加固中应注意扬长避短。

二、高性能水泥基材料
      水泥基材料在土木工程中的应用已有200年历史,具有抗压强度高、耐水、耐腐、耐热、价格相对便宜等优点,但同时也存在着收缩大、脆性大、易开裂、界面粘结较差、强度发展慢、施工操作复杂等不足。在结构加固工程中,由于受到施工速度、操作空间及其它各方面条件的约束,对水泥基材料的力学强度、变形性能、界面粘结性能及施工操作性能等方面提出了更苛刻的要求,如高强、早强、无收缩(或微膨胀)、自密实、抗沉降等,普通水泥基材料已难以满足要求,必须进行改性。
在水泥基材料的各种改性技术手段中,掺加各种功能外加剂及矿物掺合料已成为最重要的改性技术途径,其对优质水泥基材料的四大要素,即强度、耐久性、工作性与经济性,产生了十分明显甚至是决定性的作用。结构加固中可用于改性水泥基材料的外加剂品种有很多,如高性能减水剂、膨胀剂、减缩剂、保水剂、增稠触变剂、早强剂、引气剂、阻锈剂等化学外加剂,以及硅灰、磨细矿渣、粉煤灰等矿物外加剂。固特邦高性能水泥基材料,根据加固工程的特殊要求,针对性采用不同外加剂复配,集成运用了当前水泥基复合材料多项技术,具有高强度、免振捣、防沉降、无收缩、强界面、高耐蚀、低成本的特性,非常适合于加大截面加固、体外预应力加固、缺陷混凝土置换等工程。
高性能水泥基材料在工作性、强度及强度发展、耐久性方面较普通水泥基材料有显著提高,但其仍然无法改变水泥基材料脆性大、易开裂的本质缺陷。无收缩水泥基材料,可补偿水泥水化过程中的化学收缩(自收缩),但仍无法从根本上避免其因早期塑性收缩和沉降、干燥收缩、温度收缩等原因开裂。水泥基材料抗压强度越高,其脆性越大,开裂的可能性也越大。因此,在加固工程中采用高性能水泥基材料时,不宜过分强调其强度,应充分考虑其综合性能,并且注意加强养护(特别是早期湿养护),以防止其开裂。高性能水泥基材料与老混凝土界面粘结能力大大优于普通水泥基材料,这是其在结构加固工程中的一大优势,特别是对于不便采用界面剂处理的加固工程。但与聚合改性水泥基复合材料或改性环氧胶粘剂相比,其界面粘结能力略差且受施工因素(如界面粗糙度和洁净度、表面含水量状况、养护条件、新混凝土浇筑厚度等)影响很大,因此,加固工程中仍有必要设置界面抗剪钢筋,以确保新老混凝土的界面粘结。
高性能水泥基材料的品种目前相当多,用于结构加固工程的主要是自密实水泥基材料(SCC),其有两种应用方式:灌浆料(自密实砂浆或净浆)和自密实混凝土。灌浆料因不含粗骨料或粗骨料很少,因此从性能上来说,更接近于砂浆。在外包混凝土或置换混凝土加固施工中使用水泥基灌浆料,虽然具有方便、快捷的优势,但其弹性模量、徐变、收缩、水化热、热膨胀系数等与老混凝土存在较大差异。因此在条件许可时,结构加固(特别对于预应力混凝土加固)应优先采用无收缩自密实混凝土,其不仅与被加固老混凝土性能相近,而且更为经济。工程实践也证明,在外包混凝土施工中,当新加混凝土厚度超过5cm时,采用骨料最大粒径10mm的自密实混凝土完全可以满足施工要求。

 

三、聚合物改性水泥基材料

       聚合物在混凝土(砂浆)中的应用有三种不同方式即PIC、PMC和PC,习惯上经常把这三类材料(即所有使用了聚合物的混凝土或砂浆)总称为聚合物混凝土(砂浆)。结构加固工程中,在没有特指的情况下,一般所指的聚合物砂浆是指聚合物改性水泥砂浆。
聚合物改性水泥砂浆制备方法和施工工艺与普通水泥砂浆基本相同,仅需在砂浆搅拌过程中加入合适的聚合物材料即可。根据所加入的聚合物品种及掺量的不同,PMC具有可变性范围宽广的力学性质,包括从高模量、高强的坚硬玻璃体到低模量、高伸长的可挠性橡胶体,PMC力学性质的这种多样性,为不同的应用提供了广阔的选择余地,如在修补、加固、防腐、防水、耐冲磨、耐气蚀、桥面铺装、装饰等方面,PMC都发挥着重要作用。
     PIC
● 聚合物浸渍混凝土
● Polymer Impregnate Concrete
● 已硬化的水泥砼+真空浸渍聚合物单体+热或射线固化
● 制备复杂,成本高,应用少
     PMC
● 聚合物改性水泥混凝土
● Polymer Modified Concrete
● 新拌水泥砼+聚合物乳液或胶粉
● 制备简便,兼具有机、无机材料的特点
     PC
● 聚合物混凝土(树脂混凝土)
● Polymer Concrete
● 聚合物(树脂)+骨料(填充)
● 已与有机结构胶性能相似

       聚合物改性水泥砂浆非常适合于结构修补、加固及防护。此时,聚合物的加入主要是为了改善砂浆的韧性、粘结性和耐久性,改性后砂浆的界面粘结强度、抗折强度和抗拉强度大幅提高,特别是其折压比(韧性)大幅提高,收缩率大幅降低,浆体孔隙结构及抗渗性、抗冻性、抗冲磨性、耐介质性都得到明显改善;但一般情况下抗压强度有一定程度下降,施工操作性能有较大变化。
用于改性水泥砂浆的聚合物材料可分为干粉(powder)和乳液(emulsion)两大类。干粉类聚合物胶粉可在工厂生产时直接与水泥、砂、外加剂等混合成单组分的聚合物干粉水泥砂浆(如建筑工程中的外墙保温砂浆、瓷砖粘结剂等),在现场使用时直接加水即可,运输、贮存和使用都非常方便。相对而言,乳液类聚合物无法制成单组分砂浆,需两个组分在现场按一定比例配合使用,略为繁琐,但其改性效果更为优越。加固工程中,对重要结构构件的加固,应优先采用乳液类聚合物砂浆。
由于新拌水泥浆的强碱性及带电特性可能导致加入的聚合物破乳,而加入的聚合物也可能影响水泥正常的凝结硬化,因此并非所有的聚合物乳液或胶粉都可用于PMC中,即使能用于PMC中的聚合物也并不一定都能达到预期的改性作用。不同种类、不同掺量的聚合物改性效果存在巨大差异;即使是同种类聚合物,分子结构不同、分子量大小及分布不同、玻璃化转变温度不同、乳化工艺不同、不同品牌合成路线不同,都会导致PMC性能明显差异。结构加固工程中,禁止采用可能加速钢筋锈蚀、影响耐久性能或对人体健康有危害的聚合物,也不得单独使用水溶性聚合物(如聚乙烯醇等);而目前比较常用的聚合物种类如丙烯酸酯类、丁苯类、环氧类、氯丁类等,因研究资料较多,且有多年成功的工程应用经验,在加固工程中都可以采用,但采用时应注意选用有可靠技术保证的大品牌,以确保质量稳定。
有鉴于PMC的复杂性,且在结构加固、修补工程中不同品牌、不同用途聚合物改性水泥砂浆配方都不相同,因此,若没有针对一个特定的配方、特定用途,不能简单、笼统地评判不同种类聚合物性能优劣,也就是说,没有最好的聚合物,只有最合适的聚合物。因此,结构加固中的聚合物改性水泥砂浆,必须由有研发能力的生产厂家,根据国家规范及工程实际的技术要求,通过大量实验研究后,才能确定合理的原材料及配方。