張朝輝，吳開勝，宋云娟

（江蘇尼高科技有限公司，江蘇 常州 213141）

0 引言

從國際經(jīng)驗(yàn)看，建筑及建筑服務(wù)行業(yè)經(jīng)歷3大階段：大規(guī)模新建階段→新建與維修改造并重階段→舊建筑改造維修加固為主階段。歐美國家處于第3階段，在歐美發(fā)達(dá)國家中，目前用于建筑加固改造的投資已占國家建筑業(yè)總投資的1/2以上，我國逐步進(jìn)入第2階段。2019年，我國城鎮(zhèn)居民人均住房建筑面積達(dá)到39.8m2，農(nóng)村居民人均住房建筑面積達(dá)到48.9 m2。由此估算我國現(xiàn)存的各種建（構(gòu)）筑物的總面積在500億m2以上，其中絕大多數(shù)是混凝土及砌體結(jié)構(gòu)。當(dāng)前，我國的既有房屋存在提高建筑的耐久性、整體性、抗震性及建筑物整體觀感的需求[1]，有的由于使用性質(zhì)改變而導(dǎo)致荷載增加；有的為了增加使用面積，在屋頂上進(jìn)行加層；有的需要進(jìn)行抗震加固；有的由于遭受火災(zāi)、超載、地基不均勻沉降等原因需要進(jìn)行加固處理等。同時，一些新建成的工程項(xiàng)目中，由于勘察、設(shè)計和施工中的技術(shù)和管理問題，導(dǎo)致工程在建成初期就出現(xiàn)各種質(zhì)量安全隱患。對于這些建筑物，如果不及時采取加固措施，就有可能導(dǎo)致重大的安全事故。

建筑維修加固的方法很多，植筋錨固、碳纖維加固等新技術(shù)、新材料在工程改建加固中得到推廣應(yīng)用[2-3]。植筋是指在已有結(jié)構(gòu)上鉆孔、注膠、插入鋼筋，待膠體固化后使鋼筋錨固在結(jié)構(gòu)中的一種技術(shù)[4]。植筋錨固材料主要分為有機(jī)錨固材料和無機(jī)錨固材料，傳統(tǒng)植筋技術(shù)大多采用有機(jī)錨固材料，主要是以乙烯基酯類與改性環(huán)氧類為膠粘劑的有機(jī)類植筋膠，具有早期強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在耐熱性差、易老化等缺點(diǎn)[5-6]。無機(jī)植筋錨固材料是由無機(jī)水硬性膠凝材料（水泥）、填料、增強(qiáng)組分、膨脹組分等按一定的配比和工藝配制而成，無機(jī)錨固膠使用壽命與混凝土結(jié)構(gòu)相同，但其存在早期強(qiáng)度低、粘結(jié)強(qiáng)度不足、錨固深度長、質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點(diǎn)[7-8]。

無機(jī)錨固膠的粘結(jié)性能主要通過約束拉拔條件下帶肋鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度來表征，粘結(jié)強(qiáng)度是影響加固效果的重要因素。影響無機(jī)錨固膠粘結(jié)強(qiáng)度的因素很多，主要包括施工和材料因素，施工因素包括植筋孔未清理存在大量浮灰或水、植筋孔深度不足導(dǎo)致有效接觸面積低、無機(jī)錨固膠未按要求攪拌等；材料因素包括無機(jī)錨固材料保水性差導(dǎo)致水化反應(yīng)不完全、無機(jī)錨固材料硬化過程產(chǎn)生收縮、無機(jī)錨固材料韌性差導(dǎo)致脆性斷裂等。本文在借鑒已有研究成果的基礎(chǔ)上，著重分析了保水劑、膨脹劑、增韌材料等對無機(jī)錨固膠粘結(jié)強(qiáng)度及力學(xué)性能的影響，通過復(fù)摻3種外加劑提高無機(jī)錨固膠的粘結(jié)強(qiáng)度。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：42.5級快硬硫鋁酸鹽水泥，中聯(lián)水泥有限公司生產(chǎn)；級配砂：機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)1.5～1.6，最大粒徑小于1.0 mm，石粉含量小于1.0%，安徽鳳陽產(chǎn)；減水劑：NK-PC900粉體聚羧酸減水劑，減水率不小于25%，江蘇尼高科技有限公司生產(chǎn)； 硅灰：二氧化硅含量大于90%，活性指數(shù)大于105%，甘肅三遠(yuǎn)硅材料有限公司生產(chǎn)；膨脹劑：NK-HCSA混凝土膨脹劑，水中7 d限制膨脹率大于0.050%，江蘇尼高科技有限公司生產(chǎn)；纖維素醚：羥乙基甲基纖維素醚，黏度為300 mPa·s，含水率小于5.0%，陶氏化學(xué)有限公司生產(chǎn)；無機(jī)保水劑：硅酸鎂鋁，含水率小于8.0%，市售；增韌材料：鋼棉纖維，公稱長度不大于3.5mm，當(dāng)量直徑40.6～61μm，市售。

1.2 試驗(yàn)方案

結(jié)合無機(jī)錨固膠的前期試驗(yàn)，在借鑒已有科研成果的基礎(chǔ)上，設(shè)計無機(jī)錨固膠的基礎(chǔ)配合比如表1所示。試驗(yàn)主要研究了保水劑種類及摻量、膨脹劑摻量、增韌材料摻量等對無機(jī)錨固膠粘結(jié)強(qiáng)度及力學(xué)性能的影響，采用3種外加劑復(fù)摻提高無機(jī)錨固膠的粘結(jié)強(qiáng)度，其中保水劑、增韌材料為外摻，膨脹劑取代部分水泥，膨脹劑摻量為占膠凝材料的質(zhì)量百分比，水膠比為0.26。

表1 無機(jī)錨固膠的基礎(chǔ)配合比 kg

1.3 性能測試方法

無機(jī)錨固膠的粘結(jié)性能、膠體性能按JG/T 340—2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠》中無機(jī)類錨固膠的規(guī)定方法成型、養(yǎng)護(hù)和測試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 保水劑種類及摻量對無機(jī)錨固膠性能的影響

無機(jī)錨固膠采用的膠凝材料為水硬性膠凝材料，且膠凝材料占比較高，水化反應(yīng)所需的水分較多，攪拌好的漿料注入植筋孔后，部分水分會被周邊基層混凝土吸走，如果無機(jī)錨固膠的保水性差，失水速度快，嚴(yán)重時會導(dǎo)致水化反應(yīng)不完全，影響無機(jī)錨固膠的粘結(jié)強(qiáng)度。本試驗(yàn)選取纖維素醚類有機(jī)保水劑和硅酸鎂鋁類無機(jī)保水劑，按表1的配合比，測試了不同保水劑摻量對錨固膠性能的影響，結(jié)果見表2。

表2 保水劑種類及摻量對無機(jī)錨固膠性能的影響

由表2可見：（1）無機(jī)錨固膠的抗壓強(qiáng)度隨纖維素醚摻量的增加而明顯降低，且粘結(jié)強(qiáng)度也無明顯提高。這是由于纖維素醚同時具有親水基團(tuán)（羥基、醚基）和憎水基團(tuán)（甲基、葡萄糖環(huán)），是一種表面活性劑，具有引氣效應(yīng)，對抗壓強(qiáng)度有負(fù)面作用。（2）無機(jī)保水劑硅酸鎂鋁在低摻量下可改善無機(jī)錨固膠的粘結(jié)強(qiáng)度，對抗壓強(qiáng)度的影響也較小，但摻量不宜過高，摻量大于0.1%時，材料的抗壓強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度均明顯降低。

因此，優(yōu)選擇硅酸鎂鋁作為無機(jī)錨固膠的保水劑，其最佳摻量為0.1%。

2.2 膨脹劑摻量對無機(jī)錨固膠性能的影響

無機(jī)錨固膠的膨脹性能也尤為重要，利用無機(jī)錨固膠的膨脹可將鋼筋有效握裹，并與植筋孔壁緊密接觸產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，使鋼筋受力傳遞至混凝土，形成整體受力以共同抵抗鋼筋所受到的拉力，從而提高整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。由于無機(jī)錨固劑硬化速度快，本試驗(yàn)選擇具有早期膨脹性能的多元高效膨脹劑。固定硅酸鎂鋁摻量為0.1%，測試不同膨脹劑摻量對無機(jī)錨固膠膨脹率、抗壓強(qiáng)度及粘結(jié)強(qiáng)度的影響，結(jié)果見表3。

表3 膨脹劑摻量對無機(jī)錨固膠性能的影響

由表3可見，膨脹劑摻量為6.0%時，無機(jī)錨固膠的膨脹率能符合JG/T 340—2011標(biāo)準(zhǔn)要求，且其粘結(jié)強(qiáng)度較未摻膨脹劑時提高11.7%。具有早期膨脹性能的多元高效膨脹劑在水化早期反應(yīng)較快，膨脹率高、膨脹速度快，迅速形成體積膨脹，但膨脹過快也會導(dǎo)致試件內(nèi)部出現(xiàn)微小裂縫，影響抗壓強(qiáng)度。因此，應(yīng)合理控制膨脹劑摻量，無機(jī)錨固膠中膨脹劑的最佳摻量為取代膠凝材料的6.0%。

2.3 鋼棉纖維摻量對無機(jī)錨固膠性能的影響

鋼棉纖維具有較強(qiáng)的交聯(lián)功能，與其他材料混合后，纖維之間搭接成立體結(jié)構(gòu)，使材料具有較高的抗拉和抗彎強(qiáng)度，大幅度提高復(fù)合材料的韌性?？刂乒杷徭V鋁摻量為0.1%，膨脹劑摻量為6.0%，不同鋼棉纖維摻量對無機(jī)錨固膠性能的影響見表4。

表4 鋼棉纖維摻量對無機(jī)錨固膠性能的影響

由表4可見：無機(jī)錨固膠的粘結(jié)強(qiáng)度隨鋼棉纖維摻量的增加明顯提高，當(dāng)鋼棉纖維摻量6.0%時，無機(jī)錨固膠在約束拉拔條件下帶肋鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)11.2 MPa，較未摻鋼棉纖維時提高30.2%，當(dāng)鋼棉纖維摻量大于6.0%時，粘結(jié)強(qiáng)度增幅不明顯；鋼棉纖維摻量對無機(jī)錨固膠的膨脹率影響不大；無機(jī)錨固膠的抗壓強(qiáng)度隨鋼棉纖維摻量的增加有所提高。綜合考慮，優(yōu)選鋼棉纖維的摻量為6.0%。

3 結(jié)論

（1）摻入纖維素醚類有機(jī)保水劑對無機(jī)錨固膠的力學(xué)性能負(fù)面影響較大；無機(jī)保水劑硅酸鎂鋁的摻入，可改善無機(jī)錨固膠的粘結(jié)性能，優(yōu)選硅酸鎂鋁為無機(jī)錨固膠的保水劑，硅酸鎂鋁的最佳摻量為0.1%。

（2）摻入膨脹劑對抗壓強(qiáng)度有一定的負(fù)面影響，應(yīng)合理控制膨脹劑的摻量。當(dāng)膨脹劑摻量為6.0%時，無機(jī)錨固膠的膨脹率可符合JG/T 340—2011的技術(shù)要求，粘結(jié)強(qiáng)度較未摻膨脹劑時提高11.7%，因此無機(jī)錨固膠中膨脹劑的最佳摻量為膠凝材料的6.0%。

（3）無機(jī)錨固膠的粘結(jié)強(qiáng)度隨著鋼棉纖維摻量的增加明顯提高，無機(jī)錨固膠的抗壓強(qiáng)度隨鋼棉纖維摻量的增加有所提高。鋼棉纖維的最佳摻量為6.0%，此時無機(jī)錨固膠在約束拉拔條件下帶肋鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)11.2 MPa，較未摻鋼棉纖維時提高30.2%。