混凝土后锚固技术Word文档格式.docx
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具体应用领域:
建筑物中设备安装、玻璃幕墙安装、外挂石材(石材干挂)、管道支架、建筑装饰、既有建筑物加固、改造、道路、桥梁、地铁(轻轨)、水利、核电站……
●后锚固技术在中国的发展
混凝土后锚固技术在我国的应用始于20世纪70年代后期,首先在核电工程中采用,核电工程中设备和管道数量之多,以至于用传统的预埋件难以进行设计和施工,到了90年代,由于多家国外锚栓生产厂(例如HILTI)进入国内市场,促进了后锚固技术在土木工程中的快速发展,特别是化学锚固技术,在新建工程和维修、改造工程中应用数量最多。
国内许多研究单位和企业也纷纷加入到锚固产品和工程应用及研究的“热潮”中来,十多年来,国产锚固产品如雨后春笋纷纷面世,并且已经大量应用在实际工程中。
●制定混凝土后锚固技术标准的必要性
背景:
目前进口的锚固产品(德国、瑞士、日本、美国等)与国产产品激烈竞争、混用,市场缺乏标准、规范约束,致使生产与使用严重脱节,工程事故时有发生。
锚固规程编制由来:
建设部标准定额研究所于1998年下达了对《混凝土结构后锚固技术规程》的编制任务。
由中国建筑科学研究院结构所负责会同有关科研、设计、施工、高校、质检等单位的专家于2002年底共同完成了该规程编制任务。
建设部第307号公告批准发布了该规范,并通知于2005年3月1日起实施。
制定标准目的:
①正确、有序引导我国后锚固技术的健康发展。
②使混凝土结构后锚固连接设计与施工验收做到技术先进、安全可靠、经济合理。
●学习与贯彻执行标准
2、《混凝土结构后锚固技术规程》介绍
●主要内容:
设计、施工、验收
●基本概念和术语
几个基本概念:
混凝土结构、轻混凝土、素混凝土、混凝土强度等级、结构构件、非结构构件、承重结构、非承重结构、抗震设防烈度、生命线工程
术语解析:
锚固形式、锚固破坏模式
♦锚固形式列表如下:
(表1)
表1锚固形式
化
学
化学锚栓(胶粘剂+金属螺杆)
胶粘剂包装形式:
塑料管、玻璃管
化学植筋(胶粘剂+钢筋)
注射式植筋
现场配制
机
械
膨胀型锚栓
扩孔型锚栓
其他类型锚栓
根据工程需要和设计选择适当的锚固形式(施工方案)
♦锚固破坏模式列表如下:
(表2)
表2锚固破坏模式
栓
破
坏
拉断
剪断
砼
锥体破坏
边缘破坏
剪撬破坏
劈裂破坏
拔
出
化学锚固
胶筋界面拔出
胶混界面拔出
机械锚固
锚栓整体拔出
锚栓穿出
合
砼锥体破坏+拔出破坏
(化学植筋受拉时)
破坏模式特点及原因分析
为后锚固设计提供依据
●符号(与设计相关)
符号来源及意义
符号辨识
符号分类:
力(力矩)(单位N或N.m,设计值、标准值)、材料强度(单位N/mm2,标准值)、几何特征值(长度单位或面积单位)、系数(分项系数和计算系数,无单位)
●材料及性能要求
混凝土基材
金属锚栓
钢筋及螺杆
锚固(植筋)胶粘剂
●设计
“混凝土后锚固技术规程”参照及引用的国内外标准
1、欧洲技术指南-混凝土用金属锚栓(ETAG)(GuidelineforEuropeanTechnicalApprovalof«
MetalAnchorsforUseinConcrete»
2、建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001
3、建筑结构荷载规范GB50009
4、混凝土结构设计规范GB50010
5、建筑抗震设计规范GB50011
6、混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓JG160
7、紧固件机械性能-螺栓、螺钉和螺柱GB3098.1-82
8、工程结构设计基本术语和通用符号GBJ132-90
注:
其中2~8与设计相关
①基本规定
♦锚固形式的适用范围(结构构件、非结构构件)
锚栓适用范围列表如下:
(表3)
表3锚栓适用范围
锚栓
受力性质
及连接
结构
有无抗
震设防要求
受拉、边缘受剪、拉剪复合受力
非结构构件及受压、中心受剪、压剪复合受力之结构构件
结构构件、生命线工程非结构构件
非结构构件
膨胀型
有
╳
○
无
扩孔型
╳△
化学
△
植筋
砼螺钉
射钉及
砼钉
○-适用,△-有条件应用,╳-不适用。
♦设计原则(控制破坏型态)
♦强制性条文
②锚固连接内力分析
♦一般规定
♦群锚受拉内力计算(轴心拉力、轴心拉力+弯矩)
♦群锚受剪内力计算(剪力、扭矩、剪力+扭矩)
③承载能力极限状态计算
♦受拉承载力计算(破坏类型(4种)、锚固连接方式(单、群))
◊设计规定
◊锚栓(含植筋钢筋)受拉破坏时,承载力设计值NRd,s
◊单锚或群锚混凝土锥体受拉破坏时,承载力设计值NRd,c
◊开裂混凝土单根锚栓,理想混凝土锥体破坏时,承载力标准值N0Rk,c(可查表)
◊混凝土劈裂破坏时,承载力设计值NRd,sp
◊单根锚栓受拉,混凝土理想化破坏锥体投影面面积A0c,N的计算
◊群锚受拉,混凝土破坏锥体投影面面积Ac,N的计算
◊相关的系数计算
♦受剪承载力计算(破坏类型(3种)、锚固方式(单、群))
◊锚栓(含植筋钢筋)受剪破坏时,承载力设计值VRd,s
◊构件边缘受剪(c<
10hef),混凝土楔形体破坏时,承载力设计值VRd,c
◊开裂混凝土,单根锚栓垂直于构件边缘受剪,混凝土楔形体破坏时,承载力标准值V0Rk,c
◊混凝土剪撬破坏时,承载力设计值VRd,cp
◊单根锚栓受剪,混凝土理想化破坏楔形体在侧面的投影面面积A0c,V的计算
◊群锚受剪,混凝土破坏楔形体在侧面的投影面面积Ac,V的计算
♦拉剪复合受力承载力计算
◊锚栓(含植筋钢筋)破坏时,承载力的计算
◊混凝土破坏时,承载力的计算
④锚固抗震设计
♦锚栓的选择
♦锚栓的布置
♦锚栓的最小有效锚固深度(见表7.0.3)
首选化学锚固
♦地震作用内力计算(按现行国家标准)
♦承载力降低系数k(可查表7.0.5),承载力抗震调整系数γRE=1.0
♦合理选择锚固参数,或采用有效措施,控制锚固破坏形式(仅发生钢材破坏)
♦保证机械锚栓始终处于受拉状态
♦锚固区基材具有定量的钢筋,锚固性能可大为改善
⑤构造措施
♦锚固基材厚度、群锚间距及边距规定(与6.1.11相应)
♦原结构承载力重新验算
♦锚栓设置禁区(砼保护层、建筑抹灰层、装修层)
♦控制锚栓温度应力变幅、防止锚栓疲劳破坏
♦防腐、防火
⑥锚固施工及验收
本规程与国家标准«
建筑结构加固工程施工质量验收规范»
(征求意见初稿,2005)比较
植筋施工示意图施工现场照片
施工及验收(相关国家标准介绍)
1、植筋技术(扫描)介绍
见扫描文件
(1)~(5)
2、锚栓技术(扫描)介绍
见扫描文件(6)~(10)
3、钢套筒法测锚固胶的剪切强度
见扫描文件(14)~(17)
4、锚固力现场检验方法
见扫描文件(18)~(22)
5、建筑工程竣工验收标准
见扫描文件(11)~(13)
二、锚固产品介绍
锚固胶产品标准介绍
产品检测国家标准介绍
其他加固用胶、加固技术介绍
锚固产品介绍(产品图片)
大连凯华锚固胶产品
1、锚固产品种类
机械锚固产品:
金属锚栓(膨胀型锚栓、扩孔型锚栓)、砼射钉、塑料锚栓
化学锚固产品:
锚固胶(植筋胶)、钢筋、螺杆
2、化学锚固产品
①产品包装形式:
单管装(塑料管、玻璃管)+螺杆(化学锚栓),双管装(机械注入式,带混合头和胶枪,有硬包装和软包装),双组分散装(现场配制搅拌后灌注)
②锚固胶种类(按化学成分):
有机锚固胶(环氧树脂类、乙烯基酯树脂类、不饱和聚酯树脂类),无机类(水泥、硫磺)
③锚固胶种类(按固化速度):
普通型(常温固化速度中等,低温固化慢,为环氧树脂类),快固型(常温快固化,低温良好固化,多为乙烯基酯树脂类、不饱和聚酯树脂类,也有快固环氧树脂类)
④锚固胶种类(按施工环境):
干燥环境施工用,潮湿环境施工用
3、有机锚固胶
共同特点:
双组分(主剂+固化剂),含大量无机填料
①环氧树脂类(改性环氧树脂类)
化学组成:
主剂(双酚A环氧树脂+改性剂+填料)、固化剂(胺+助剂+填料),其中该性剂包括增韧剂(例如聚酯、聚醚、液体橡胶等)、触变剂等;
助剂包括硅烷偶联剂(例如KH550,KH560等);
填料为硬质无机物,颗粒大小有要求(粒径一般以目数表示),对锚固力有很大贡献
固化机理:
环氧树脂分子链中的环氧基团和胺类化合物中的氨基反应,开环后生成体型高分子(热固性树脂)。
锚固机理:
化学粘接力(提供剪切力),琐键作用(与胶的本体性能相关)
优点:
百分之百反应型,固化物无毒无害,绿色环保;
粘接强度高,收缩小(或基本不收缩);
耐介质(水、油、酸、碱、盐、有机溶剂(甲苯、乙醇、丙酮等))性能良好;
耐久性佳;
价格相对便宜
缺点:
不耐紫外线、耐温性能欠佳(不超过60℃)、低温下不利于施工(固化缓慢、固化不完全、粘度变大)、垂直面及仰面难施工。
环氧树脂结构分析:
国内外主流产品性能介绍(爱牢达性能、凯华性能及实验研究、固特邦性能):
★凯华牌JGN型锚固胶拉拔性能测试及在实际工程中的应用(大连理工大学试验:
见扫描文件(53)~(68);
南京三建试验:
见扫描文件(37)~(42);
中南大学研究:
见扫描文件中南大1~4)
★爱劳达锚固胶性能(见扫描文件(69)~(71))
★固特邦锚固胶性能如下:
JN-Z的主要技术参数
施工温度
可操作时间
固化时间
5°
C
60min
100hour
15°
45min
72hour
25°
30min
48hour
35°
20min
24hour
JN-Z用于锚固螺拴(配合固特邦5.8级螺杆)
螺杆尺寸
钻孔直径D,mm
钻孔深度,mm
建议设计抗拉力,KN
建议设计抗剪力,KN
M10
12
90
11.2
12.2
M12
14
110
17.4
17.8
M16
18
125
24.0
33.0
M20
24
180
43.2
51.9
M24
28
220
60.0
74.2
M30
35
280
79.1
120.0
混凝土强度等级:
C30;
需更大拉伸锚固力可使用更高强度的螺杆并增大孔深,但最大为标准深度的2倍。
JN-Z用于埋植受力钢筋
钢筋直径Ø
钻孔最小直径D
HRB335(II级钢筋):
屈服强度fy=335N/mm2
混凝土强度等级:
C30
钢筋屈服理论埋深
建议施工钢筋埋深
建议最小植筋间距
建议最小植筋边距
mm
标准抗拔力Pk(KN)
mm
8
17
-
85
100
30
40
10
26
120
45
16
33
38
钢筋充分利用
130
150
55
20
42
48
54
160
50
60
22
57
62
67
200
65
25
58
64
71
77
84
240
270
75
70
91
98
105
320
82
89
97
104
112
127
360
95
32
102
118
137
164
395
460
114
122
142
163
206
470
540
140
155
178
222
269
580
640
190
40
48
199
248
298
348
820
900
240
250
钢筋埋深(mm)
260
300
350
400
500
600
700
产品包装形式:
散装(植筋)、单管装(配螺杆)(※SPIT管装属快固化环氧树脂,但成本高(成本高的原因:
特殊环氧树脂或固化剂))
适用的性能测试标准和方法:
②乙烯基酯树脂类
什么是乙烯基酯树脂?
乙烯基酯树脂是60年代发展起来的新型树脂。
如丙烯酸酯、丙烯酸环氧树脂以及乙烯酯等。
它是由环氧树脂和含双键的不饱和一元羧酸加成聚合的产物,
乙烯基酯树脂的种类:
(丙烯酸环氧树脂、甲基丙烯酸环氧树脂、丙烯酸聚氨酯、聚氨酯改性丙烯酸环氧树脂)
锚固胶的组成:
主剂(乙烯基酯树脂+活性单体+引发剂组分1+填料),固化剂(引发剂组分2+其他成分+填料)
(氧化-还原反应,双键打开自由基聚合)
结合了第二代丙烯酸酯类胶的特点(常温快固化)和环氧树脂的优点,能低温施工,施工快速、便捷,触变性良好(垂直面和仰面能施工)
固化后有收缩(实验室定性测定收缩的方法)、胶层表面干燥度不好(原因-氧阻聚)、成本高
国内外主流产品性能介绍:
(Fisher、Hilti、凯华(文章)、固特邦)
★凯华牌KH-CP98快速锚固胶的研制(大连理工大学螺旋道钉拉拔试验报告)
KH-CP98丙烯酸酯锚固胶粘剂的研制
王文军,李红旭,张首文
(中国科学院大连化学物理研究所凯华公司,大连116011)
摘要:
植筋(锚固)胶粘剂广泛应用于建筑结构加固、改造等工程领域。
本文合成了一种丙烯酸环氧酯预聚物L,以之为原料配制成功了KH-CP98丙烯酸酯锚固胶粘剂。
探讨了反应温度、时间、物料配比对合成反应的影响,研究了单体、增韧剂、填料与胶粘剂性能的关系和胶粘剂的储存稳定性。
所得锚固胶粘剂综合性能优良。
关键词:
建筑加固;
丙烯酸酯;
锚固;
胶粘剂
1.前言
化学植筋(锚固)是一种后锚固技术,在国内的兴起不到十年的时间,但已广泛应用于建筑物加固和结构改造的钢筋生根,玻璃及金属幕墙后加埋件的安装,城市快轨铁路道钉的锚固等工程领域。
化学植筋通过胶粘剂的化学粘合固定,不会对基材产生膨胀破坏,而且对结构有补强作用,其效果如同预埋。
植筋所用的胶粘剂按化学组成一般有不饱和聚酯、环氧树脂和丙烯酸酯三类。
近年来虽然出现了无机类的胶种,工程中却并不常用。
不饱和聚酯类锚固胶粘剂固化速度快、价格相对低廉,但气味大,且固化后胶本体收缩严重;
通常用的环氧树脂类锚固胶粘剂综合性能优良,但固化速度相对缓慢,而且由于粘度大,不适合定量灌装后的胶枪施工。
本文研制的KH-CP98锚固胶粘剂以丙烯酸环氧酯为主体材料,充分结合了环氧树脂力学性能优异和丙烯酸酯固化速度快的特点,而且施工性能良好。
2.实验部分
2.1原料和仪器
双酚A型环氧树脂:
工业品,无锡树脂厂
丙烯酸(酯)类单体:
工业品;
过氧化苯甲酰(BPO):
工业品
硅烷偶联剂:
叔胺类促进剂:
液体橡胶:
无机填料:
助剂:
化学纯
岛津(AG-5000A型)电子万能试验机
WD-1型电子万能试验机
贺利氏XENOTESTBETALM型老化仪
数显油压串心式千斤顶拉拔仪
2.2丙烯酸环氧酯(L)的合成
在反应釜中加入计量好的环氧树脂,开动搅拌并升温到所需温度,滴加丙烯酸类单体、阻聚剂和催化剂的混合溶液,滴加完后继续反应。
每隔0.5~1.0小时测定一次反应液的酸值,直到酸值低于预期值后停止反应,趁热出料。
合成的L为红棕色粘稠液体。
2.3锚固胶粘剂的配制
将液体橡胶、L、BPO、助剂溶于丙烯酸(酯)类单体中,再加入无机填料后分散均匀得甲组分;
将液体橡胶、L、叔胺类促进剂、硅烷偶联剂、助剂溶于丙烯酸(酯)类单体中,再加入无机填料后分散均匀得乙组分。
2.4锚固胶粘剂的性能测试
2.4.1拉伸剪切强度
冻融循环50次后拉伸剪切强度;
高温(80±
2℃)168小时后拉伸剪切强度;
人工老化2000小时后拉伸剪切强度
冻融循环试验条件:
-20℃3小时,50℃3小时,常温水中放置3小时为一循环。
老化试验条件:
黑板温度65±
2℃,相对湿度60~80%,辐照度55W/m2,波长范围:
300~400nm,淋雨周期:
18min/102min。
2.4.2拉拔试验
在强度等级大于C35的混凝土上钻Ф28mm、深115mm的孔,注入锚固胶,植入Ф24mm的螺旋道钉,一定时间后用拉拔仪进行拉拔试验。
3.结果与讨论
3.1L的合成原理及工艺条件
丙烯酸类单体与环氧树脂的反应系加成反应,可表示如下:
催化剂用叔胺类。
国内有人研究过叔胺催化丙烯酸与环氧树脂反应动力学,催化反应机理如下:
该反应是一个成环机理,而且是酸与叔胺首先发生反应。
3.1.1反应物相对比例
理论上羧基当量与环氧基当量之比为1:
1。
为使环氧基全部开环,以避免在产物中遗留游离环氧基,羧基应适当过量,以过量5%为宜。
若过量太多,会引起丙烯酸类单体自聚及其他副反应,比如多余的酸与环氧基开环后生成的羟基发生酯化反应等。
3.1.2反应温度
反应温度以105℃~120℃为宜。
温度超过120℃,生成的丙烯酸环氧酯预聚物极易形成凝胶和暴聚;
温度低于105℃,反应液酸值下降缓慢,到达反应终点所需时间会相应延长。
3.1.3反应时间
以2.5~4.5小时为佳。
反应时间过长,各种副反应发生的机会相应增加;
而且高温下长时间反应,也易发生凝胶。
3.2胶粘剂的配制
本文研制的锚固胶粘剂配方采用所谓的双主剂型丙烯酸酯结构胶粘剂体系,即两个组分中主体材料完全一样,只是一个组分中加入过氧化物引发剂,另一个组分中加入促进剂。
配制工艺简单易行,而且胶粘剂性能稳定,便于实际工程应用。
3.2.1单体
丙烯酸(酯)类单体的选择会直接影响胶粘剂的各种性能。
单体不仅仅是用作溶剂和稀释剂,而且本身也能在氧化-还原引发体系的作用下进行自由基聚合,参与到胶粘剂的固化反应中。
传统的丙烯酸(酯)类单体,例如丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯等虽然来源易得、价格低廉、粘度低、活性稀释能力强,但这些单体气味大、易挥发,给胶粘剂的使用和储存带来不便。
本文选用了几种丙烯酸酯类单体,并对其性能进行了比较,结果如下:
表1各种丙烯酸酯单体性能
项目
单体
挥发性
气味
反应活性
稀释能力
价格
厌氧性
甲基丙烯酸甲酯
◎
单体QE
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- 混凝土 锚固 技术