随着我国“一带一路、京津冀协同发展、长江经济带”三大战略的推进, 铁路、公路、市政、桥梁、隧道、电力、水利等与民生息息相关的基础设施正逐步成为工程建设领域的主战场。其中, 预应力混凝土结构在基础建设中所占比例较大, 而缓粘结预应力技术因其具有突出的技术优势在预应力混凝土领域的市场份额逐年递增。目前, 以环氧胶粘剂类为缓凝粘合剂、聚乙烯塑料类为护套的缓粘结预应力钢绞线产品是我国现阶段缓粘结预应力技术发展的主流方向。随着缓粘结市场的放量, 大批企业涌入, 由于对缓粘结构造机理认知有误、盲目追求利润, 导致缓粘结产品良莠不齐, 而缓粘结产品的检测亦未跟上技术的发展, 为工程安全埋下隐患。

　　 为此, 本文从缓粘结构造机理分析着手, 结合缓粘结产品检测的现状, 对缓凝粘合剂材料拉伸剪切强度的快速检验方法进行研究, 以期为工程应用提供合理、快速、有效的检测方法。

　　 缓粘结预应力技术的核心是缓粘结预应力钢绞线产品, 其是由预应力钢绞线、内外层由对称横肋的护套及一定厚度的充分填充于护套和预应力钢绞线之间的缓凝粘合剂构成 (图1) 。缓凝粘合剂初期具有一定流动性及对钢绞线良好的附着性, 在施工阶段可保障预应力钢绞线自由地伸缩、变形。在施工完成后, 缓凝粘合剂在预定时间内固化, 达到一定强度并与预应力钢绞线、护套粘结为一体, 通过缓凝粘合剂与护套共同的横肋与混凝土形成咬合, 实现预应力钢绞线与混凝土的一体化, 使其共同受力工作 (图2～4) 。

　　 根据上述作用机理, 缓凝粘合剂的固化周期较长, 在整个工程施工阶段始终处于未固化状态、不具备强度, 如何在材料进场初期即测定出缓凝粘合剂的最终固化强度, 实现准确的前置预判, 是当前缓粘结技术的一个重要研究内容。

　　 鉴于在缓粘结预应力钢绞线使用的过程中, 缓凝粘合剂始终受剪切力的作用, 故而其拉伸剪切强度是一个非常重要的力学性能评定指标。本文以此开展全面的试验研究, 以确定其快速检验方法。

　　 住房和城乡建设部先后颁布了《缓粘结预应力钢绞线专用粘合剂》 (JG/T 370—2012) ^[1] (简称JG/T 370—2012) 、《缓粘结预应力钢绞线》 (JG/T 369—2012) ^[2] (简称JG/T 369—2012) 和《缓粘结预应力混凝土结构技术规程》 (JGJ/T 387—2017) ^[3] (简称JG/T 387—2017) 三项标准。三项标准中对于缓凝粘合剂固化后力学性能的检测方法均按JG/T 370—2012执行, 其表述为:采用对试件加热或在缓凝粘合剂中加入促进剂的方法使其快速固化后进行相应力学性能的测定。

　　 工程中材料进场后往往要求能够快速检测并得出结果, 以便不影响工程进度。但现行标准中对取样和检验方法 (如加热温度或促进剂种类及添加量, 快速固化时间等) 并没有详细的操作指引。

　　 该试验所用缓凝粘合剂由环氧树脂、固化剂、添加剂 (稀释剂、增韧剂、触变剂、偶联剂、填充剂等) 构成。其中, 环氧树脂含量为35% (本文所述环氧树脂含量均为占缓凝粘合剂质量的百分比) 。试验温度选70, 80, 90℃ 3种, 分别在3种试验温度下按下述步骤及方法进行测试:1) 配制100g的缓凝粘合剂。2) 分别添加2, 4, 6-三 (二甲胺基甲基) 苯酚 (又名DMP-30或K54) 作为固化促进剂, 其添加量为缓凝粘合剂中环氧树脂含量的3%。3) 将固化促进剂与缓凝粘合剂混合均匀后制作拉伸剪切试件, 每组试件数量为5片。4) 将制好的试件在25℃下静置24h。5) 将已凝胶的试件分别放置于70, 80, 90℃的温度箱内。6) 置于温度箱24h后, 即取出试件, 恢复至室温。7) 从温度箱取出24h内, 按《胶粘剂拉伸剪切强度的测定 (刚性材料对刚性材料) 》 (GB/T 7124—2008) ^[4] (简称GB/T 7124—2008) 标准的规定对试件进行拉伸剪切强度的测试。8) 测试结果以有效试件 (每组有效试件数量不得少于5片) 的拉伸剪切强度算数平均值表示。试验结果见表1。

　　 考虑到拉伸剪切强度试件制作的时间 (促进剂在缓凝粘合剂中搅拌均匀后至在拉剪试件上涂抹缓凝粘合剂层的时间) 对试件搭接的效果存在一定的影响, 进而影响测试结果, 使试验数据存在一定离散性。为保障试验结果的准确性、代表性, 本文所述各试验均重复进行10次, 表1中所列拉伸剪切强度指标是将离散性较大的试验数据剔除后的算术平均值。

　　 综上可知, 相同配比的缓凝粘合剂在70, 80, 90℃温度下24h的拉伸剪切强度相接近, 且均大于8MPa。

　　 该试验缓凝粘合剂为三类, 每类缓凝粘合剂的组分与3.1节相同, 固化剂与环氧树脂的质量百分比亦相同, 但环氧树脂含量分别为18%, 25%, 35%。试验温度为80℃, 参照3.1节试验方法。试验结果见表2。

　　 综上, 在80℃、固化剂与环氧树脂的质量百分比相同的条件下, 缓凝粘合剂的拉伸剪切强度随环氧树脂含量的降低而减小, 且降幅显著。

　　 该试验所用缓凝粘合剂同3.1节, 试验温度为80℃。将缓凝粘合剂在80℃下分别放置1, 3, 5, 7, 14, 21d后进行测试。试验结果见表3。

　　 综上, 缓凝粘合剂在80℃下的拉伸剪切强度随加热时间的增长而增大, 在达到10MPa后趋于稳定。

　　 25℃环境下, 参照3.1节试验方法, 不同之处是缓凝粘合剂中不添加固化促进剂, 待缓凝粘合剂的粘度增大到适宜的程度时制作拉伸剪切强度试件, 随后定期进行拉伸剪切强度的测试。试验结果见表4。

　　 综上, 未添加固化促进剂的缓凝粘合剂在25℃下的拉伸剪切强度随时间的增长而增大, 在达到10MPa后趋于稳定。

　　 结合上述试验研究, 并依据JG/T 370—2012的规定, 以及缓凝粘合剂的特性与缓粘结预应力工程的特点, 制定出缓凝粘合剂拉伸剪切强度的进场快速检验方法如下。

　　 (1) 于进场的同批次材料上随机截取3根长度不小于0.5m的缓粘结预应力钢绞线。

　　 (2) 从3根缓粘结预应力钢绞线的中部刮取总计为100g的缓凝粘合剂。

　　 (1) 为使缓凝粘合剂快速固化, 选择2, 4, 6-三 (二甲胺基甲基) 苯酚 (又名DMP-30或K54) 作为固化促进剂。

　　 (2) 该固化促进剂的添加量不得超过所取缓凝粘合剂重量的3%。

　　 (3) 将固化促进剂与缓凝粘合剂混合均匀后制成拉伸剪切试件。试件数量为5片。

　　 (4) 将制好的试件在25℃下静置24h。

　　 (5) 将已凝胶的试件放置于80℃的温度箱内。

　　 (1) 置于温度箱24h后, 即取出试件, 恢复至室温。

　　 (2) 从温度箱取出的24h内, 按GB/T 7124—2008标准的规定对试件进行拉伸剪切强度的测试。

　　 (1) 测试结果以有效试件 (有效试件数量不得少于3片) 的拉伸剪切强度算数平均值表示。

　　 (2) 拉伸剪切强度不应小于8MPa。

　　 用本文提出的检验方法测得缓凝粘合剂拉伸剪切强度快速固化后达8MPa时, 即可保证缓凝粘合剂自然固化后的最终强度达10MPa以上。该方法检测时间短、检测手段方便, 有利于材料的工程进场检验。

　　 另外, 通过试验得出, 环氧树脂在缓凝粘合剂中的质量百分含量在35%左右时, 缓凝粘合剂自然固化后的拉伸剪切强度可达10MPa以上。此项亦为今后缓凝粘合剂快速检验方法提供了一个新的研究方向。