我们都知道,建筑材料是建筑工程的物质基础,任何一个建筑物都是由多种散体建筑材料经过精心设计和复杂的施工构建而成。同样,结构工程的加固材料,也是所有加固补强与改造工程的物质基础,是每一个加固项目经过建筑经设计、施工、验收而完成的。在加固工程中所用材料,其用量虽然不如新整体建筑工程那么大,但是它涉及的品种繁多,性能要求各异,因此,又有别于其他门类的材料。随着加固理论的深入研究和发展,施工方法的不断革新,不断推动新材料的出现与发展。因此,要做好加固工程的工作,必须要对加固工程材料做深入的了解,并最大限度地发挥其在加固施工中的作用与功能,进而达到保证施工质量的目的。
加固工程材料、品种很多,所涉及性能也五花八门,但是最为重要的是其外观,物理性能和力学性能,对这些性能的详细了解和掌握,及其检测方法的熟悉,才有利于更好的使用。
在《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB50728-2011中对加固材料基本性能的鉴定有一个重要的性能参数——弹性模量。对于加固材料而言,其真正的意义是什么?弹性模量又如何理解呢?工程上弹性模量被称为材料的刚度,表征材料对弹性变形的抗力。一般地讲,对弹性体施加一个外界作用,弹性体会发生形状的改变,称为“应变”。“弹性模量”的一般定义是:单向应力状态下应力除以该方向的应变。弹性模量计算公式E=F/L
E是弹性模量,F是应力,L是应变,所以弹性模量就是应力除以应变,是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。
这么说似乎有点抽象,要理解弹性模量也不难,我们拿生活用品一根橡皮筋和一根筷子做个比较,橡皮筋很容易弯曲却不会发生形变,并且能够恢复到原来的样子,因此它很难被掰断,弹性模量小;再说筷子,施加一定的力后,其断裂时发生较小的变形,所以说它的弹性模量是比较大的。
然而,弹性模量越大材料性能越好吗?弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标,其值越大,使材料发生一定弹性变形的应力也越大,即材料刚度越大,亦即在一定应力作用下,发生弹性变形越小。
很多厂商就在这一点上打主意,宣称自己生产的加固材料弹性模量超高,加固中的战斗机!真的是这样吗?请注意,我们鉴定材料基本性能并不只是弹性模量一个指标,另外还有强度、伸长率、抗剪切方面的鉴定。强度很容易与刚度混淆,它是指材料在外力作用下抵抗破坏(变形和断裂)的能力。下面我们拿结构涂布胶来举例说明,如图3所示,其抗拉弹性模量,Ⅰ类胶3.2×10³Mpa,Ⅱ类胶3.5×10³Mpa,Ⅰ类胶A级伸长率1.2%,Ⅰ类胶B级伸长率1.0%,Ⅱ类胶伸长率1.5%,Ⅰ类胶A级抗剪强度,Ⅰ类胶B级抗剪强度14Mpa,Ⅱ类胶不抗剪。由上面参数可以得出,虽然Ⅰ类胶弹性模量不占优势,但是综合其他力学参数来看,Ⅰ类胶的性能是优于Ⅱ类胶。如果材料不容易发生形变,但却很容易被拉断或剪切,这就是有了刚度但没有强度,这在加固上是行不通的,如果使用了这样的材料就不能达到真正意义上的加固。所以好材料必须是高弹性模量、高强度配上适当的伸长率、剪切强度才能真正发挥加固的作用。