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日本开发出低成本抗震加固技术,通过树脂覆膜防止倒塌

来源:日经技术在线! 日期:2013年4月20日 19:32

【日经BP社报道】随着设施的老化加剧,日本的社会基础设施日益脆弱。但由于政府财政困难,无法开展大规模的抗震加固等工程。作为新的施工方法,日本现在正在开发充分利用树脂特性的低成本、短工期加固技术。 

       日本山梨县中央高速公路笹子隧道事故造成9人遇难的重大伤亡,震惊了日本列岛。虽然责任在于未用铁锤进行“敲击检查”,但此次事故再次反映出了日本各地社会基础设施缺乏维护的沉痛现实。 

       2011年的东日本大地震、此次的隧道事故以及令人担心的东京直下型地震。虽然警钟不断敲,但应对日本社会基础设施老化的抗震加固工程却并未能顺利开展,其中最大的原因是成本问题。 

       比如因老化问题而令人担心的首都高速公路,要进行抗震加固,需要在桥墩上包裹铁板并在桥桁部分覆盖碳纤维板等以提高强度。首都高速公路计划在2012年度内按照日本政府在1995年阪神淡路大地震后调整的抗震标准,完成上述加固工程和老化部件的更换。 

       上述加固工程的优点在于可继续使用原有的桥墩和桥桁,只通过追加施工即可加固。而缺点是材料费及加工费等成本负担重,工程本身也耗资巨大。 

       以更便宜、更简单的施工进行加固——这是处于财政困境中的地方政府急需解决的课题。在这种情况下,清水建设、三井化学产资及日本防卫大学把目光投向了一种合成树脂材料。 

目光投向树脂 

       三方合作开发的是只需对着对象物喷涂“聚脲”合成树脂涂层的极其简单的施工方法。但与铁板和碳纤维板相比,其强度还拆强人意。因为向对象物喷聚脲树脂,对象物本身的强度基本不会提高。但是,聚脲具有保持形状的重要特点。 


       聚脲树脂是氨酯的一种,由异氰酸酯组分与氨基化合物的化学反应生成,并不是什么新开发的特殊树脂。由于这种材料耐酸碱,因此此前一直被用做保护构造物被液体腐蚀的涂层剂,三井化学产资公司也曾销售过。 

       但是,此次关注的是聚脲的另一个特性。如上图所示,与环氧树脂和聚氨酯等树脂相比,聚脲树脂兼备树脂的强度和伸缩性。也就是说,其特点是韧性大,即使受到瞬间的强烈撞击,也会保持着结合进行伸缩,因此受撞击后能恢复到原来的形状。 

       下面的插图和照片就是根据聚脲的这一特点,实际进行碰撞试验的结果。从1m高处向U字形有钢筋的混凝土块砸下20kg的重物。未喷聚脲树脂的普通混凝土块撞击一次就会出现裂痕,反复撞击2~3次,就会像照片上那样断裂。 


       但是,喷上厚度为2.5mm的聚脲树脂层后,反复撞击,形状虽有所改变,但不会断裂。反复撞击20次也未变形,最后还是用铁锤敲击了几次,部分混凝土块才出现了裂缝。 

       其实这时土块已有损伤,从截面来看已有无数裂缝。但即使这样,土块仍能保持形状不变,这是因为聚脲树脂具有不容易断裂,能恢复原来形状的特性。清水建设技术开发部部长河野重行介绍说:“全面施加涂层,特性会更高”。 

       这从上图的图表中也可以看出来。未喷涂聚脲树脂的钢筋混凝土承受一定载重时,开始变形,继续施加负荷,变形量在某个时间点就不再增加,这是受损后已经不能再变形的状态。而喷涂聚脲树脂涂层后,钢筋混凝土在这之后还会继续变形。这证明构造物并未断裂而在继续拉伸。 

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