環(huán)氧樹(shù)脂混凝土在混凝土修補(bǔ)加固中的應(yīng)用
2015-05-21
張石高速公路S12標(biāo)預(yù)制廠有1片箱梁在進(jìn)行腹板正彎矩張拉時(shí)發(fā)生錨墊板拉裂現(xiàn)象，在檢查中發(fā)現(xiàn)主要原因是由于錨下砼不密實(shí)造成的。如直接采用C50混凝土作為修補(bǔ)材料，由于其粘結(jié)強(qiáng)度低，將其用于混凝土修補(bǔ)，容易造成界面粘結(jié)不牢、開(kāi)裂而導(dǎo)致混凝土再度損壞等質(zhì)量問(wèn)題，整體強(qiáng)度很難達(dá)到張拉要求。通過(guò)采用環(huán)氧樹(shù)脂混凝土加固補(bǔ)強(qiáng)措施，三天后混凝土就達(dá)到強(qiáng)度，安全地進(jìn)行了張拉壓漿，得到了很好的控制，取得了滿意的結(jié)果。
1環(huán)氧樹(shù)脂混凝土主要性能、成分
環(huán)氧樹(shù)脂混凝土是指以環(huán)氧樹(shù)脂為主料，摻入適量的固化劑、增塑劑、稀釋劑及填料作為膠粘劑，以砂、石作為骨料，經(jīng)混合、成型、固化而成的一種復(fù)合材料，是聚合物混凝土中純聚合物混凝土的一種。
環(huán)氧樹(shù)脂混凝土具有強(qiáng)度高、韌性好，抗沖擊強(qiáng)度大，良好的耐化學(xué)腐蝕、耐磨、耐水和抗凍性能，并且與金屬和非金屬材料粘結(jié)強(qiáng)度高、電絕緣性好，彌補(bǔ)了水泥混凝土抗拉強(qiáng)度低、抗拉應(yīng)變小、抗裂性小、脆性大等缺點(diǎn)。固化后的環(huán)氧樹(shù)脂混凝土對(duì)大氣、潮濕、化學(xué)介質(zhì)、細(xì)菌等都有很強(qiáng)的抵抗力。
1.1環(huán)氧樹(shù)脂。環(huán)氧樹(shù)脂是一種含有環(huán)氧基的高分子聚合物，由環(huán)氧氯丙烷及二酚基丙烷（雙酚A）在堿的作用下縮聚而成的液體樹(shù)脂。環(huán)氧樹(shù)脂是線性結(jié)構(gòu)的熱塑性聚合物，加熱呈塑性，本身不會(huì)硬化，當(dāng)加入一定量硬化劑后，經(jīng)室溫放置或加熱處理后，與固化劑發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，變?yōu)椴蝗苡谒膱?jiān)固體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的巨大分子高聚物，其性能亦能由熱塑性變?yōu)闊峁绦裕袒箫@出強(qiáng)度高，粘結(jié)力大，收縮性小及化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中，一般選擇常溫下是液態(tài)的樹(shù)脂，以保證混凝土拌和物施工要求的流動(dòng)性，便于成型。
本工程選用6101號(hào)（E44）環(huán)氧樹(shù)脂。其軟化點(diǎn)為12～20℃、環(huán)氧值（當(dāng)量／100ｇ）為0.41～0.47，為淡黃色至棕黃色粘稠透明液體。
1.2固化劑。固化劑的主要作用是使熱塑性、線型環(huán)氧樹(shù)脂交聯(lián)成體型網(wǎng)狀巨大分子，成為不溶于水的硬化產(chǎn)物。本工程采用的胺類硬化劑為乙二胺（EDA），純度大于70％，為無(wú)色透明液體。
1.3增塑劑。由于單純的環(huán)氧樹(shù)脂固化后，脆性較大，抗沖擊強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、耐熱性能較差，加入增塑劑可增加環(huán)氧樹(shù)脂的可塑性，改善其韌性，提高抗彎和抗沖擊強(qiáng)度。本工程采用的增塑劑是底分子聚酰胺203＃，為棕色透明液體。
1.4稀釋劑。添加稀釋劑的主要作用在于降低環(huán)氧樹(shù)脂粘度，便于膠粘劑浸潤(rùn)骨料、基層表面，提高粘結(jié)力，增加體積和填料含量，同時(shí)可以控制環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑的反應(yīng)熱，延長(zhǎng)使用時(shí)間。本工程采用的稀釋劑為二甲苯，為無(wú)色至淡黃色透明液體，易溶于乙醚、苯，不溶于水。
1.5填充料。填充料的用途不僅可以減少環(huán)氧樹(shù)脂用量，降低成本，而且能使環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的性能進(jìn)一步改善，減少膠粘劑的熱脹系數(shù)、收縮率、放熱溫度，增加熱導(dǎo)率和粘結(jié)力，提高穩(wěn)定性，消除固化物中的成型應(yīng)力，避免發(fā)生裂縫，改善粘結(jié)性能，降低吸水性，延長(zhǎng)使用壽命，還能調(diào)節(jié)粘度、流動(dòng)性等工藝性能。本工程采用水泥、砂、石作為填充料提高強(qiáng)度。其中水泥采用河北邯鄲太行山P.O42.5R水泥；砂采用過(guò)篩水洗干凈的中粗砂；碎石采用水洗干凈的5～10mm和10～20mm的碎石。
1.6C50環(huán)氧樹(shù)脂混凝土配合比如下：
C50環(huán)氧樹(shù)脂混凝土試件抗壓強(qiáng)度表。項(xiàng)目部試驗(yàn)室按此C50環(huán)氧樹(shù)脂混凝土配合比進(jìn)行了試配，發(fā)現(xiàn)三天混凝土強(qiáng)度就能達(dá)到 53.15MPa，符合張拉要求，可以進(jìn)行箱梁加固補(bǔ)強(qiáng)施工。
2環(huán)氧樹(shù)脂混凝土加固補(bǔ)強(qiáng)施工工藝
采用環(huán)氧樹(shù)脂混凝土行修補(bǔ)加固處理時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、工程特點(diǎn)及施工進(jìn)度合理組織施工。施工流程為：剔除酥松混凝土→清理鋼筋銹蝕層→安放錨墊板、彈簧筋→補(bǔ)焊加固鋼筋→高壓水沖洗加固面→支設(shè)模板→澆筑樹(shù)脂混凝土→固化養(yǎng)護(hù)→表面抹灰、張拉壓漿。具體施工步驟如下：
表面處理。為確保環(huán)氧樹(shù)脂混凝土與原混凝土具有良好的粘結(jié)，一般用鋼絲刷或噴砂方法清除表面浮層污物(有油漆或油脂污染部位用丙酮洗刷)。本工程中首先采用人工鑿毛方法，鑿掉破損的混凝土，使表面露出堅(jiān)硬、牢固的混凝土面，鑿毛必須徹底全面，但也不宜深度過(guò)大，以免破壞了未碳化和損破的混凝土。松散混凝土鑿出后，用砂輪切割機(jī)將四周切齊，以保證砼澆筑完后表面美觀。然后用鋼絲刷將松軟的混凝土碎渣刷干凈。如果鋼筋銹蝕外露，還應(yīng)對(duì)鋼筋表面進(jìn)行除銹，并涂刷鋼筋防銹劑。
鋼筋加固。按圖紙要求重新安放錨墊板和彈簧筋，并在錨墊板四周補(bǔ)焊四根φ25螺紋鋼筋加強(qiáng)，并加設(shè)φ10箍筋與原鋼筋進(jìn)行聯(lián)接。
表面沖洗飽和。對(duì)鑿除的混凝土表面，采用高壓水槍(采用飲用水)將碎屑、灰塵沖洗干凈，并連續(xù)、均勻地噴灑，使表層混凝土達(dá)到飽和狀態(tài)，且表面無(wú)明水。待表面干燥后立模加固。
環(huán)氧樹(shù)脂混凝土的配制。根據(jù)選用的原材料、設(shè)計(jì)技術(shù)及施工和易性要求事先進(jìn)行試拌?，F(xiàn)場(chǎng)可用砂漿攪拌機(jī)拌和或人工拌和，其各組分的配比用量必須嚴(yán)格控制。
首先稱取定量的環(huán)氧樹(shù)脂，按膠料配合比加入稀釋劑二甲苯與環(huán)氧樹(shù)脂均勻拌和，待溫度降至常溫后，加入適量的底分子聚酰胺進(jìn)行攪拌，攪拌均勻后再加入固化劑乙二胺充分?jǐn)嚢钄嚢杈鶆?，制成環(huán)氧樹(shù)脂漿液。同時(shí)按配比稱取適量符合要求的砂和碎石拌勻，再加入水泥攪拌。若人工拌和，宜在鐵皮板上或大鐵盆里進(jìn)行，以防止拌和漿液流失。然后進(jìn)行混凝土澆筑，澆筑時(shí)要用直徑25圓鋼充分振搗密實(shí)。施工中作試塊2組以便進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)，控制張拉時(shí)間。
固化養(yǎng)護(hù)?；炷翝仓?個(gè)半小時(shí)即可拆除模板，模板拆除完畢后立即用碘鎢燈烘烤12小時(shí)，使平均溫度達(dá)到80℃～100℃以保證環(huán)氧樹(shù)脂混凝土順利固化達(dá)到強(qiáng)度要求。養(yǎng)護(hù)期間避免人為損壞和水淋。3天后進(jìn)行試塊施壓，強(qiáng)度平均達(dá)到53MPa，滿足要求可受力使用。張拉順利完成沒(méi)有出現(xiàn)任何異常情況，隨后又進(jìn)行壓漿施工。
3施工注意事項(xiàng)
3.1應(yīng)用于工程中的所有材料應(yīng)有合格證，無(wú)產(chǎn)品合格證或檢驗(yàn)不合格不得應(yīng)用于工程中。我們?cè)诔醮卧嚺鋾r(shí)就因?yàn)橘?gòu)買的環(huán)氧樹(shù)脂不是正規(guī)廠家生產(chǎn)的，結(jié)果幾次都沒(méi)有試配成功。
3.2環(huán)氧樹(shù)脂施工，其配合比是關(guān)鍵。施工配合比必須進(jìn)行試配，其稠度、粘度以便于施工為宜，環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)盡量選用同一批號(hào)，以使完成后形成的混凝土色澤均勻。
3.3配合時(shí)，要用計(jì)量工具準(zhǔn)確計(jì)量，特別是固化劑的用量，如用量過(guò)多，硬化速度過(guò)快，以至無(wú)法滿足施工操作時(shí)間的要求，同時(shí)混凝土表面容易開(kāi)裂；用量過(guò)少，硬化反應(yīng)將不完全，凝結(jié)時(shí)間太長(zhǎng)，即使養(yǎng)護(hù)時(shí)間很長(zhǎng)，仍然不能固化，強(qiáng)度很難上到標(biāo)號(hào)。所以乙二胺用量應(yīng)通過(guò)計(jì)算準(zhǔn)確控制，它是保證環(huán)氧樹(shù)脂混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵。
3.4配制好的環(huán)氧樹(shù)脂混凝土自加入固化劑起計(jì)時(shí)，必須要在40分鐘內(nèi)用完，以防環(huán)氧固結(jié)。
3.5環(huán)氧樹(shù)脂工程嚴(yán)禁在雨天進(jìn)行施工。施工時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂本身的溫度不得低于 5 ℃ ，空氣相對(duì)濕度不大于 80 ％。
4結(jié)論
通過(guò)這次加固補(bǔ)強(qiáng)施工，可以看到，與普通水泥混凝土相比，環(huán)氧樹(shù)脂混凝土是一種具有極好耐久性和良好力學(xué)性能的多功能材料。其抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度均高于普通水泥混凝土，抗沖耐磨性能、抗凍性、抗?jié)B性、耐水性、耐化學(xué)腐蝕性能良好，適用于比較惡劣的環(huán)境，有廣闊的應(yīng)用前景。采用環(huán)氧樹(shù)脂混凝土進(jìn)行修補(bǔ)加固處理時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、工程特點(diǎn)及施工進(jìn)度合理組織施工。
