環(huán)氧樹(shù)脂在水工程應(yīng)用中的質(zhì)量控制措施探析

付文禹 劉福榮

1.寧夏漢延渠管理處，銀川 750004；

2.寧夏紅寺堡揚(yáng)水管理處，寧夏銀川 750000

環(huán)氧樹(shù)脂在水工程應(yīng)用中的質(zhì)量控制措施探析

付文禹1劉福榮2

1.寧夏漢延渠管理處，銀川 750004；

2.寧夏紅寺堡揚(yáng)水管理處，寧夏銀川 750000

環(huán)氧樹(shù)脂修補(bǔ)技術(shù)是利用環(huán)氧樹(shù)脂與配置成的基本材料對(duì)建筑物構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的工程技術(shù)措施。在水工程中，常用于鋼筋混凝土保護(hù)層的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)、渡槽（涵洞）伸縮縫橡膠粘貼和建筑物防水涂層。以寧夏漢延渠水利工程多年應(yīng)用環(huán)氧樹(shù)脂材料的實(shí)踐為例，就西北地區(qū)氣候、環(huán)境下，如何解決環(huán)氧樹(shù)脂材料應(yīng)用中常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，從材料配制和應(yīng)用技術(shù)方面進(jìn)行探討。

環(huán)氧樹(shù)脂；質(zhì)量控制

引言

漢延渠是寧夏引黃灌區(qū)主要干渠之一，全長(zhǎng)86km，設(shè)計(jì)流量80m3/s，控制灌溉面積45萬(wàn)畝。漢延渠上共有渡槽9座，自上世紀(jì)90年代以來(lái)，先后新建2座，維修翻建7座。其中有3座采用環(huán)氧砂漿或環(huán)氧碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)T形梁、工字梁，有6座采用環(huán)氧砂漿粘貼U型橡膠處理伸縮縫。經(jīng)過(guò)20多年運(yùn)行，工程質(zhì)量穩(wěn)定，持續(xù)發(fā)揮作用，取得了良好的工程效益和經(jīng)濟(jì)效益。

但環(huán)氧樹(shù)脂材料對(duì)施工工藝和溫度控制的要求較高，往往由于采取的方法不當(dāng)或工藝不精，容易出現(xiàn)渡槽伸縮縫橡膠粘貼不牢、維修混凝土保護(hù)層加固效果不理想等現(xiàn)象。本文在分析多年應(yīng)用環(huán)氧樹(shù)脂材料正反方面經(jīng)驗(yàn)、并參考有關(guān)高分子化合物材料文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，就提高環(huán)氧樹(shù)脂材料工程質(zhì)量進(jìn)行分析探討，從環(huán)氧樹(shù)脂材料配制方法和實(shí)際應(yīng)用技術(shù)方面提出改進(jìn)措施。

1 影響環(huán)氧樹(shù)脂材料粘接質(zhì)量的主要原因分析

在漢延渠水利工程最初應(yīng)用環(huán)氧樹(shù)脂材料施工中，因未具體分析影響工程質(zhì)量的因素，如春秋冬季施工的氣候特點(diǎn)、老舊混凝土表面的具體情況、施工工藝的針對(duì)性和適用性等，造成工程局部出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析研究和參考有關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)出影響環(huán)氧樹(shù)脂工程質(zhì)量的主要原因，有以下幾個(gè)方面：

1.1 環(huán)氧樹(shù)脂材料配置方法不當(dāng)。環(huán)氧樹(shù)脂黏結(jié)劑根據(jù)用途的不同和工程施工環(huán)境氣候的不同，因采用相應(yīng)的配方和配制方法。如果配制程序、劑量、溫度控制不好，不僅影響粘接質(zhì)量，還會(huì)造成材料浪費(fèi)。

1.2 被粘接物表面有缺陷。老舊混凝土表層存在的明顯或隱藏的松動(dòng)、裂縫現(xiàn)象，如不徹底清除，在采用環(huán)氧材料粘接后，會(huì)因?yàn)橥饬υ黾釉斐苫炷粮篌w積的脫落。

1.3 被粘接物表面處理不徹底。 老舊建筑物混凝土表面常常會(huì)存在氧化層，或附著泥沙、塵土、油污、水膜等物質(zhì)，如不將這些雜物清除干凈，會(huì)直接影響粘接效果。

1.4 被粘接物表面不平整。如被粘接物表面過(guò)于粗糙、起伏不平，會(huì)因?yàn)楸徽辰游锏墓腆w性和黏結(jié)劑的流動(dòng)性造成粘接面不能完全貼合，出現(xiàn)大量空隙，從而降低界面的嚙合力和黏結(jié)力[1]。

1.5 施工工藝不正確。不同的用途應(yīng)采用不同的施工工藝，如不能因地制宜選擇合適的施工方法，也會(huì)影響工程質(zhì)量。

2 環(huán)氧樹(shù)脂基礎(chǔ)材料的配制方法及質(zhì)量控制措施

2.1 環(huán)氧樹(shù)脂基礎(chǔ)材料的配方

環(huán)氧樹(shù)脂只有通過(guò)摻用固化劑、稀釋劑、增韌劑和各種填充料，按照一定的配方，配置成環(huán)氧膠液、環(huán)氧砂漿（或環(huán)氧混凝土）等基本材料才能發(fā)揮工程用途[2]。由于寧夏渠道水利工程施工一般在春、秋、冬季進(jìn)行，期間正常氣溫一般在18℃以下，氣溫較低，且風(fēng)沙天氣較多。針對(duì)特殊的氣候和環(huán)境，漢延渠水利工程主要采用雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、牌號(hào)為E-44（6101#）的產(chǎn)品，并采用具有防滲、抗磨損、抗凍融，固化后收縮小等性能的環(huán)氧膠液和環(huán)氧砂漿配方（見(jiàn)下表1）。

表1 環(huán)氧膠液及環(huán)氧砂漿配方（重量比）

2.2 環(huán)氧樹(shù)脂基礎(chǔ)材料的配制及施工方法

2.2.1 環(huán)氧樹(shù)脂的軟化。由于E-44（6101#）型環(huán)氧樹(shù)脂軟化點(diǎn)為20℃，在春秋冬季施工中，如果氣溫低于20℃，樹(shù)脂一般呈現(xiàn)固結(jié)狀態(tài)，必須加溫使環(huán)氧樹(shù)脂軟化。為了便于控制溫度，施工中可采用簡(jiǎn)易的加熱方法：環(huán)氧樹(shù)脂出廠時(shí)一般采用金屬桶灌裝，在加熱時(shí)可以整桶加熱，用敞口容器注滿水，將環(huán)氧樹(shù)脂桶開(kāi)蓋后坐入水中，從容器底部加熱，使容器內(nèi)的水逐漸升溫并保持在60℃左右，直到桶內(nèi)樹(shù)脂受熱慢慢軟化。在加熱過(guò)程中，要注意用溫度計(jì)測(cè)量環(huán)氧樹(shù)脂的溫度，當(dāng)溫度超過(guò)40℃時(shí)，應(yīng)停止加熱。

2.2.2 環(huán)氧膠液的配制。膠液不宜一次配制太多，因?yàn)闃?shù)脂與固化劑的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，放熱溫度隨反應(yīng)物的數(shù)量增加而升高，每次用量以0.5～2千克為宜。將融化的環(huán)氧樹(shù)脂用量杯計(jì)量后倒入拌和容器，再依次往加入量好的輔助材料。加入的順序一般為：稀釋劑→增韌劑→固化劑。在加入輔助材料的同時(shí)，應(yīng)快速攪拌，以保證膠液充分散熱。當(dāng)膠液溫度高于35℃～40℃是，應(yīng)迅速將配制膠液的容器放入冷水中，攪拌膠液使其冷卻，否則，當(dāng)膠液局部溫度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生快速聚合反應(yīng)，在很短時(shí)間內(nèi)固化，成為廢料。溫度太低時(shí)，也會(huì)因?yàn)槟z液黏稠度增加而不易涂刷。

2.2.3 環(huán)氧膠液的涂刷。膠液一般用2.5～4寸板刷涂刷，涂刷厚度應(yīng)不超過(guò)0.2毫米。涂刷膠液要注意粘接物表面的溫度，溫度低于20℃時(shí)，膠液變稠，很難刷開(kāi)，溫度超過(guò)40℃時(shí)，膠液雖易涂刷，但會(huì)很快固化，失去粘接?？刂坪谜辰游锉砻鏈囟鹊姆椒ㄊ牵涸谕磕z液過(guò)程中注意兩次烘熱，第一次是在涂抹之前，用汽油噴燈將混凝土粘接面烘熱；第二次是在膠液涂抹后，用噴燈輕輕烘熱膠液，使膠液融開(kāi)，滲入混凝土表層。烘熱時(shí)必須使火焰與粘接面保持15cm～25cm距離，并勻速擺動(dòng)火頭，不要使火焰停留在某一個(gè)部位，造成局部溫度升高。一般使粘接面溫度保持在30℃～40℃。

2.2.4 環(huán)氧砂漿的配制。將稱量好的填料置于薄鐵板上，干拌均勻，然后倒入膠液，迅速拌和，使膠液與填料充分混合、融和。配制環(huán)氧砂漿應(yīng)注意砂子的質(zhì)量和溫度，如果砂子中含有雜質(zhì)，必須清除干凈，其次要保持填料的溫度與膠液的溫度接近或略高，這樣可使填料與膠液更好地融和。給填料加熱的方法是：在薄鐵板上把填料攤開(kāi)，通過(guò)給鐵板下加熱，不斷翻動(dòng)填料，控制溫度，一般用手抓握感覺(jué)溫?zé)峒纯?。環(huán)氧砂漿也不宜一次配制太多，根據(jù)施工速度即用即配，如果配制好的砂漿不及時(shí)使用，超過(guò)1h，砂漿會(huì)出現(xiàn)初凝而不能再使用，成為廢料。

2.2.5 環(huán)氧砂漿的涂抹。為了使環(huán)氧砂漿密實(shí)，提高砂漿強(qiáng)度，必須對(duì)砂漿進(jìn)行壓抹，一次涂抹厚度不宜超過(guò)0.8厘米。所謂壓抹就是用抹刀反復(fù)用力抹，直到砂漿表面泛出光亮膠液為止。在涂抹砂漿時(shí)可以多準(zhǔn)備幾把抹刀，并在火上將抹刀烤熱（不燙手為宜），交替使用，這樣可以防止抹刀與砂漿粘黏而增加抹壓施工難度。

3 環(huán)氧樹(shù)脂實(shí)際應(yīng)用工藝及質(zhì)量控制措施

3.1 環(huán)氧砂漿修補(bǔ)鋼筋混凝土保護(hù)層的施工方法及要點(diǎn)

采用環(huán)氧砂漿處理脫落的保護(hù)層，可以起到修補(bǔ)和加固的作用。處理混凝土構(gòu)件底面和側(cè)面保護(hù)層的施工步驟一般較簡(jiǎn)單，首先清除松動(dòng)保護(hù)層，在修補(bǔ)面涂刷膠液，最后涂抹環(huán)氧砂漿。但處理頂面保護(hù)層，施工難度會(huì)大大增加。如修補(bǔ)面積較大，一般可采用模板施工。首先在混凝土粘貼面均勻涂抹環(huán)氧膠液，約30min后，膠液達(dá)到常溫，并具有一定黏性，即可涂抹砂漿，涂抹厚度應(yīng)比舊保護(hù)層稍厚一些，然后用內(nèi)側(cè)貼有聚乙烯薄膜的模板托頂，并從模板下方用立柱頂壓，這樣既可以起到固定模板的作用，又可以使環(huán)氧砂漿與混凝土緊密結(jié)合。待環(huán)氧砂漿24h固化后即可撤模。

3.2 環(huán)氧樹(shù)脂粘貼碳纖維補(bǔ)強(qiáng)鋼筋混凝土構(gòu)件的施工方法及要點(diǎn)

碳纖維根據(jù)原料及生產(chǎn)方式的不同，主要分為聚丙烯腈（PAN）基碳纖維（高強(qiáng)度型）及瀝青基碳纖維（高彈性型）。通過(guò)環(huán)氧膠液將碳纖維布層層黏附于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面并與之緊密地結(jié)合在一起形成整體，共同受力，達(dá)到對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)的目的。一般用于增加渡槽、橋梁主梁的應(yīng)力強(qiáng)度。施工中，首先鑿除松動(dòng)的混凝土表層，用環(huán)氧砂漿修復(fù)平整，保養(yǎng)2d；對(duì)需要加固的界面進(jìn)行處理，表面進(jìn)行打磨，去除凸起部位，用丙酮進(jìn)行徹底清洗；在處理過(guò)的混凝土表面均勻涂抹環(huán)氧膠液，約120min膠液固化后（手感干燥為準(zhǔn)），再進(jìn)行下一工序；粘貼碳纖維布，在固化的膠液底層上再涂抹一層膠液，用刮板刮平，隨即把按照設(shè)計(jì)要求裁剪好的碳纖維布粘貼到設(shè)計(jì)部位，然后用專用滾子沿碳纖維布的受力方向來(lái)回滾壓，擠出氣泡。待干硬后，即可進(jìn)行第二道碳纖維布的粘貼，方法同第一道。待達(dá)到設(shè)計(jì)層厚，表面再涂一層膠液，來(lái)回滾壓，使膠液充分滲入碳纖維布中。最后待表面膠液干硬后，用噴涂法做一層水泥砂漿保護(hù)層[3]。

3.3 環(huán)氧樹(shù)脂粘貼U型橡膠處理伸縮縫施工方法及要點(diǎn)

3.2.1 渡槽伸縮縫截面一般設(shè)計(jì)為15×3cm矩形槽。新建渡槽伸縮縫槽在粘貼前一般不需要作過(guò)多處理，只需用鋼絲刷刷凈表面混凝土浮灰，再用板刷刷干凈即可。舊渡槽伸縮縫維修，矩形槽處理則需要鑿除松動(dòng)混凝土層，用鋼絲刷徹底清除矩形槽內(nèi)壁表面的泥垢、雜物、老化層，直到露出新的混凝土表面。為了提高粘接強(qiáng)度，還要對(duì)U型橡膠表面進(jìn)行砂毛，一般采用電動(dòng)鋼絲砂輪進(jìn)行處理，砂毛后的橡膠要用薄膜包裹好待用，防止粘上塵土。

3.2.2 在處理過(guò)的伸縮縫槽表面涂抹膠液后，用環(huán)氧砂漿打底。打底用的環(huán)氧砂漿在配制時(shí)應(yīng)少量增加稀釋劑，以增加和易性。打底砂漿涂抹層不宜過(guò)厚，一般不要超過(guò)0.5cm。新建渡槽打底砂漿涂抹好后，在沒(méi)有初凝前，快速粘貼U型橡膠；如果是舊渡槽伸縮縫維修，伸縮縫槽有不平整、不規(guī)則或缺損的情況，則應(yīng)先用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)，使伸縮縫槽呈規(guī)則的15×3cm矩形槽，等修補(bǔ)砂漿24h完全固化后，再進(jìn)行環(huán)氧砂漿打底。

3.2.3 打底砂漿涂抹好的同時(shí)，應(yīng)在U型橡膠粘貼面均勻涂抹膠液，注意在橡膠上涂抹膠液時(shí)，也要保證橡膠表面的溫度，也可用噴燈均勻烘熱，用手觸摸感覺(jué)溫?zé)峒纯?。粘貼橡膠時(shí)一般要多人配合，動(dòng)作迅速，以防止渡槽側(cè)墻伸縮縫槽的打底砂漿塌落。將橡膠涂抹膠液的一面與涂有打底砂漿的伸縮縫槽緊密貼合。必須保證粘貼一次完成。橡膠按照設(shè)計(jì)位置貼好以后，渡槽側(cè)墻橡膠應(yīng)盡快用模板固定，以防止橡膠滑落。模板一般用木板制作，長(zhǎng)、寬度與橡膠相同，厚度約為2.5cm。模板要采用垂直方向頂壓，使橡膠受力與打底環(huán)氧砂漿充分貼合，并保持模板固定、不產(chǎn)生松動(dòng)和位移。

3.2.4 經(jīng)24h固化后，拆卸模板，查看橡膠粘貼效果，如果側(cè)邊有空洞，則用環(huán)氧砂漿填補(bǔ)。在確定橡膠粘貼完好后，用噴燈均勻烘烤橡膠表面至溫?zé)幔赨型橡膠表面及伸縮縫矩形槽側(cè)面刷膠液。待膠液有一定黏度后，涂抹環(huán)氧砂漿。這一層環(huán)氧砂漿主要是為了使橡膠與伸縮縫槽側(cè)面粘接，并為橡膠表面起到保護(hù)層的作用。砂漿層厚度約0.5cm～1cm。注意要在環(huán)氧砂漿固化前，用抹刀沿U橡膠中縫將環(huán)氧砂漿劃開(kāi)一條通縫，以確保橡膠的伸縮功能。

4 結(jié)語(yǔ)

漢延渠水工程在應(yīng)用環(huán)氧樹(shù)脂材料施工中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、研究探索，逐步形成一套適合寧夏引黃灌區(qū)水工程特點(diǎn)的環(huán)氧樹(shù)脂材料施工方法，一些工程經(jīng)過(guò)20多年的運(yùn)行沒(méi)有發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題和重復(fù)維修的情況，一直發(fā)揮著良好的工程效益。另外，環(huán)氧樹(shù)脂材料易得，投資少，施工方便快捷，有很強(qiáng)的適應(yīng)性。實(shí)踐證明，只要施工方法科學(xué)合理，施工工藝得當(dāng)，環(huán)氧樹(shù)脂材料仍然是一種值得推廣和應(yīng)用的工程建材，而且還可以采用不同的配方、制成各種高分子材料，發(fā)揮更多的用途，比如在防水防滲涂層、環(huán)氧混凝土澆筑、廠房地平處理等領(lǐng)域有更廣闊的應(yīng)用空間。

[1]劉志棟,曾力,高珍.新老混凝土界面修補(bǔ)現(xiàn)狀綜述[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2010（6）

[2]金玉杰,肖立光.環(huán)氧樹(shù)脂混凝土現(xiàn)狀與分析[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2009（4）

[3]劉福榮，楊金國(guó)，李寧. 碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)在水利工程建筑物中的應(yīng)用[J].寧夏工程技術(shù)，2008（3）

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.23.015

1.付文禹，工程師，主要從事水利工程建設(shè)與管理工作；

2.劉福榮，正高級(jí)工程師，主要從事水利灌溉，工程建設(shè)與管理工作。