現(xiàn)澆混凝土橋面鋪裝裂縫修復(fù)材料研究

高星星， 張 丹， 曾 偉， 肖緒蕩

（1.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300392；2.長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064）

現(xiàn)澆混凝土橋面裂縫是影響橋梁使用品質(zhì)與使用壽命的重要因素。環(huán)氧樹(shù)脂因具有優(yōu)越的黏結(jié)性與力學(xué)強(qiáng)度被廣泛應(yīng)用于水泥混凝土裂縫修補(bǔ)，但其存在黏度較大、固化物韌性差等缺點(diǎn)，不適合用于微裂縫的修補(bǔ)。為改善環(huán)氧樹(shù)脂使用性能，拓寬其在裂縫修補(bǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量的研究。陳楊杰等[1]利用聚氨酯預(yù)聚物對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)聚氨酯預(yù)聚物摻量為15%時(shí)，增韌改性效果最佳；李瑜等[2]利用聚硫橡膠對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行增韌改性，發(fā)現(xiàn)聚硫橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%時(shí)，增韌效果較好；崔宏生等[3]通過(guò)摻加活性稀釋劑顯著降低了環(huán)氧灌漿材料的黏度，當(dāng)稀釋劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂的黏度從9 250 mPa·s降低到2 300 mPa·s；劉美華等[4]發(fā)現(xiàn)當(dāng)活性稀釋劑摻量為25%時(shí)，環(huán)氧固化體系黏度迅速下降到180 mPa·s且在稀釋劑摻量為15%時(shí)，拉伸強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度與未摻加稀釋劑時(shí)相近；Le Hoang Sinh等[5]通過(guò)添加液晶聚酯酰胺進(jìn)行環(huán)氧樹(shù)脂增韌改性，顯著提高了其拉伸性能；Wei Jiang等[6]利用超聲波均勻分散納米三氧化鋁進(jìn)行環(huán)氧樹(shù)脂增韌改性，當(dāng)納米三氧化鋁摻量為3%時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂的力學(xué)性能顯著提高。

綜上可知，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)環(huán)氧灌漿材料的關(guān)注重點(diǎn)是增韌改性研究，對(duì)其稀釋降黏研究相對(duì)較少且所研究的灌漿材料降黏后仍具有較大的黏度，主要適用于修補(bǔ)較寬裂縫以及大塊破損；而細(xì)微裂縫因?qū)挾容^小，其修補(bǔ)材料需要具有更低的黏度，因此，開(kāi)展用于細(xì)微裂縫修補(bǔ)的環(huán)氧灌漿材料稀釋降黏研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

基于此，采用單環(huán)氧基活性稀釋劑降黏環(huán)氧樹(shù)脂，制備用于細(xì)微裂縫修補(bǔ)的低黏環(huán)氧灌漿材料，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)揭示稀釋劑摻量對(duì)環(huán)氧灌漿材料的黏度與力學(xué)性能的影響，為橋面現(xiàn)澆水泥混凝土細(xì)微裂縫處治奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1）環(huán)氧樹(shù)脂。黏度5～10 Pa·s，環(huán)氧值0.52～0.56 mol/100 g，揮發(fā)物≤1.5%，有機(jī)氯值≤0.001 mol/100 g，無(wú)機(jī)氯值≤0.001mol/100 g。

2）稀釋劑。采用單環(huán)氧基活性稀釋劑，黏度10～20 mPa·s，環(huán)氧值 0.3～0.33 mol/100 g，環(huán)氧當(dāng)量 286～313 g/mol，可水解氯≤0.02 mol/100 g，無(wú)機(jī)氯值≤0.005 mol/100 g，水分≤0.1%。

3）固化劑。采用低分子量聚醚胺，黏度10～20 mPa·s，活性氫當(dāng)量59～61 g/mol，胺值350～390 mg/g。

1.2 制備方法

將環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、稀釋劑在高低溫交變?cè)囼?yàn)箱內(nèi)預(yù)熱至25℃，按比例先將環(huán)氧樹(shù)脂與稀釋劑放入500 mL燒杯中，以300 r/min速度攪拌2 min，然后摻入固化劑，再以300 r/min速度攪拌3 min，制得環(huán)氧灌漿材料。

2 活性稀釋環(huán)氧灌漿材料可操作時(shí)間

細(xì)微裂縫處治時(shí)不僅要求灌漿材料具有較低的初始黏度并且需要有適當(dāng)?shù)目刹僮鲿r(shí)間，便于現(xiàn)場(chǎng)施工操作。參照GB/T 2794—2013《膠粘劑黏度的測(cè)定單圓筒旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)法》進(jìn)行黏度試驗(yàn)，測(cè)試不同稀釋劑摻量下環(huán)氧灌漿材料的初始黏度與可操作時(shí)間，黏度增長(zhǎng)到200 mPa·s所需時(shí)間即為可操作時(shí)間。見(jiàn)圖1。

圖1 環(huán)氧灌漿材料初始黏度與可操作時(shí)間

由圖1可知：摻加稀釋劑可顯著降低環(huán)氧灌漿材料的初始黏度，隨著稀釋劑摻量的增加，環(huán)氧灌漿材料的初始黏度呈下降趨勢(shì)，當(dāng)稀釋劑摻量為30%時(shí)，初始黏度低至55.84 mPa·s，與未摻加稀釋劑的材料相比下降了67%。由于加入大量稀釋劑，降低了反應(yīng)體系中環(huán)氧基濃度，延緩了固化反應(yīng)的進(jìn)行，使得環(huán)氧灌漿材料可操作時(shí)間延長(zhǎng)；即伴隨著稀釋劑摻量的增加，環(huán)氧灌漿材料的可操作時(shí)間呈上升趨勢(shì)，當(dāng)稀釋劑摻量為30%時(shí)，環(huán)氧灌漿材料的可操作時(shí)間高達(dá)277 min。與JCT 1041—2007《混凝土裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料》要求的初始黏度＜200 mPa·s和可操作時(shí)間＞30 min相比較，摻加稀釋劑所制備的環(huán)氧灌漿材料初始黏度更低，可操作時(shí)間更長(zhǎng)，能更好地適應(yīng)細(xì)微裂縫修補(bǔ)。

3 活性稀釋環(huán)氧灌漿材料拉伸性能

環(huán)氧灌漿材料需要具備良好的拉伸性能以滿足結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)變形能力，為明確不同稀釋劑摻量下環(huán)氧灌漿材料固化物的拉伸性能，參照GB/T 2567—2008《樹(shù)脂澆注體性能試驗(yàn)方法》分別在-10、25、60℃環(huán)境條件下測(cè)試環(huán)氧灌漿材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 環(huán)氧灌漿材料拉伸強(qiáng)度

圖3 環(huán)氧灌漿材料斷裂伸長(zhǎng)率

由圖2可知：環(huán)氧灌漿材料的強(qiáng)度受溫度影響較大，溫度越高，其拉伸強(qiáng)度越低，這是由于升高溫度降低了環(huán)氧灌漿材料內(nèi)聚力，使拉伸強(qiáng)度減弱；同一測(cè)試溫度下，隨著稀釋劑摻量的增加，環(huán)氧灌漿材料的拉伸強(qiáng)度總體呈下降趨勢(shì)；當(dāng)稀釋劑摻量為0～10%時(shí)，環(huán)氧灌漿材料在60℃時(shí)的拉伸強(qiáng)度明顯高于純環(huán)氧樹(shù)脂強(qiáng)度；當(dāng)稀釋劑摻量進(jìn)一步增加時(shí)，環(huán)氧灌漿材料拉伸強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，這是由于固化物中柔性鏈段增多，破壞了環(huán)氧灌漿材料的交聯(lián)密度，降低了材料拉伸強(qiáng)度；但是當(dāng)稀釋劑摻量為20%時(shí)，環(huán)氧灌漿材料的拉伸強(qiáng)度均滿足JCT 1041—2007要求的拉伸強(qiáng)度≥15 MPa。

由圖3可知：當(dāng)稀釋劑摻量為0～10%時(shí)，環(huán)氧灌漿材料在-10、25、60℃時(shí)的斷裂伸長(zhǎng)率較為接近且均無(wú)大幅變動(dòng)；當(dāng)稀釋劑摻量超過(guò)10%時(shí)，環(huán)氧灌漿材料在60℃時(shí)的斷裂伸長(zhǎng)率開(kāi)始快速增長(zhǎng)；當(dāng)稀釋劑摻量超過(guò)15%時(shí)，環(huán)氧灌漿材料在25℃時(shí)的斷裂伸長(zhǎng)率開(kāi)始快速增長(zhǎng)，在稀釋劑摻量為30%時(shí)取得極大值，為103.12%；但在-10℃條件下，稀釋劑摻量增加，環(huán)氧灌漿材料斷裂伸長(zhǎng)率變化不大，其低溫柔韌性較差。

4 活性稀釋環(huán)氧灌漿材料黏結(jié)性能

環(huán)氧灌漿材料與混凝土之間應(yīng)具備良好的黏結(jié)強(qiáng)度，以保證灌漿材料與混凝土之間牢固黏結(jié)。為明確不同稀釋劑摻量下環(huán)氧灌漿材料的黏結(jié)性能，參照GB/T 16777—2008《建筑防水涂料試驗(yàn)方法》，分別在25、60℃環(huán)境條件下進(jìn)行八字黏結(jié)拉伸試驗(yàn)，測(cè)試環(huán)氧灌漿材料的黏結(jié)強(qiáng)度。見(jiàn)圖4。

圖4 環(huán)氧灌漿材料黏結(jié)強(qiáng)度

由圖4可知：同一稀釋劑摻量下，溫度越高，環(huán)氧灌漿材料的黏結(jié)強(qiáng)度越小；當(dāng)稀釋劑摻量為30%時(shí)，60℃時(shí)的黏結(jié)強(qiáng)度相比25℃時(shí)下降了約45%；摻加稀釋劑可顯著降低環(huán)氧灌漿材料的黏結(jié)強(qiáng)度，隨著稀釋劑摻量的增加，環(huán)氧灌漿材料在25℃與60℃條件下的黏結(jié)強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì)，這是由于摻加稀釋劑后，環(huán)氧灌漿材料的浸潤(rùn)性增強(qiáng)，而內(nèi)聚力變小，從而導(dǎo)致黏結(jié)強(qiáng)度下降；稀釋劑摻量為30%時(shí)，環(huán)氧灌漿材料的黏結(jié)強(qiáng)度值最低，在25、60℃條件下分別為2.04、1.12 MPa，與未摻加稀釋劑的材料相比，分別下降了約46%、65%；但當(dāng)稀釋劑摻量為20%時(shí)，環(huán)氧灌漿材料的黏結(jié)強(qiáng)度滿足JCT 1041—2007要求的黏結(jié)強(qiáng)度≥2.5 MPa。

5 結(jié)論

1）摻加稀釋劑可顯著降低環(huán)氧灌漿材料的黏度，延長(zhǎng)其可操作時(shí)間，當(dāng)稀釋劑摻量為30%時(shí)，環(huán)氧灌漿材料的黏度低至55.84 mPa·s，可操作時(shí)間高達(dá)227 min。

2）當(dāng)稀釋劑摻量＜10%時(shí)，環(huán)氧灌漿材料在各溫度下的斷裂伸長(zhǎng)率較為接近且均無(wú)大幅變動(dòng)；當(dāng)稀釋劑摻量進(jìn)一步增大時(shí)，其斷裂延伸率顯著升高，柔韌性改善效果明顯。

3）隨著稀釋劑摻量增加，環(huán)氧灌漿材料的拉伸和黏結(jié)強(qiáng)度不斷下降，但當(dāng)稀釋劑摻量為20%時(shí)，環(huán)氧灌漿材料仍保持良好的拉伸強(qiáng)度和黏結(jié)強(qiáng)度。