環(huán)氧膠泥在鋼結(jié)構(gòu)與混凝土粘接中的應(yīng)用

陳曉婕

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000)

由于設(shè)計、施工、勘察等各方面都會存在一些錯誤和缺陷，就會導(dǎo)致建筑工程出現(xiàn)某些質(zhì)量隱患，有的甚至?xí)o人民生命、財產(chǎn)帶來巨大的損失。在對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，依據(jù)承載能力的要求確定配筋數(shù)量和混凝土等級，同時要求施工過程中澆筑的混凝土強度達(dá)到所需要的等級。保證建筑質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素就是混凝土工程的質(zhì)量，在實際施工時，會因為各種不同的因素致使混凝土不能達(dá)到設(shè)計所需要的強度，如不采取加固措施將會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重的時候還會導(dǎo)致倒塌等質(zhì)量事故。因此，在實際施工過程中會根據(jù)具體情況采用不同的方法對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。根據(jù)加固方法的不同需要用到不同的材料，環(huán)氧膠泥憑借且優(yōu)異的各種性能被廣泛的應(yīng)用到混凝土的加固中。

環(huán)氧膠泥也稱為環(huán)氧樹脂膠泥，通常是指由環(huán)氧樹脂為主體而制備成的膠粘劑，一般還會加入環(huán)氧樹脂固化劑，否則膠粘劑無法固化。環(huán)氧樹脂膠泥具有優(yōu)良抗?jié)B性、耐久性，極高的粘接力，極強的防腐防水性能，常用于建筑墻壁及地面的處理，還可以用作地下防水層。下面將對環(huán)氧膠泥在混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的粘接中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 混凝土加固技術(shù)

混凝土結(jié)構(gòu)損壞的原因是多元化的，為了確定混凝土加固所采用的方法，就要先對混凝土的損壞原因進(jìn)行分析，為下一步工作的實施奠定基礎(chǔ)。實際生活中比較常見的損壞原因：施工初期，因為施工材料選擇錯誤或認(rèn)為錯誤導(dǎo)致的不安全隱患；受到環(huán)境、維護(hù)等因素的影響，使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題；施工過程中監(jiān)管不力，出現(xiàn)裂縫等質(zhì)量問題；改變建筑結(jié)構(gòu)造成混凝土結(jié)構(gòu)損壞；由于事故造成的建筑結(jié)構(gòu)的損壞。根據(jù)不同的損壞原因，會采取不同的加固方法對混凝土進(jìn)行加固，常用的方法有粘貼聚合物加固技術(shù)、增大截面加固技術(shù)、置換混凝土及植筋加固技術(shù)、外包型鋼加固技術(shù)等等。

1.1 粘貼聚合物加固技術(shù)

采用這項技術(shù)對混凝土加固時，所采用的纖維布主要有玻璃纖維增強復(fù)合材料、碳纖維增強復(fù)合材料以及芳綸纖維增強復(fù)合材料。在實際施工中使用最多的就是碳纖維增強復(fù)合材料，其性能最佳，強度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕性能優(yōu)異，而且不會對構(gòu)件的尺寸和外觀造成影響，能夠最大程度地提升混凝土構(gòu)件的承載能力。當(dāng)然這種加固方法也存在一些缺陷，如因為材料的原因，其受力具有方向性，且加固過程中所用的結(jié)構(gòu)膠很容易受到溫度的影響，溫度過高時會失去效用。此外，使用該加固方法后，無法準(zhǔn)確評估由于認(rèn)為破壞等問題造成的該材料的損失。這種加固方法主要適用于原構(gòu)件或結(jié)構(gòu)基本沒有損壞的情況，只需要加強其活荷載，也可以用來提升建筑的抗震能力。

圖1 混凝土結(jié)構(gòu)碳纖維加固技術(shù)

1.2 增大截面加固技術(shù)

這種加固技術(shù)也成為外包混凝土加固法，主要是以增加加固截面和配筋的面積來實現(xiàn)加固的目的。這種加固方法在柱、梁、板、屋架等結(jié)構(gòu)的加固中使用的較多。根據(jù)施工條件和加固對象的尺寸，該方法的工作模式可以分為單側(cè)、雙側(cè)、三側(cè)、四側(cè)全包。根據(jù)施工的要求和目的，該方法的工作模式可以分為加配筋為主、增加斷面為主或者二者結(jié)合的方式。增大截面加固法的優(yōu)點在于其專業(yè)要求較低，操作簡便。但是該加固方法的工作量較大，工序較多，且養(yǎng)護(hù)時間長，會加大結(jié)構(gòu)自身的質(zhì)量，同時減少了建筑使用面積。

1.3 置換混凝土及植筋加固技術(shù)

這種加固技術(shù)首先要對承重的構(gòu)件進(jìn)行鑒定，然后去除存在缺陷的部分，對損壞的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，以優(yōu)質(zhì)的混凝土進(jìn)行替代。在施工過程中為了保證其粘接作用，需要在新舊連接處使用植筋的方法進(jìn)行連接。

圖2 混凝土結(jié)構(gòu)植筋加固

1.4 外包型鋼加固技術(shù)

外包型鋼加固技術(shù)的有點在于工作量小，施工難度較低，在不增大截面尺寸的情況下提升混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力可以用這種加固方法。該方法分為干包加固和濕包加固，干包加固就是通過外包型鋼直接加固，不在混凝土構(gòu)件和外包鋼之間進(jìn)行粘接操作，必要時可以用水泥砂漿作為填充。濕包加固需要用到乳膠水泥粘貼法或者環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿法進(jìn)行粘結(jié)，使外包鋼和構(gòu)件成為一個整體，使其整體受力。對比這兩種加固方法，濕包加固后構(gòu)件的承載能力更高，但是其所耗費的成本也相對較高。

圖3 混凝土柱包鋼加固

2 環(huán)氧樹脂膠泥

環(huán)氧樹脂膠泥是將氯丁橡膠乳液和聚丙烯酸酯加入到環(huán)氧樹脂改性膠乳中，與各種乳化劑、合成橡膠、改性膠乳等組成的高聚物乳膠。環(huán)氧樹脂膠是對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性或者再加工，制成的各項性能符合特定需求的膠乳。一般還需要搭配環(huán)氧樹脂固化劑才能夠使用，否則無法固化；同時，還要在充分混合均勻后才能完全固化。通常環(huán)氧樹脂膠被稱為主劑或者A膠，而所使用的固化劑被稱為硬化劑(固化劑)或者B膠。

2.1 環(huán)氧樹脂膠分類

環(huán)氧樹脂膠主要分為環(huán)氧樹脂硬膠和環(huán)氧樹脂軟膠。

環(huán)氧樹脂硬膠是一種液型的，雙組分的硬性膠，呈無色透明狀，主要用在金屬標(biāo)牌，也可以制作各種水晶瓶蓋、水晶紐扣、水晶工藝品等等裝飾品。

環(huán)氧樹脂軟膠也是一種液型的，雙組分的軟性自干型軟膠，呈無色透明狀，具有一定的彈性，在其表面劃擦，其能夠自行恢復(fù)原狀。主要用在紙張、滌綸、塑料等標(biāo)牌裝飾。

2.2 環(huán)氧樹脂膠特性

環(huán)氧樹脂膠的基本特性有：雙組分膠水，必須A膠和B膠混合使用，具有很強的通用性，能夠填充較大的孔隙。室溫下即可固化，既可以用專用設(shè)備(如A、B膠槍)進(jìn)行混膠，也可以手工進(jìn)行混膠。適用的溫度范圍為-50～150 ℃，防油、防水性能優(yōu)異；同時，還能夠耐強酸、強堿，適用與各種環(huán)境。保存時要放置在沒有陽光照射的陰涼的地方。

2.3 環(huán)氧樹脂膠的適用范圍

環(huán)氧樹脂膠泥可以用于水工建筑物過流面的抗氣蝕、抗沖磨損及抗凍融保護(hù)，此外，如果被破壞了還可以用環(huán)氧樹脂膠泥進(jìn)行修復(fù)；環(huán)氧樹脂膠泥還可以用來對混凝土建筑物進(jìn)行加固與補強，以及缺陷修補處理。當(dāng)建筑物的柱、梁、樁承臺等結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫時，也可以使用環(huán)氧膠泥進(jìn)行修復(fù)，同時環(huán)氧樹脂膠泥還能夠?qū)炷两ㄖ锉砻娴穆┒?、蜂窩、露筋等損壞進(jìn)行修補；鋼結(jié)構(gòu)和混凝土的粘接也可以使用環(huán)氧樹脂膠泥來進(jìn)行粘接，同時還可以用于粘碳纖維加固和粘鋼加固時做底層找平；也能夠用來修補公路、飛機跑道、隧道、橋梁等工程的磨損破壞；還可以用在石油、化工、碼頭、工廠等金屬或者混凝土構(gòu)件的抗酸堿鹽腐蝕，在耐酸堿地面、污水處理池、FRP防腐等化工領(lǐng)域應(yīng)用也廣泛；環(huán)氧樹脂膠泥還可以用于水電站、地下管道、壩基等接口的修補加固及密封防腐。環(huán)氧樹脂膠泥憑借其優(yōu)異的性能在各個領(lǐng)域都有很高的使用價值。

2.4 環(huán)氧樹脂膠的優(yōu)缺點

優(yōu)點：由于環(huán)氧樹脂中存在活性大的環(huán)氧基和多種極性基團，因此它和玻璃、金屬、水泥、塑料、木材等多種極性材料的表面具有很強的粘接力。此外，因為環(huán)氧固化物的內(nèi)聚強度很大，因而環(huán)氧樹脂膠泥與各種極性材料表面的粘接強度很高；環(huán)氧樹脂膠在固化的過程中基本上沒有低分子揮發(fā)物的產(chǎn)生，這就導(dǎo)致固化后膠層的體積收縮很小，大概1%～2%，其固化收縮率是所有熱固性樹脂中最小的品種之一。尤其是加入特定填料后，其收縮率可以下降到0.2%以下，此外，環(huán)氧樹脂固化物的膨脹系數(shù)也非常小，所以其內(nèi)應(yīng)力較小，不會對粘接強度產(chǎn)生較大的影響，同時其蠕變較小，膠層能夠保持良好的尺寸穩(wěn)定性；另外，可用于制備膠泥的環(huán)氧樹脂、改性劑、固化劑等產(chǎn)品的品種很多，只要采取合理的配方設(shè)計，就能夠制備出滿足各種使用需求的膠粘劑，其還與諸如樹脂、橡膠、單體等有機物，或者諸如各種填料等無機物間具有良好的反應(yīng)性和相容性，可以較為容易地進(jìn)行各種改性來提高膠層的性能，例如交聯(lián)、共聚、填充、共混等等；環(huán)氧樹脂膠還具有良好的耐腐蝕性能和介電性能，可以耐鹽、堿、酸、各種溶劑等不同介質(zhì)的腐蝕，其節(jié)點強度為16～35 kV/mm，體積電阻率為1 013～1 016 Ω·cm；環(huán)氧樹脂膠泥的制備原料容易獲得，且產(chǎn)地多、產(chǎn)量大，配置簡易，能夠大規(guī)模的應(yīng)用。

缺點：環(huán)氧樹脂膠對極性較小的材料的粘接力較小，例如聚丙烯、聚乙烯、氟塑料等等，針對極性較小的材料，在進(jìn)行粘接時需要對材料表面進(jìn)行活化處理；此外，如果環(huán)氧樹脂膠沒有經(jīng)過增韌處理，其固化物通常都較脆，抗沖擊、抗開裂、抗剝離性能較差；在配置環(huán)氧樹脂膠泥時，其原材料如固化劑、活性稀釋劑等有一定的刺激性和毒性，所以在設(shè)計配方時要盡可能不使用這類原料，在使用時也要保持良好的通風(fēng)和一定的安全防護(hù)。

3 環(huán)氧膠泥在鋼結(jié)構(gòu)和混凝土粘接中的應(yīng)用

在采用環(huán)氧膠泥對鋼結(jié)構(gòu)和混凝土進(jìn)行粘接時，首要也是最關(guān)鍵的工序之一就是對構(gòu)件的表面進(jìn)行表面處理。

對混凝土構(gòu)件粘接面進(jìn)行表面處理時，應(yīng)該先判斷混凝土表面的堅實程度、新舊程度以及干濕程度，然后根據(jù)實際情況采取合適的處理方法對其表面進(jìn)行處理。具體的有以下幾種情況：第1種，混凝土表面很舊、很臟，應(yīng)該先用硬毛刷蘸取適量的洗滌劑，將表面的油垢污物刷除，再用清水沖洗干凈，接著打磨混凝土的粘接面，去除2～3 mm厚的表層，使其露出新的表面；最后使用無油壓縮空氣吹出表面的粉粒，如果經(jīng)過處理后粘接面有較為嚴(yán)重的凹、凸不平現(xiàn)象，則可用樹脂砂漿進(jìn)行修補。在進(jìn)行粘接操作之前用丙酮擦拭粘接面，使其表面保持干凈。第2種，混凝土表面不是很臟很舊，這種情況可以直接打磨粘接面，去除1～2 mm表層，同樣使用壓縮空氣將其表面的粉粒吹除掉，也可以使用清水沖洗干凈，最后用丙酮將放置干燥的粘接面擦拭干凈。第3種，混凝土構(gòu)件的濕度較高，或者其齡期小于3個月，由于在潮濕的基層上環(huán)氧膠泥的粘接強度會大大降低，所以除了要進(jìn)行上述操作外，還要對混凝土表面進(jìn)行人工干燥處理。第4種，對于新制混凝土，需要先用鋼絲刷把混凝土表面的松散浮渣去除，然后進(jìn)行打磨、去除浮漿和粉粒，最后用丙酮將粘接面擦拭干凈。

在對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面處理時，先判斷其表面的銹蝕程度，處理方法主要有以下兩種情況：第1種，鋼結(jié)構(gòu)表面銹蝕嚴(yán)重，那么需要使用合適的鹽酸將其浸泡20 min左右，使其銹層徹底脫落，然后用石灰水沖洗，以此來中和掉酸離子，最后用平砂輪在其表面打磨出紋路。第2種，如果鋼結(jié)構(gòu)的表面沒有生銹或者只有輕微的銹蝕，則可以用平砂輪、砂布或者噴砂等對其表面進(jìn)行打磨，直到其表面出現(xiàn)金屬光澤為止，注意打磨時盡可能使打磨紋路與鋼結(jié)構(gòu)表面的受力方向垂直，且粗糙程度盡可能大，最后用丙酮將粘接面擦拭干凈。

在對混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的粘接面進(jìn)行表面處理后，還有一個必不可少的步驟，就是要對構(gòu)件進(jìn)行適量的卸荷，以減輕應(yīng)力、應(yīng)變滯后的現(xiàn)象。

完成以上步驟后，就要根據(jù)施工的要求配置合適的環(huán)氧膠泥。因為施工工藝各不相同，所以膠泥通常情況下都是現(xiàn)場試配試驗，同時要根據(jù)氣溫條件、施工工藝、操作時間等對所使用的固化劑的計量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。配置環(huán)氧膠泥的重要步驟：第1步，首先要做好配膠前的準(zhǔn)備，即準(zhǔn)備好需要用到的干凈容器、秤、干棉紗、丙酮、攪拌器、抹刀等用具，在使用原料前要分別將A膠和B膠充分的上、下攪拌。第2步，稱量，以質(zhì)量比為2∶1的配比將A膠和B膠固化。配膠的量不宜過多，且每次都需要稱量，隨配隨用，每次配膠不應(yīng)超過5 kg，不然會出現(xiàn)攪拌不均勻的情況，而且會造成不必要的浪費；此外，配好的膠要在適當(dāng)?shù)臅r間內(nèi)使用完，通常情況下冬天在70 min左右，夏天在45 min左右。第3步，攪拌，根據(jù)所要求的配比將稱量好的A膠和B膠導(dǎo)入干凈的容器，使用塑料攪拌器或者手工沿著一個方向進(jìn)行攪拌，直到混合物的色澤完全均勻。

粘貼：用抹刀將配置好的環(huán)氧膠泥同時均勻涂抹到經(jīng)過表面處理后的鋼板粘接面和混凝土粘接面上，涂抹時先取少量的膠泥涂抹在粘接面上，并來回刮抹幾遍，這樣能夠使膠泥充分的滲透、浸潤、擴散、粘附到構(gòu)件的粘接面上；然后繼續(xù)涂抹膠泥直至達(dá)到所需要的厚度，一般情況下為1～3 mm，涂抹時注意邊緣涂薄一點，中間涂厚一點，最后將鋼板粘貼到預(yù)定的位置上。將鋼板粘貼好后，用鐵錘輕輕的敲擊粘貼面，沒有出現(xiàn)空洞聲就表示已經(jīng)粘貼密實，如果有空洞聲則需要將鋼板剝下來，補膠后重新粘貼。

圖4 鋼板和混凝土的粘接

固定加壓：混凝土和鋼板粘接后，立即用支撐、卡具、膨脹螺栓等將其固定，同時要加以適當(dāng)?shù)膲毫Γ侥z泥剛好從粘接面的邊緣基礎(chǔ)即可。膨脹螺栓也可以作為鋼構(gòu)件的永久附加錨固定措施，需要在涂膠前就將埋孔洞鉆好。

固化：當(dāng)混凝土與鋼結(jié)構(gòu)粘接好后應(yīng)該立即固定，環(huán)氧膠泥能夠在常溫接觸壓力下固化；同時，在固化期間要確保沒有相對滑動。在25 ℃條件下固化時，只需要1 d就可以拆除支撐或者夾具，3 d就可以受力使用，固化時間為隨著溫度的降低而相應(yīng)延長。當(dāng)溫度在低于5 ℃的環(huán)境中時，可以采用碘鎢燈或者紅外線燈加熱，以此來縮短固化時間。

當(dāng)以上的步驟都完成后，需要檢驗粘接質(zhì)量。首先觀察其外觀，檢查粘接面邊緣溢出來的膠泥的硬化程度和色澤，確定粘接質(zhì)量沒有問題后，即可對其進(jìn)行防腐處理，在鋼板的表面外包或者粘接一層鋼絲網(wǎng)，或者涂抹刮膠后點粘一層豆石，條件允許的話可以在抹灰時在其表面涂上一層混凝土界面劑。

根據(jù)相關(guān)的試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)過粘鋼技術(shù)加固后的承載能力除了與鋼板的厚度有關(guān)，另一個重要因素就是所使用的膠粘劑的性能。最后發(fā)現(xiàn)在雖有的膠粘劑中，環(huán)氧樹脂膠泥是使用效果最好的膠粘劑之一，其原料易得，制備簡易，粘接強度高，耐酸、堿、鹽腐蝕性能優(yōu)異，可以應(yīng)用到各種特殊的環(huán)境中，是一種十分優(yōu)良的膠粘劑。

4 結(jié)語

環(huán)氧膠泥憑借其優(yōu)良的抗?jié)B性、耐久性、粘接性、密實性以及防水、防腐蝕性能，廣泛地應(yīng)用于民用和工業(yè)建筑領(lǐng)域，主要用于混凝土、水池、建筑內(nèi)外墻、壩基等的防滲、防水、防腐、防潮以及修復(fù)。本文主要研究了其在鋼結(jié)構(gòu)和混凝土粘接中的應(yīng)用，在進(jìn)行粘接工藝時最關(guān)鍵步驟之一就是粘接構(gòu)件粘接面的表面處理，只有進(jìn)行了適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚挪粫绊懎h(huán)氧膠泥的粘接強度，后續(xù)的粘接工序才能順利進(jìn)行。