改性環(huán)氧修復(fù)劑修復(fù)潮濕環(huán)境下混凝土裂縫的固化時(shí)間影響

劉麗秋

(遼寧水利土木工程咨詢責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000)

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

此次試驗(yàn)中使用的改性環(huán)氧修復(fù)劑由以下材料制備：環(huán)氧樹(shù)脂材料使用的是鳳凰牌雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂E-44，固化劑為改性脂肪胺和聚酯胺，稀釋劑為乙二醇二縮水甘油醚，促進(jìn)劑為DMP-30環(huán)氧樹(shù)脂催化劑，表面活性劑為異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚-3，有機(jī)溶劑為無(wú)水乙醇，填料為徐州中聯(lián)水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥。其配合比為環(huán)氧樹(shù)脂100.0 g，改性脂肪胺10.0 g，聚氨酯10.0 g，稀釋劑40.0 g，乙醇20.0 g，促進(jìn)劑2.0 g，活性劑1.5 g，增韌劑10.0 g。

試驗(yàn)中使用的水泥材料為P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料為天然中砂，粗骨料為粒徑5～20 mm，級(jí)配良好的天然碎石，試驗(yàn)用水為普通自來(lái)水。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)中使用100 mm×100 mm×100 mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，對(duì)養(yǎng)護(hù)好的混凝土試件利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)加載破壞的方式制造裂縫，利用模具和游標(biāo)卡尺確定裂縫寬度[1]?？紤]到裂縫寬度也是修復(fù)效果的重要影響因素，試驗(yàn)中設(shè)計(jì)了1 mm、3 mm和5 mm等3種不同的裂縫寬度，設(shè)計(jì)3 d、6 d、9 d、12 d和15 d等5種不同固化時(shí)長(zhǎng)，設(shè)計(jì)出如表1所示的15種不同試驗(yàn)方案。

表1 裂縫修復(fù)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)中按照渠道襯砌混凝土中常用的C30混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)和試件制作。將制作好的試件在養(yǎng)護(hù)室內(nèi)以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件養(yǎng)護(hù)至28 d齡期[2]。

對(duì)養(yǎng)護(hù)好的試件利用液壓伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)加壓至劈裂。將試件裂縫表面的灰塵和殘?jiān)謇砀蓛?；利用游?biāo)卡尺和模具控制好裂縫寬度，然后，在裂縫的底部和兩側(cè)涂抹封縫膠，預(yù)留一面進(jìn)行灌漿修補(bǔ)[3]。待縫膠凝固良好后，將試件放入清水中浸泡24 h以模擬潮濕環(huán)境。取出試件擦拭干凈表面水分進(jìn)行注漿修補(bǔ)處理，然后，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。在試驗(yàn)之前，將封縫膠清理干凈，以免其影響試驗(yàn)結(jié)果。

試件的抗壓強(qiáng)度采用液壓伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試，在測(cè)試中采用帶縫面為頂面的最不利試驗(yàn)方式?？拐蹚?qiáng)度的試驗(yàn)采用兩點(diǎn)對(duì)稱加載的方式。在渠道襯砌裂縫修復(fù)工程中，對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)而言，抗?jié)B性也是重要的檢驗(yàn)指標(biāo)。因此，研究中測(cè)試混凝土試件的抗?jié)B性，獲得不同方案的抗?jié)B系數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 抗壓強(qiáng)度

對(duì)不同試驗(yàn)方案條件下的混凝土試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，獲取混凝土裂縫修補(bǔ)后試件的抗壓強(qiáng)度值。為了進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，將沒(méi)有裂縫的混凝土試件的抗壓強(qiáng)度值作為試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表2所示。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制出抗壓強(qiáng)度隨固化時(shí)長(zhǎng)的變化曲線，結(jié)果如圖1所示。

圖1 抗壓強(qiáng)度隨固化時(shí)長(zhǎng)變化曲線

表2 抗壓強(qiáng)度及恢復(fù)率試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，混凝土試件的抗壓強(qiáng)度及恢復(fù)率隨著固化時(shí)長(zhǎng)的增加呈現(xiàn)出先迅速增加之后逐漸趨于平穩(wěn)的變化特點(diǎn)。具體來(lái)看，在固化時(shí)長(zhǎng)小于9 d時(shí)，試件的抗壓強(qiáng)度值較低，但是抗壓強(qiáng)度的恢復(fù)率較快。抗壓強(qiáng)度恢復(fù)率可以由40%左右迅速增加到80%～90%。在固結(jié)時(shí)長(zhǎng)大于9 d時(shí)，抗壓強(qiáng)度值的增加幅度相對(duì)較小。究其原因，主要是潮濕環(huán)境不利于改性環(huán)氧修復(fù)劑的完全反應(yīng)，導(dǎo)致其早期的力學(xué)性能較差。從28 d試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，除了1 mm縫的抗壓強(qiáng)度恢復(fù)率仍低于100%之外，其余兩種縫寬方案的抗壓強(qiáng)度恢復(fù)率均大于100%。由此可見(jiàn)，此次研究使用的改性環(huán)氧修復(fù)材料具有良好的潮濕界面修復(fù)性能，修復(fù)后的界面不會(huì)成為試件受壓破壞過(guò)程中的薄弱處。

除此之外，縫寬因素也會(huì)對(duì)抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響。從具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，過(guò)小或過(guò)大的縫隙寬度，抗壓強(qiáng)度值都相對(duì)較小。究其原因，可能是過(guò)窄的縫隙不利于提高修復(fù)劑的填充密實(shí)度，而過(guò)寬的縫隙需要更長(zhǎng)的固化時(shí)間來(lái)提高修復(fù)劑固結(jié)體的強(qiáng)度。

2.2 抗折強(qiáng)度

對(duì)不同試驗(yàn)方案條件下的混凝土試件進(jìn)行抗折強(qiáng)度測(cè)試，獲取潮濕界面混凝土裂縫修補(bǔ)后的抗折強(qiáng)度值并計(jì)算出其抗折強(qiáng)度恢復(fù)率，結(jié)果如表3所示。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制出抗折強(qiáng)度隨固化時(shí)長(zhǎng)的變化曲線，結(jié)果如圖2所示。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度類似，隨著固化時(shí)長(zhǎng)的增加呈現(xiàn)出先迅速增大后趨于穩(wěn)定的變化特點(diǎn)，當(dāng)固化時(shí)長(zhǎng)小于9 d時(shí)，抗折強(qiáng)度增加較為迅速，之后增加較為緩慢，其原因和抗壓強(qiáng)度類似，這里不再敷述。

圖2 抗折強(qiáng)度隨裂縫寬度變化曲線

表3 抗折強(qiáng)度及恢復(fù)率試驗(yàn)結(jié)果

此外，從15 d試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，不同裂縫寬度方案的抗折強(qiáng)度恢復(fù)率均高于100%，說(shuō)明改性環(huán)氧修復(fù)劑的混凝土試件抗折性能的提升作用更為有效。另一方面，隨著裂縫寬度的增加，試件的抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)出小幅增大的變化特點(diǎn)，原因可能是裂縫寬度的增加有利于修復(fù)質(zhì)量的提升，修復(fù)劑和混凝土界面的黏結(jié)效果更佳。

2.3 抗?jié)B性

研究中根據(jù)抗?jié)B性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算出不同試驗(yàn)方案試件的滲水系數(shù)，結(jié)果如表4所示。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，各方案條件下混凝土試件的滲水系數(shù)呈現(xiàn)出波動(dòng)變化的特點(diǎn)，且波動(dòng)范圍相對(duì)較小，與對(duì)比方案的試驗(yàn)結(jié)果極為接近。由此可見(jiàn)，改性環(huán)氧樹(shù)脂修復(fù)劑對(duì)混凝土裂縫修復(fù)之后的滲水系數(shù)并無(wú)顯著變化，其部分波動(dòng)性可能是由試驗(yàn)中的誤差所致。因此，裂縫寬度和固化時(shí)長(zhǎng)不會(huì)對(duì)混凝土的抗?jié)B性產(chǎn)生顯著影響。另一方面，修復(fù)后的混凝土試件滲水系數(shù)與對(duì)比方案極為接近，甚至存在微弱優(yōu)勢(shì)。因此，改性環(huán)氧修復(fù)劑在對(duì)混凝土裂縫修復(fù)之后，可以產(chǎn)生良好的堵漏作用，顯示出良好的工程應(yīng)用價(jià)值。

表4 抗折強(qiáng)度及恢復(fù)率試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行科學(xué)有效的修復(fù)，可以有效提升渠道襯砌結(jié)構(gòu)的耐久性和服役性能，具有重要的工程意義和價(jià)值。此次研究利用室內(nèi)試驗(yàn)的方式，探討了固化時(shí)長(zhǎng)對(duì)不同寬度襯砌混凝土裂縫的修復(fù)效果。試驗(yàn)結(jié)果顯示，修復(fù)之后混凝土試件的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和滲透性均有顯著提升。鑒于抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度在9 d固化時(shí)長(zhǎng)前的增速較快，且在9 d固化時(shí)長(zhǎng)已經(jīng)達(dá)到80%以上的修復(fù)率，因此，在工程應(yīng)用中建議采用9 d的固化時(shí)長(zhǎng)，這不僅可以保證修復(fù)質(zhì)量，同時(shí)還有助于控制施工工期。當(dāng)然，具體的固化時(shí)長(zhǎng)與材料本身存在密切聯(lián)系。因此，在今后的研究中需要針對(duì)環(huán)氧修復(fù)材料的工藝改進(jìn)進(jìn)行有針對(duì)性的試驗(yàn)，以獲得更為科學(xué)和全面的研究成果。