水性環(huán)氧樹脂在橋梁加固修補(bǔ)實(shí)踐中的創(chuàng)新研究

盧蘭華 浦建民 張洪瑞 王慶增 盧園園

摘 要：為了充分發(fā)揮和利用水性環(huán)氧樹脂的粘接性強(qiáng)、防滲性高等優(yōu)勢(shì)，提高建筑工程施工質(zhì)量，分析了水性環(huán)氧樹脂特性，采用試驗(yàn)的方式，依次測(cè)試了水性環(huán)氧樹脂粘接性能、混凝土層間粘接強(qiáng)度以及混凝土抗?jié)B性能，研究了水性環(huán)氧樹脂在G324線某立交橋工程中的施工工藝改進(jìn)和使用情況。結(jié)果表明，水性環(huán)氧樹脂的應(yīng)用，可以有效地封閉橋面裝層中的裂縫，避免大量水分滲入到裂縫內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的有效保護(hù)，增加橋梁工程混凝土粘接性能和抗?jié)B透性能，降低橋梁應(yīng)用力過于集中問題出現(xiàn)的概率。

關(guān)鍵詞：水性環(huán)氧樹脂；建筑工程；應(yīng)用；研究

中圖分類號(hào)：TQ341；U445.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）11-0022-04

Innovative study on the application of waterborne epoxy resin in bridge reinforcement and repair

LU Lanhua，PU Jianmin，ZHANG Hongrui，WANG Qingzeng，LU YuanYuan

（China Construction And Installation Group Co.，Ltd.，Jinan 250000，China

）

Abstract：In order to take and utilize the full advantages of strong adhesion and high impermeability of waterborne epoxy resin，and to improve the construction quality of the building engineering，the characteristics of water-based epoxy resin were analyzed.By means of test，the adhesive properties of waterborne epoxy resin，the bonding strength of concrete layers and the impermeability of concrete were sequentially tested.The improvement of construction process and application of water-based epoxy resin in a G324 line Nanshan overpass project were studied.The results showed that the application of waterborne epoxy resin effectively sealed the cracks in the bridge deck pavement，and prevented a large amount of water impermeability into the cracks，thus realizing the effective protection of the bridge structure.It increased the bonding and anti-permeability properties of concrete in the bridge engineering，and reduced the probability of problems such as over-concentration of applied forces in bridges.

Key words：? waterborne epoxy resin;building engineering;application;research

目前，隨著交通行業(yè)的迅猛發(fā)展，交通量和重型車輛不斷增加，嚴(yán)重?fù)p壞了橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)，由于該裝層相對(duì)較薄，其厚度僅僅達(dá)到了11 cm左右，這就增加了鋪裝層破壞風(fēng)險(xiǎn)和維修難度。另外，橋面鋪裝層早期很容易出現(xiàn)輪邊縱向開裂、斜向開裂、表面露石等問題。而水性環(huán)氧樹脂的出現(xiàn)和應(yīng)用，可以避免以上不良現(xiàn)象的發(fā)生，通過應(yīng)用該樹脂材料，可以保證橋梁結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的有效保護(hù)，同時(shí)，還能利用該樹脂材料粘接性能高、抗?jié)B性能高等優(yōu)點(diǎn)，確保橋面鋪裝層修補(bǔ)過的坑槽與完整部位進(jìn)行有效地結(jié)合，從而形成統(tǒng)一整體，避免橋面鋪裝層出現(xiàn)應(yīng)力過于集中問題。

1 水性環(huán)氧樹脂特性

水性環(huán)氧樹脂具有流動(dòng)性好、防水性能高、抗沖擊性能高、粘接性和抗拉性能強(qiáng)等特點(diǎn)，通過將該樹脂材料應(yīng)用到橋面鋪裝層養(yǎng)護(hù)和維修中，有效地解決鋪裝層坑洞、裂縫等問題，提高橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)的有效保護(hù)。

2 水性環(huán)氧樹脂粘接性能試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

在進(jìn)行試驗(yàn)期間，結(jié)合膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，采用單面搭接的方式，將縱向拉伸剪切力施加到搭接面上，并對(duì)試樣的最大負(fù)荷進(jìn)行測(cè)量［1］，試樣形象和尺寸如圖1所示。該試樣主要運(yùn)用了45#碳鋼，單組試件數(shù)量統(tǒng)一設(shè)置為5個(gè)。

2.2 試驗(yàn)材料

在試驗(yàn)中，所用到的試驗(yàn)材料主要包含以下幾種，分別是水性環(huán)氧樹脂和DFG-88固化劑，這2種材料的質(zhì)量比為4∶1。

2.3 試驗(yàn)方法

嚴(yán)格按照上述所設(shè)置好的重量比，對(duì)水性環(huán)氧樹脂和DFG-88固化劑進(jìn)行混合處理，確保其攪拌的均勻性和充分性［2］，同時(shí)，在2塊鋼板的接觸面涂抹一層薄薄的水性環(huán)氧樹脂乳液，從而保證接觸面潤濕的充分性，大約經(jīng)過1 h后，環(huán)氧樹脂會(huì)從水性環(huán)氧樹脂乳液中還原出來，此時(shí)，將析出的水分全部倒掉［3］，然后，向接觸面上涂抹適量的水性環(huán)氧樹脂，確保2塊鋼板粘貼的牢固性。1周后，利用拉伸機(jī)，對(duì)不同鋼板之間的拉伸剪切強(qiáng)度進(jìn)行精確化測(cè)定。不同鋼板之間的拉伸剪切強(qiáng)度計(jì)算公式：

C=PBL（1）

式中：C、P、B、L分別代表水性環(huán)氧樹脂拉伸剪切強(qiáng)度、試樣剪切破壞最大載荷、試樣搭接面寬度和長(zhǎng)度。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

水性環(huán)氧樹脂粘接性能試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可知，水性環(huán)氧樹脂拉伸剪切強(qiáng)度平均值經(jīng)過計(jì)算為10.952 MPa，橋面鋪裝層經(jīng)常出現(xiàn)橫向裂縫、縱向裂縫等問題；另外，灌縫材料與舊混凝土之間存在結(jié)合面，該結(jié)合面相對(duì)較薄，經(jīng)常出現(xiàn)氣孔問題，嚴(yán)重影響了結(jié)合面結(jié)構(gòu)密實(shí)度。此外，與舊混凝土相比，裂縫灌漿材料所表現(xiàn)出收縮效果存在很大的不同［4］，導(dǎo)致界面粘接力出現(xiàn)大幅度降低現(xiàn)象。

3 混凝土層間粘接強(qiáng)度試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)材料

所用到的試驗(yàn)材料主要包含2種：（1）水泥。該水泥屬于普通硅酸鹽水泥。（2）細(xì)骨料。該細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)為2.6，在正式進(jìn)入試驗(yàn)前，要使用烘箱，對(duì)細(xì)骨料進(jìn)行烘干處理，確保細(xì)骨料的含水率達(dá)到0。（3）粗骨料。該粗骨料內(nèi)部含有大量的石灰?guī)r碎石，這些碎石的最大粒徑為21 mm。（4）混凝土?；炷恋馁|(zhì)量比為水泥∶砂∶石∶水=50∶76∶153∶22。

3.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)所用到的混凝土試件長(zhǎng)、寬、高分別為40、40、160 mm，當(dāng)混凝土試件澆筑完成后，對(duì)其進(jìn)行29 d養(yǎng)護(hù)，然后，將養(yǎng)護(hù)好的試件放入到模具中，然后，使用隔板，將新混凝土分別澆筑到混凝土試件的兩側(cè)［5］，并對(duì)其進(jìn)行29 d養(yǎng)護(hù)。另外，還要將新澆筑的混凝土劃分以下2組：

（1）第1組混凝土配合比與舊混凝土試件配合比相同；

（2）第2組聚灰比大約是水性環(huán)氧樹脂混凝土的0.3倍。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

新舊混凝土的層間粘接強(qiáng)度如表2所示。

從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，通過摻入和使用水性環(huán)氧樹脂，可以有效地提高新、舊混凝土之間的粘接強(qiáng)度，使其粘接強(qiáng)度提高量達(dá)到1倍左右，這樣一來，不僅可以降低橋面鋪裝層維修難度，還能縮短養(yǎng)生時(shí)間，完全符合早期開發(fā)交通相關(guān)需求。

4 水性環(huán)氧樹脂混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)原理

試驗(yàn)中，結(jié)合普通混凝土耐久性能測(cè)試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，將試件的長(zhǎng)、寬、高統(tǒng)一設(shè)置為150 mm，將試件的試驗(yàn)齡期設(shè)置為29 d，并將混凝土滲透儀最大加壓值設(shè)置為5 MPa，在試驗(yàn)期間，通過安裝和使用6個(gè)試件。在進(jìn)行試驗(yàn)期間，需要將加壓時(shí)間設(shè)置為8 h以上。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

通過將水性環(huán)氧樹脂適當(dāng)?shù)貪B入到混凝土中，可以確?；炷帘憩F(xiàn)出較高的抗?jié)B性能，當(dāng)水性環(huán)氧樹脂滲入量不斷增加時(shí)，混凝土抗?jié)B性能會(huì)變得越來越高。水性環(huán)氧樹脂混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從表3中的數(shù)據(jù)可以看出，通過將水性環(huán)氧樹脂滲入到混凝土中，不僅可以延長(zhǎng)混凝土抗?jié)B時(shí)間，還能最大限度地提高混凝土耐水壓力。

5 工程案例

5.1 橋梁加固改進(jìn)設(shè)計(jì)

某橋梁工程，橋面整個(gè)較寬，凈寬度為（-91+2.1×1.6）m，所設(shè)計(jì)的車輛載荷為汽車-20級(jí)。該橋原采用的鋪裝方式為普通混凝土鋪裝方式，其設(shè)計(jì)厚度最小值為5 cm，最大值為9 cm；實(shí)際平均厚度最小值為4 cm，最大值為6 cm。整個(gè)橋面鋪裝層在實(shí)際施工期間，主要運(yùn)用了連續(xù)鋪裝結(jié)構(gòu)模式［6］，將一組鋪裝結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度設(shè)置為121 m，全橋3處位置出現(xiàn)縮縫問題，為了避免出現(xiàn)溫縮應(yīng)力現(xiàn)象，需要切縫處理橋面鋪裝層表面，并將縫間距設(shè)置為14 m。當(dāng)大量超載車頻繁地經(jīng)過該橋時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)橋梁處于超負(fù)荷工作狀態(tài)，導(dǎo)致橋面鋪裝層出現(xiàn)縱向裂縫、橫向裂縫、局部損壞等問題，其中，橫向裂縫問題最為嚴(yán)重，其裂縫相對(duì)較寬，其寬度達(dá)到4 mm。

5.2 破損原因分析

通過分析橋梁局部破壞、橫向裂縫、縱向裂縫等問題，發(fā)現(xiàn)破損部位集中出現(xiàn)于負(fù)彎矩區(qū)，這是由于橋面在車輛荷載影響下，出現(xiàn)明顯負(fù)彎矩問題，從而導(dǎo)致橋面拉應(yīng)力相對(duì)較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過混凝土抗拉強(qiáng)度。通過分析橋梁結(jié)構(gòu)，不難發(fā)現(xiàn)，大量橫隔板主要出現(xiàn)與縱向翼板之間，并在車輛超載的影響下，翼板交接處會(huì)出現(xiàn)明顯豎向變形問題［7］，造成橋面鋪裝層由于受到較大的拉力而出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。另外，伸縮縫鋪裝層在車輛超載的影響下，整個(gè)梁端出現(xiàn)一系列轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致橋面鋪裝層出現(xiàn)被拉裂現(xiàn)象。在正式進(jìn)行橋面鋪裝前，一旦橋面板處理不夠規(guī)范和徹底［8］，會(huì)導(dǎo)致橋面板與鋪裝層出現(xiàn)夾層問題，從而降低橋面鋪裝層與墻面板的粘結(jié)力，進(jìn)而增加兩者之間的脫離風(fēng)險(xiǎn)，這無疑破壞了橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)。

5.3 修補(bǔ)方法

G324線某立交橋工程在實(shí)際施工期間，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)橋面鋪裝層破壞問題，出現(xiàn)這一問題的根本原因是橋面應(yīng)力相對(duì)較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過橋面抗拉強(qiáng)度。所以，為了提高橋面使用效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋面鋪裝層使用壽命的有效延長(zhǎng)，需要運(yùn)用水性環(huán)氧樹脂，對(duì)橋面鋪裝層裂縫處進(jìn)行灌縫處理，從而起到封閉裂縫的作用，并將該樹脂材料摻入到混凝土中，對(duì)橋面破損部位進(jìn)行修補(bǔ)［9］。所用到材料主要包含以下2種：水性環(huán)氧樹脂和DFG-88固化劑，二者之間的質(zhì)量比為4∶1。破損部位修補(bǔ)材料配合比如表4所示。

5.4 施工工藝改進(jìn)

5.4.1 裂縫部位施工工藝

裂縫部位施工工藝步驟如下：（1）清掃處理橋面裂縫處，確保裂縫處始終保持干凈，并使用吹風(fēng)機(jī)，吹干凈裂縫處的粉塵。（2）將盛裝水性環(huán)氧樹脂和DFG-88固化劑的桶進(jìn)行倒轉(zhuǎn)處理，并對(duì)其進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，使得沉淀于底部的試劑與桶內(nèi)溶液混合均勻［10］。（3）將水性環(huán)氧樹脂與DFG-88固化劑之間重量比控制為10∶3，并將這2種物質(zhì)進(jìn)行充分混合，使其混合均勻。在進(jìn)行初次澆淋期間，要將水性環(huán)氧樹脂與DFG-88固化劑之間的質(zhì)量比設(shè)置為20∶3。（4）將該水性環(huán)氧樹脂均勻地澆淋在橋面鋪裝層裂縫處［11］，并將澆淋時(shí)間控制為20 min，確保該裂縫處完全飽滿為止。

5.4.2 破損部位施工工藝

破損部位施工工藝操作流程如下：（1）對(duì)橋面鋪裝層破損部位通常會(huì)出現(xiàn)大量的雜質(zhì)，需要相關(guān)人員對(duì)其清除，同時(shí)，還要使用灌漿料［12］，封填處理橋面現(xiàn)澆層裂縫。（2）在進(jìn)行鑿除期間，需要將橋面混凝土的澆層厚度設(shè)置為3 cm，當(dāng)露出混凝土后，需要使用膠粘劑對(duì)混凝土表面進(jìn)行涂刷處理。（3）在對(duì)混凝土鋪裝層進(jìn)行澆筑期間，要利用振搗板，對(duì)其進(jìn)行振搗處理，使其達(dá)到完全密實(shí)狀態(tài)［13-19］。

6 結(jié)語

（1）水性環(huán)氧樹脂作為一種常見聚合物，具有親水性強(qiáng)，流動(dòng)性高等特點(diǎn)，該樹脂材料在實(shí)際應(yīng)用中，可以沿著橋面鋪裝層內(nèi)部裂縫快速滲入到裂縫的底部；

（2）水性環(huán)氧樹脂表現(xiàn)出一定的粘接強(qiáng)度，通過將其與DFG-88固化劑進(jìn)行混合使用，可以快速還原環(huán)氧樹脂固化物，并封閉處理橋面鋪裝層內(nèi)裂縫，避免大量水分直接滲入到裂縫內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的有效保護(hù)；

（3）通過將適量的水性環(huán)氧樹脂摻入到混凝土中，可以確?；炷帘憩F(xiàn)較高的粘接性能和抗?jié)B透性能，確保修補(bǔ)處理后的坑槽與其他完整部位形成統(tǒng)一整體，橋梁即使受到車載負(fù)荷影響，也不會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。

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收稿日期：2023-06-10；修回日期：2023-10-12

作者簡(jiǎn)介：盧蘭華（1972-），女，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：土木工程；E-mail：18954190662@163.com。

引文格式：盧蘭華，浦建民，張洪瑞，等.

水性環(huán)氧樹脂在橋梁加固修補(bǔ)實(shí)踐中的創(chuàng)新研究［J］.粘接，2023，50（11）：22-25.