環氧樹脂在水工程應用中的質量控制措施探析

付文禹 劉福榮

1.寧夏漢延渠管理處，銀川 750004；

2.寧夏紅寺堡揚水管理處，寧夏銀川 750000

環氧樹脂在水工程應用中的質量控制措施探析

付文禹1劉福榮2

1.寧夏漢延渠管理處，銀川 750004；

2.寧夏紅寺堡揚水管理處，寧夏銀川 750000

環氧樹脂修補技術是利用環氧樹脂與配置成的基本材料對建筑物構件進行修復補強的工程技術措施。在水工程中，常用于鋼筋混凝土保護層的修復補強、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用環氧樹脂材料的實踐為例，就西北地區氣候、環境下，如何解決環氧樹脂材料應用中常見的質量問題，從材料配制和應用技術方面進行探討。

環氧樹脂；質量控制

引言

漢延渠是寧夏引黃灌區主要干渠之一，全長86km，設計流量80m3/s，控制灌溉面積45萬畝。漢延渠上共有渡槽9座，自上世紀90年代以來，先后新建2座，維修翻建7座。其中有3座采用環氧砂漿或環氧碳纖維加固補強T形梁、工字梁，有6座采用環氧砂漿粘貼U型橡膠處理伸縮縫。經過20多年運行，工程質量穩定，持續發揮作用，取得了良好的工程效益和經濟效益。

但環氧樹脂材料對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或工藝不精，容易出現渡槽伸縮縫橡膠粘貼不牢、維修混凝土保護層加固效果不理想等現象。本文在分析多年應用環氧樹脂材料正反方面經驗、并參考有關高分子化合物材料文獻的基礎上，就提高環氧樹脂材料工程質量進行分析探討，從環氧樹脂材料配制方法和實際應用技術方面提出改進措施。

1 影響環氧樹脂材料粘接質量的主要原因分析

在漢延渠水利工程最初應用環氧樹脂材料施工中，因未具體分析影響工程質量的因素，如春秋冬季施工的氣候特點、老舊混凝土表面的具體情況、施工工藝的針對性和適用性等，造成工程局部出現質量問題。經過認真分析研究和參考有關文獻，總結出影響環氧樹脂工程質量的主要原因，有以下幾個方面：

1.1 環氧樹脂材料配置方法不當。環氧樹脂黏結劑根據用途的不同和工程施工環境氣候的不同，因采用相應的配方和配制方法。如果配制程序、劑量、溫度控制不好，不僅影響粘接質量，還會造成材料浪費。

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、裂縫現象，如不徹底清除，在采用環氧材料粘接后，會因為外力增加造成混凝土更大體積的脫落。

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存在氧化層，或附著泥沙、塵土、油污、水膜等物質，如不將這些雜物清除干凈，會直接影響粘接效果。

1.4 被粘接物表面不平整。如被粘接物表面過于粗糙、起伏不平，會因為被粘接物的固體性和黏結劑的流動性造成粘接面不能完全貼合，出現大量空隙，從而降低界面的嚙合力和黏結力[1]。

1.5 施工工藝不正確。不同的用途應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，也會影響工程質量。

2 環氧樹脂基礎材料的配制方法及質量控制措施

2.1 環氧樹脂基礎材料的配方

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

表1 環氧膠液及環氧砂漿配方（重量比）

2.2 環氧樹脂基礎材料的配制及施工方法

2.2.1 環氧樹脂的軟化。由于E-44（6101#）型環氧樹脂軟化點為20℃，在春秋冬季施工中，如果氣溫低于20℃，樹脂一般呈現固結狀態，必須加溫使環氧樹脂軟化。為了便于控制溫度，施工中可采用簡易的加熱方法：環氧樹脂出廠時一般采用金屬桶灌裝，在加熱時可以整桶加熱，用敞口容器注滿水，將環氧樹脂桶開蓋后坐入水中，從容器底部加熱，使容器內的水逐漸升溫并保持在60℃左右，直到桶內樹脂受熱慢慢軟化。在加熱過程中，要注意用溫度計測量環氧樹脂的溫度，當溫度超過40℃時，應停止加熱。

2.2.2 環氧膠液的配制。膠液不宜一次配制太多，因為樹脂與固化劑的反應為放熱反應，放熱溫度隨反應物的數量增加而升高，每次用量以0.5～2千克為宜。將融化的環氧樹脂用量杯計量后倒入拌和容器，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，應快速攪拌，以保證膠液充分散熱。當膠液溫度高于35℃～40℃是，應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，當膠液局部溫度過高時會產生快速聚合反應，在很短時間內固化，成為廢料。溫度太低時，也會因為膠液黏稠度增加而不易涂刷。

2.2.3 環氧膠液的涂刷。膠液一般用2.5～4寸板刷涂刷，涂刷厚度應不超過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，膠液變稠，很難刷開，溫度超過40℃時，膠液雖易涂刷，但會很快固化，失去粘接。控制好粘接物表面溫度的方法是：在涂抹膠液過程中注意兩次烘熱，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，滲入混凝土表層。烘熱時必須使火焰與粘接面保持15cm～25cm距離，并勻速擺動火頭，不要使火焰停留在某一個部位，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。配制環氧砂漿應注意砂子的質量和溫度，如果砂子中含有雜質，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，通過給鐵板下加熱，不斷翻動填料，控制溫度，一般用手抓握感覺溫熱即可。環氧砂漿也不宜一次配制太多，根據施工速度即用即配，如果配制好的砂漿不及時使用，超過1h，砂漿會出現初凝而不能再使用，成為廢料。

2.2.5 環氧砂漿的涂抹。為了使環氧砂漿密實，提高砂漿強度，必須對砂漿進行壓抹，一次涂抹厚度不宜超過0.8厘米。所謂壓抹就是用抹刀反復用力抹，直到砂漿表面泛出光亮膠液為止。在涂抹砂漿時可以多準備幾把抹刀，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 環氧樹脂實際應用工藝及質量控制措施

3.1 環氧砂漿修補鋼筋混凝土保護層的施工方法及要點

采用環氧砂漿處理脫落的保護層，可以起到修補和加固的作用。處理混凝土構件底面和側面保護層的施工步驟一般較簡單，首先清除松動保護層，在修補面涂刷膠液，最后涂抹環氧砂漿。但處理頂面保護層，施工難度會大大增加。如修補面積較大，一般可采用模板施工。首先在混凝土粘貼面均勻涂抹環氧膠液，約30min后，膠液達到常溫，并具有一定黏性，即可涂抹砂漿，涂抹厚度應比舊保護層稍厚一些，然后用內側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，又可以使環氧砂漿與混凝土緊密結合。待環氧砂漿24h固化后即可撤模。

3.2 環氧樹脂粘貼碳纖維補強鋼筋混凝土構件的施工方法及要點

碳纖維根據原料及生產方式的不同，主要分為聚丙烯腈（PAN）基碳纖維（高強度型）及瀝青基碳纖維（高彈性型）。通過環氧膠液將碳纖維布層層黏附于鋼筋混凝土結構表面并與之緊密地結合在一起形成整體，共同受力，達到對鋼筋混凝土構件補強的目的。一般用于增加渡槽、橋梁主梁的應力強度。施工中，首先鑿除松動的混凝土表層，用環氧砂漿修復平整，保養2d；對需要加固的界面進行處理，表面進行打磨，去除凸起部位，用丙酮進行徹底清洗；在處理過的混凝土表面均勻涂抹環氧膠液，約120min膠液固化后（手感干燥為準），再進行下一工序；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，隨即把按照設計要求裁剪好的碳纖維布粘貼到設計部位，然后用專用滾子沿碳纖維布的受力方向來回滾壓，擠出氣泡。待干硬后，即可進行第二道碳纖維布的粘貼，方法同第一道。待達到設計層厚，表面再涂一層膠液，來回滾壓，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層[3]。

3.3 環氧樹脂粘貼U型橡膠處理伸縮縫施工方法及要點

3.2.1 渡槽伸縮縫截面一般設計為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混凝土層，用鋼絲刷徹底清除矩形槽內壁表面的泥垢、雜物、老化層，直到露出新的混凝土表面。為了提高粘接強度，還要對U型橡膠表面進行砂毛，一般采用電動鋼絲砂輪進行處理，砂毛后的橡膠要用薄膜包裹好待用，防止粘上塵土。

3.2.2 在處理過的伸縮縫槽表面涂抹膠液后，用環氧砂漿打底。打底用的環氧砂漿在配制時應少量增加稀釋劑，以增加和易性。打底砂漿涂抹層不宜過厚，一般不要超過0.5cm。新建渡槽打底砂漿涂抹好后，在沒有初凝前，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、不規則或缺損的情況，則應先用環氧砂漿修補，使伸縮縫槽呈規則的15×3cm矩形槽，等修補砂漿24h完全固化后，再進行環氧砂漿打底。

3.2.3 打底砂漿涂抹好的同時，應在U型橡膠粘貼面均勻涂抹膠液，注意在橡膠上涂抹膠液時，也要保證橡膠表面的溫度，也可用噴燈均勻烘熱，用手觸摸感覺溫熱即可。粘貼橡膠時一般要多人配合，動作迅速，以防止渡槽側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。橡膠按照設計位置貼好以后，渡槽側墻橡膠應盡快用模板固定，以防止橡膠滑落。模板一般用木板制作，長、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氧砂漿充分貼合，并保持模板固定、不產生松動和位移。

3.2.4 經24h固化后，拆卸模板，查看橡膠粘貼效果，如果側邊有空洞，則用環氧砂漿填補。在確定橡膠粘貼完好后，用噴燈均勻烘烤橡膠表面至溫熱，在U型橡膠表面及伸縮縫矩形槽側面刷膠液。待膠液有一定黏度后，涂抹環氧砂漿。這一層環氧砂漿主要是為了使橡膠與伸縮縫槽側面粘接，并為橡膠表面起到保護層的作用。砂漿層厚度約0.5cm～1cm。注意要在環氧砂漿固化前，用抹刀沿U橡膠中縫將環氧砂漿劃開一條通縫，以確保橡膠的伸縮功能。

4 結語

漢延渠水工程在應用環氧樹脂材料施工中不斷總結經驗、研究探索，逐步形成一套適合寧夏引黃灌區水工程特點的環氧樹脂材料施工方法，一些工程經過20多年的運行沒有發生質量問題和重復維修的情況，一直發揮著良好的工程效益。另外，環氧樹脂材料易得，投資少，施工方便快捷，有很強的適應性。實踐證明，只要施工方法科學合理，施工工藝得當，環氧樹脂材料仍然是一種值得推廣和應用的工程建材，而且還可以采用不同的配方、制成各種高分子材料，發揮更多的用途，比如在防水防滲涂層、環氧混凝土澆筑、廠房地平處理等領域有更廣闊的應用空間。

[1]劉志棟,曾力,高珍.新老混凝土界面修補現狀綜述[J].中國農村水利水電,2010（6）

[2]金玉杰,肖立光.環氧樹脂混凝土現狀與分析[J].吉林建筑工程學院學報,2009（4）

[3]劉福榮，楊金國，李寧. 碳纖維補強加固技術在水利工程建筑物中的應用[J].寧夏工程技術，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與管理工作；

2.劉福榮，正高級工程師，主要從事水利灌溉，工程建設與管理工作。