環氧樹脂混凝土在交通橋箱梁補強中的應用

董獻國 李亞南

環氧樹脂混凝土在交通橋箱梁補強中的應用

董獻國 李亞南

一、前言

環氧樹脂是一種無定形粘稠液體，沒有明顯的熔點，受熱變軟，逐漸熔化而發粘，不溶于水，輔以固化劑、增韌劑、稀釋劑，經拌和后與水泥、砂石等填料混合，可拌制成一種特殊混凝土，具有振動和易性好、強度高、硬化快、粘結力強、耐腐蝕、防水等特點，廣泛應用于結構物的補強或加固。本文通過工程實例，闡述了環氧樹脂混凝土在橋梁錨固區補強中的應用。

二、工程概況

某水利工程交通橋采用單箱多室現澆預應力混凝土連續箱梁，箱梁縱向預應力均采用整聯通長布設，梁端張拉。主梁采用C50強度等級混凝土，預應力采用1×7-15.20-1860型高強度低松弛鋼絞線。主梁梁高1.8m，全寬15m。其中一聯主梁中腹板在張拉過程中，錨墊板突然變形、外裂并陷入混凝土中約4cm，錨墊板外側混凝土開裂鼓出，鑿除錨墊板附近崩裂的表層混凝土后，發現崩裂的混凝土主要集中在錨墊板正面和側面，側面開裂呈圓弧狀；從側面看錨墊板頭邊緣的混凝土面狀呈蜂窩狀，氣孔較多、個別氣泡較大，經調查分析，該質量事故的主要原因是錨墊板后方鋼筋密集，振搗不到位導致混凝土不密實。處理方案為：先對鋼絞線束逐根放張，鑿除錨墊板外側及周邊松散的混凝土，更換錨墊板，分層填塞搗實環氧樹脂混凝土，待補強后重新進行張拉。

三、加固材料的采用

選用工程中經常應用的6101#（E41）環氧樹脂配制環氧樹脂膠。其主要優點有：（1）具有優越的耐化學穩定性，對各種酸、堿以及有機溶劑都很穩定，適合制作各種粘合劑；（2）固化后具有優良的電氣絕緣性能，是一種良好的絕緣材料；（3）良好的加工工藝性和對鋼鐵、陶瓷、水泥、玻璃等具有高度粘接性；（4）固化收縮性小，尺寸穩定性好；（5）澆筑體具有較高的力學性能。

2.固化劑

固化劑的主要作用是使熱塑性、線型環氧樹脂交聯成體型網狀巨大分子，成為不溶于水的硬化產物。工程上能夠在室溫下應用的常見固化劑，只有多元胺類的脂肪族伯胺和酰胺中的少數幾個品種。本配合比所選用的固化劑為乙二胺，其分子式為：H2NCH2CH2NH2，比重O.8994，熔點為8.5℃，沸點為116℃，有較強的固化作用，較大的揮發性，固化時大量放熱。

3.增韌劑

增韌劑的加入能提高材料的延伸率和抗沖擊強度，相應地也降低了環氧樹脂混凝土料的彈性模量，有利于降低環氧樹脂混凝土材料的內應力，提高了環氧樹脂混凝土料的抗破裂的能量。常用的有鄰苯二甲酸二丁脂、鄰苯二甲酸二辛脂、磷酸三丁脂等。本配合比所選用的增韌劑為二丁酯。

4.稀釋劑

添加稀釋劑的主要作用在于降低環氧樹脂粘度，便于膠粘劑浸潤骨料、基層表面，提高粘結力，增加體積和填料含量，同時可以控制環氧樹脂與固化劑的反應熱，延長使用時間。常用稀釋劑有丙酮、甲苯、二甲苯等。

5.填料

（1）水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥。

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（2）粗細集料：為減少環氧樹脂混凝土的空隙，提高配合料的密實度，碎石選用10～20mm的級配碎石（碎石需清洗烘干后使用）；砂采用細度模數2.4～2.6中砂（砂的含泥量必須控制在2%以下，必要時可過篩后使用）。

四、投料順序

（1）將環氧樹脂與鄰苯二甲酸二丁脂、丙酮按試驗配比比例混合，并充分攪拌均勻即可。

（2）配制環氧砂漿。按比例依次將水泥、砂子加入環氧基液，并充分攪拌成粘稠狀。

（3）配制環氧樹脂混凝土。將碎石按比例加入環氧砂漿，最后加入固化劑乙二胺并充分拌合即成環氧樹脂混凝土。

五、試驗配合比及結果

試驗配合比見表1，實際每組拌合量為20L，碎石均經沖洗并烘干后使用，試驗結果見表2。

表1 試驗配合比（kg）

表2 試驗結果

六、試驗結果分析

1.抗壓強度

和普通水泥混凝土相比較，此次試驗所配制的環氧樹脂混凝土的強度發展速度要快很多，4組試驗中的24h抗壓強度均已滿足張拉要求，3d抗壓強度與28d抗壓強度的比值最低92.8%、最高95.0%，平均93.8%。由試驗結果可知，砂率的高低對抗壓強度產生了較大的影響，這是因為隨著砂率的降低，環氧樹脂、水泥和砂形成的環氧砂漿不能充分填充粗骨料間隙，填料所形成的骨架密實性變差，造成抗壓強度下降較為明顯（如圖1所示）。

圖1 砂率對抗壓強度的影響

2.抗折強度

碎石的摻入對環氧樹脂混凝土的抗折強度有顯著影響，當碎石摻量為740kg/m3時，環氧樹脂混凝土28d抗折強度比摻量為588kg/m3時降低了32.7%。環氧樹脂混凝土的抗折強度主要來源于環氧樹脂固化時形成的三維網絡結構，而試驗所用的碎石斷裂強度比固化的環氧樹脂低，隨著碎石摻量的增大，其斷裂面上的有效網絡結構逐漸減少，從而導致了抗折強度的降低（如圖2所示）。

圖2 碎石摻入量對抗折強度的影響

七、結語

環氧樹脂混凝土作為橋梁修補用材料，具有強度高、硬化快、粘結力強的特點，實際施工中采用2號配合比施工后，在修補應急工程中使用效果良好。固化后的環氧樹脂混凝土對大氣、潮濕、化學介質、細菌等都有較強的抵抗力。因此，環氧樹脂混凝土具有很好的應用前景■

（作者單位：安徽省·水利部淮委水利科學研究院 230088）