環氧膠泥在鋼結構與混凝土粘接中的應用

陳曉婕

(陜西工業職業技術學院，陜西 咸陽 712000)

由于設計、施工、勘察等各方面都會存在一些錯誤和缺陷，就會導致建筑工程出現某些質量隱患，有的甚至會給人民生命、財產帶來巨大的損失。在對鋼筋混凝土結構進行設計時，依據承載能力的要求確定配筋數量和混凝土等級，同時要求施工過程中澆筑的混凝土強度達到所需要的等級。保證建筑質量的一個關鍵因素就是混凝土工程的質量，在實際施工時，會因為各種不同的因素致使混凝土不能達到設計所需要的強度，如不采取加固措施將會導致結構構件出現裂縫，嚴重的時候還會導致倒塌等質量事故。因此，在實際施工過程中會根據具體情況采用不同的方法對混凝土結構進行加固。根據加固方法的不同需要用到不同的材料，環氧膠泥憑借且優異的各種性能被廣泛的應用到混凝土的加固中。

環氧膠泥也稱為環氧樹脂膠泥，通常是指由環氧樹脂為主體而制備成的膠粘劑，一般還會加入環氧樹脂固化劑，否則膠粘劑無法固化。環氧樹脂膠泥具有優良抗滲性、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。下面將對環氧膠泥在混凝土和鋼結構的粘接中的應用進行分析。

1 混凝土加固技術

混凝土結構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行分析，為下一步工作的實施奠定基礎。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為錯誤導致的不安全隱患；受到環境、維護等因素的影響，使混凝土結構出現問題；施工過程中監管不力，出現裂縫等質量問題；改變建筑結構造成混凝土結構損壞；由于事故造成的建筑結構的損壞。根據不同的損壞原因，會采取不同的加固方法對混凝土進行加固，常用的方法有粘貼聚合物加固技術、增大截面加固技術、置換混凝土及植筋加固技術、外包型鋼加固技術等等。

1.1 粘貼聚合物加固技術

采用這項技術對混凝土加固時，所采用的纖維布主要有玻璃纖維增強復合材料、碳纖維增強復合材料以及芳綸纖維增強復合材料。在實際施工中使用最多的就是碳纖維增強復合材料，其性能最佳，強度高、質量輕、耐腐蝕性能優異，而且不會對構件的尺寸和外觀造成影響，能夠最大程度地提升混凝土構件的承載能力。當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構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，無法準確評估由于認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件或結構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 混凝土結構碳纖維加固技術

1.2 增大截面加固技術

這種加固技術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加固的目的。這種加固方法在柱、梁、板、屋架等結構的加固中使用的較多。根據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、雙側、三側、四側全包。根據施工的要求和目的，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合的方式。增大截面加固法的優點在于其專業要求較低，操作簡便。但是該加固方法的工作量較大，工序較多，且養護時間長，會加大結構自身的質量，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

這種加固技術首先要對承重的構件進行鑒定，然后去除存在缺陷的部分，對損壞的混凝土結構進行修復，以優質的混凝土進行替代。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行連接。

圖2 混凝土結構植筋加固

1.4 外包型鋼加固技術

外包型鋼加固技術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構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，不在混凝土構件和外包鋼之間進行粘接操作，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氧樹脂化學灌漿法進行粘結，使外包鋼和構件成為一個整體，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 環氧樹脂膠泥

環氧樹脂膠泥是將氯丁橡膠乳液和聚丙烯酸酯加入到環氧樹脂改性膠乳中，與各種乳化劑、合成橡膠、改性膠乳等組成的高聚物乳膠。環氧樹脂膠是對環氧樹脂進行改性或者再加工，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 環氧樹脂膠分類

環氧樹脂膠主要分為環氧樹脂硬膠和環氧樹脂軟膠。

環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，其能夠自行恢復原狀。主要用在紙張、滌綸、塑料等標牌裝飾。

2.2 環氧樹脂膠特性

環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，既可以用專用設備(如A、B膠槍)進行混膠，也可以手工進行混膠。適用的溫度范圍為-50～150 ℃，防油、防水性能優異；同時，還能夠耐強酸、強堿，適用與各種環境。保存時要放置在沒有陽光照射的陰涼的地方。

2.3 環氧樹脂膠的適用范圍

環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，此外，如果被破壞了還可以用環氧樹脂膠泥進行修復；環氧樹脂膠泥還可以用來對混凝土建筑物進行加固與補強，以及缺陷修補處理。當建筑物的柱、梁、樁承臺等結構出現裂縫時，也可以使用環氧膠泥進行修復，同時環氧樹脂膠泥還能夠對混凝土建筑物表面的漏洞、蜂窩、露筋等損壞進行修補；鋼結構和混凝土的粘接也可以使用環氧樹脂膠泥來進行粘接，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防腐等化工領域應用也廣泛；環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。環氧樹脂膠泥憑借其優異的性能在各個領域都有很高的使用價值。

2.4 環氧樹脂膠的優缺點

優點：由于環氧樹脂中存在活性大的環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，因為環氧固化物的內聚強度很大，因而環氧樹脂膠泥與各種極性材料表面的粘接強度很高；環氧樹脂膠在固化的過程中基本上沒有低分子揮發物的產生，這就導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，環氧樹脂固化物的膨脹系數也非常小，所以其內應力較小，不會對粘接強度產生較大的影響，同時其蠕變較小，膠層能夠保持良好的尺寸穩定性；另外，可用于制備膠泥的環氧樹脂、改性劑、固化劑等產品的品種很多，只要采取合理的配方設計，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性和相容性，可以較為容易地進行各種改性來提高膠層的性能，例如交聯、共聚、填充、共混等等；環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的腐蝕，其節點強度為16～35 kV/mm，體積電阻率為1 013～1 016 Ω·cm；環氧樹脂膠泥的制備原料容易獲得，且產地多、產量大，配置簡易，能夠大規模的應用。

缺點：環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，在進行粘接時需要對材料表面進行活化處理；此外，如果環氧樹脂膠沒有經過增韌處理，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和一定的安全防護。

3 環氧膠泥在鋼結構和混凝土粘接中的應用

在采用環氧膠泥對鋼結構和混凝土進行粘接時，首要也是最關鍵的工序之一就是對構件的表面進行表面處理。

對混凝土構件粘接面進行表面處理時，應該先判斷混凝土表面的堅實程度、新舊程度以及干濕程度，然后根據實際情況采取合適的處理方法對其表面進行處理。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，如果經過處理后粘接面有較為嚴重的凹、凸不平現象，則可用樹脂砂漿進行修補。在進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氧膠泥的粘接強度會大大降低，所以除了要進行上述操作外，還要對混凝土表面進行人工干燥處理。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。

在對鋼結構進行表面處理時，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，鋼結構表面銹蝕嚴重，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，如果鋼結構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行打磨，直到其表面出現金屬光澤為止，注意打磨時盡可能使打磨紋路與鋼結構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。

在對混凝土和鋼結構的粘接面進行表面處理后，還有一個必不可少的步驟，就是要對構件進行適量的卸荷，以減輕應力、應變滯后的現象。

完成以上步驟后，就要根據施工的要求配置合適的環氧膠泥。因為施工工藝各不相同，所以膠泥通常情況下都是現場試配試驗，同時要根據氣溫條件、施工工藝、操作時間等對所使用的固化劑的計量進行適當的調整。配置環氧膠泥的重要步驟：第1步，首先要做好配膠前的準備，即準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，每次配膠不應超過5 kg，不然會出現攪拌不均勻的情況，而且會造成不必要的浪費；此外，配好的膠要在適當的時間內使用完，通常情況下冬天在70 min左右，夏天在45 min左右。第3步，攪拌，根據所要求的配比將稱量好的A膠和B膠導入干凈的容器，使用塑料攪拌器或者手工沿著一個方向進行攪拌，直到混合物的色澤完全均勻。

粘貼：用抹刀將配置好的環氧膠泥同時均勻涂抹到經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、粘附到構件的粘接面上；然后繼續涂抹膠泥直至達到所需要的厚度，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，沒有出現空洞聲就表示已經粘貼密實，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，同時要加以適當的壓力，到膠泥剛好從粘接面的邊緣基礎即可。膨脹螺栓也可以作為鋼構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：當混凝土與鋼結構粘接好后應該立即固定，環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延長。當溫度在低于5 ℃的環境中時，可以采用碘鎢燈或者紅外線燈加熱，以此來縮短固化時間。

當以上的步驟都完成后，需要檢驗粘接質量。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，確定粘接質量沒有問題后，即可對其進行防腐處理，在鋼板的表面外包或者粘接一層鋼絲網，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。

根據相關的試驗數據統計表明，混凝土結構經過粘鋼技術加固后的承載能力除了與鋼板的厚度有關，另一個重要因素就是所使用的膠粘劑的性能。最后發現在雖有的膠粘劑中，環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、鹽腐蝕性能優異，可以應用到各種特殊的環境中，是一種十分優良的膠粘劑。

4 結語

環氧膠泥憑借其優良的抗滲性、耐久性、粘接性、密實性以及防水、防腐蝕性能，廣泛地應用于民用和工業建筑領域，主要用于混凝土、水池、建筑內外墻、壩基等的防滲、防水、防腐、防潮以及修復。本文主要研究了其在鋼結構和混凝土粘接中的應用，在進行粘接工藝時最關鍵步驟之一就是粘接構件粘接面的表面處理，只有進行了適當的表面處理，才不會影響環氧膠泥的粘接強度，后續的粘接工序才能順利進行。