改性環氧修復劑修復潮濕環境下混凝土裂縫的固化時間影響

劉麗秋

(遼寧水利土木工程咨詢責任公司，遼寧 沈陽 110000)

1 材料與方法

1.1 試驗原料

此次試驗中使用的改性環氧修復劑由以下材料制備：環氧樹脂材料使用的是鳳凰牌雙酚A型環氧樹脂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，促進劑為DMP-30環氧樹脂催化劑，表面活性劑為異構十三醇聚氧乙烯醚-3，有機溶劑為無水乙醇，填料為徐州中聯水泥廠生產的普通硅酸鹽水泥。其配合比為環氧樹脂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，促進劑2.0 g，活性劑1.5 g，增韌劑10.0 g。

試驗中使用的水泥材料為P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，細骨料為天然中砂，粗骨料為粒徑5～20 mm，級配良好的天然碎石，試驗用水為普通自來水。

1.2 試驗設計

試驗中使用100 mm×100 mm×100 mm的標準試件，對養護好的混凝土試件利用萬能試驗機加載破壞的方式制造裂縫，利用模具和游標卡尺確定裂縫寬度[1]。考慮到裂縫寬度也是修復效果的重要影響因素，試驗中設計了1 mm、3 mm和5 mm等3種不同的裂縫寬度，設計3 d、6 d、9 d、12 d和15 d等5種不同固化時長，設計出如表1所示的15種不同試驗方案。

表1 裂縫修復試驗方案設計

1.3 試驗方法

試驗中按照渠道襯砌混凝土中常用的C30混凝土進行配合比設計和試件制作。將制作好的試件在養護室內以標準養護條件養護至28 d齡期[2]。

對養護好的試件利用液壓伺服萬能試驗機加壓至劈裂。將試件裂縫表面的灰塵和殘渣清理干凈；利用游標卡尺和模具控制好裂縫寬度，然后，在裂縫的底部和兩側涂抹封縫膠，預留一面進行灌漿修補[3]。待縫膠凝固良好后，將試件放入清水中浸泡24 h以模擬潮濕環境。取出試件擦拭干凈表面水分進行注漿修補處理，然后，養護至規定齡期。在試驗之前，將封縫膠清理干凈，以免其影響試驗結果。

試件的抗壓強度采用液壓伺服萬能試驗機測試，在測試中采用帶縫面為頂面的最不利試驗方式。抗折強度的試驗采用兩點對稱加載的方式。在渠道襯砌裂縫修復工程中，對水工混凝土結構而言，抗滲性也是重要的檢驗指標。因此，研究中測試混凝土試件的抗滲性，獲得不同方案的抗滲系數。

2 試驗結果與分析

2.1 抗壓強度

對不同試驗方案條件下的混凝土試件進行抗壓強度測試，獲取混凝土裂縫修補后試件的抗壓強度值。為了進行橫向對比，將沒有裂縫的混凝土試件的抗壓強度值作為試驗標準值進行對比，結果如表2所示。根據試驗數據，繪制出抗壓強度隨固化時長的變化曲線，結果如圖1所示。

圖1 抗壓強度隨固化時長變化曲線

表2 抗壓強度及恢復率試驗結果

從試驗結果可以看出，混凝土試件的抗壓強度及恢復率隨著固化時長的增加呈現出先迅速增加之后逐漸趨于平穩的變化特點。具體來看，在固化時長小于9 d時，試件的抗壓強度值較低，但是抗壓強度的恢復率較快。抗壓強度恢復率可以由40%左右迅速增加到80%～90%。在固結時長大于9 d時，抗壓強度值的增加幅度相對較小。究其原因，主要是潮濕環境不利于改性環氧修復劑的完全反應，導致其早期的力學性能較差。從28 d試驗結果來看，除了1 mm縫的抗壓強度恢復率仍低于100%之外，其余兩種縫寬方案的抗壓強度恢復率均大于100%。由此可見，此次研究使用的改性環氧修復材料具有良好的潮濕界面修復性能，修復后的界面不會成為試件受壓破壞過程中的薄弱處。

除此之外，縫寬因素也會對抗壓強度產生一定的影響。從具體的試驗數據來看，過小或過大的縫隙寬度，抗壓強度值都相對較小。究其原因，可能是過窄的縫隙不利于提高修復劑的填充密實度，而過寬的縫隙需要更長的固化時間來提高修復劑固結體的強度。

2.2 抗折強度

對不同試驗方案條件下的混凝土試件進行抗折強度測試，獲取潮濕界面混凝土裂縫修補后的抗折強度值并計算出其抗折強度恢復率，結果如表3所示。根據試驗數據，繪制出抗折強度隨固化時長的變化曲線，結果如圖2所示。從試驗結果可以看出，抗折強度和抗壓強度類似，隨著固化時長的增加呈現出先迅速增大后趨于穩定的變化特點，當固化時長小于9 d時，抗折強度增加較為迅速，之后增加較為緩慢，其原因和抗壓強度類似，這里不再敷述。

圖2 抗折強度隨裂縫寬度變化曲線

表3 抗折強度及恢復率試驗結果

此外，從15 d試驗結果來看，不同裂縫寬度方案的抗折強度恢復率均高于100%，說明改性環氧修復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，試件的抗折強度呈現出小幅增大的變化特點，原因可能是裂縫寬度的增加有利于修復質量的提升，修復劑和混凝土界面的黏結效果更佳。

2.3 抗滲性

研究中根據抗滲性試驗數據，計算出不同試驗方案試件的滲水系數，結果如表4所示。從試驗結果可以看出，各方案條件下混凝土試件的滲水系數呈現出波動變化的特點，且波動范圍相對較小，與對比方案的試驗結果極為接近。由此可見，改性環氧樹脂修復劑對混凝土裂縫修復之后的滲水系數并無顯著變化，其部分波動性可能是由試驗中的誤差所致。因此，裂縫寬度和固化時長不會對混凝土的抗滲性產生顯著影響。另一方面，修復后的混凝土試件滲水系數與對比方案極為接近，甚至存在微弱優勢。因此，改性環氧修復劑在對混凝土裂縫修復之后，可以產生良好的堵漏作用，顯示出良好的工程應用價值。

表4 抗折強度及恢復率試驗結果

3 結 語

對襯砌結構裂縫進行科學有效的修復，可以有效提升渠道襯砌結構的耐久性和服役性能，具有重要的工程意義和價值。此次研究利用室內試驗的方式，探討了固化時長對不同寬度襯砌混凝土裂縫的修復效果。試驗結果顯示，修復之后混凝土試件的抗壓強度、抗折強度和滲透性均有顯著提升。鑒于抗壓強度和抗折強度在9 d固化時長前的增速較快，且在9 d固化時長已經達到80%以上的修復率，因此，在工程應用中建議采用9 d的固化時長，這不僅可以保證修復質量，同時還有助于控制施工工期。當然，具體的固化時長與材料本身存在密切聯系。因此，在今后的研究中需要針對環氧修復材料的工藝改進進行有針對性的試驗，以獲得更為科學和全面的研究成果。