环氧树脂在桥梁梁工程中的应用

公路学组环氧树脂在桥梁维修工程中的应用张士军安金锁尹春梅工作单位：唐山兴达交通工程有限公司通信地址：唐山市丰南区汇通路2号摘要：通过环氧树脂的定义，分析其主要性能和环氧树脂胶料的成分、作用。通过工程实例讲述了环氧树脂在桥梁工程中的应用。关键词：环氧树脂；韧性；桥梁维修；应用混凝土及钢筋混凝土结构虽以经久耐用而著称，但其在使用过程中也常因各种因素(包括设计施工因素)而遭受不同程度的损伤，影响其使用寿命。因此近年来各国对已有混凝土及钢筋混凝土结构的评价鉴定和维修改造问题都越来越重视。各种建筑物及构筑物经过多年的使用多数都会有不同程度损坏，需要进行维护和修补。环氧树脂制成的环氧胶性能优越、改性途径较多，近年来发展较快。多用于混凝土构件的粘接和修补、桥梁工程、飞机跑道、公路修造、混凝土结构裂缝补强加固或防渗堵漏灌浆等领域。应用最多的是混凝土构件的粘接和修补。一、环氧树脂胶的定义及构成1.环氧树脂环氧树脂是一种含有环氧基的高分子聚合物，由环氧氯丙烷及二酚基丙烷在碱的作用下缩聚而成的液体树脂，本身不会硬化，当加入一定量固化剂后，变为不溶于水的坚固体型网状结构的巨大分子高聚物，其性能由热塑性变为热固性。固化后显出强度高，粘结力大，收缩性小及化学稳定性好等特点。目前常用的环氧树脂主要有三种，如表1。环氧树脂种类表1型号软化点/℃色泽/号环氧值（当量/100g树脂）E-44#(旧称6101号)12～20≤60.41~0.47E-42#(旧称634号)21～27≤80.38~0.45E-51#(旧称618号)—≤20.48~0.542.固化剂固化剂的主要作用是使环氧树脂交联成体型网状巨大分子，成为不溶于水的分子高聚物。在工程中常用的胺类固化剂如表2所示。常用胺类固化剂表2名称类别外观固化条件T31胺类透明棕色粘稠液体常温1～2d乙二胺胺类无色液体常温3～7d120℃3h3.稀释剂稀释剂的主要作用在于降低环氧树脂粘度，便于环氧树脂胶料浸润骨料、提高粘结力，增加体积和填料含量，同时可以控制环氧树脂与固化剂的反应热，延长使用时间。工程上常用二甲苯、丙酮作为稀释剂。二、环氧树脂胶的应用1、环氧树脂胶对混凝土构件的粘接和修补应用a、新旧混凝土的粘接传统的新旧混凝土接槎方法是先在清洗好的槎口上浇一层稀砂浆，紧跟着浇灌新混凝土。该方法粘接度低、防水性差。为了获得高强度的粘接，在混凝土槎口上涂敷环氧胶粘剂是目前较为流行的方法。新旧混凝土的粘结难点是胶粘剂必须同含水率较高的新混凝土接触。通过选用不溶于水的聚酰胺、多元芳香胺及潜性脂肪胺固化的环氧胶粘剂粘接潮湿混凝土可获得满意效果。此外，环氧胶粘剂如用煤焦沥青改性并掺入适量吸水材料，如石棉纤维和氧化钙等，则在潮湿介质中也有很好的效果。b、混凝土构配件的粘接、修补混凝土构件粘接一般用环氧树脂胶进行。粘接的两表面要尽量平整配合。通过配方的调节可以满足冬季和夏季的不同施工要求。冬季用可掺人胺基催化剂，夏季用可掺入氨基酚附加剂。中国环氧树脂行业协会专家表示，当建筑物混凝土表面受到腐蚀、碳化，表面出现缺损或裂缝时，可用聚合物砂浆修补，一般选用环氧砂浆。施工时，缺损或裂缝处首先除去尘土和疏松物，在用布擦干净，把配制好的聚合物砂浆填塞于修补处，按平压实即可。工程案例（1）、工程概况小集桥位于丰南区境内，桥全长160米，径跨16米，计10孔，原桥宽9米，桥梁为T形梁，该桥施工为旧桥桥面加宽至12米，更换垫石支座，重做桥面铺装。（2）、施工步骤将旧桥面铺装、护栏凿除，加长盖梁，在原桥板两侧各增加一块桥板，再重新浇筑桥面及防撞护栏。a、将原盖梁钻孔，然后配制环氧树脂胶，置入钢筋，与原盖梁粘接牢固，支模浇筑混凝土。b、将桥板侧面钻孔,然后配制环氧树脂胶，置入钢筋，与预制好的新桥板粘接牢固。c、配制环氧树脂胶，然后按1：1的比例加入水泥，制成环氧砂浆，对破损桥板进行修复。（3）、处理结果施工后，新旧混凝土结合紧密，表现了良好的粘结性能；桥梁维修至今通车13年，未出现破损。2、环氧树脂胶配制成环氧树脂混凝土后的应用环氧树脂混凝土是指以环氧树脂为主料，掺入适量的固化剂、增塑剂、稀释剂及填料作为胶粘剂；以砂、石作为骨料，经混合、成型、固化而成的一种复合材料，是聚合物混凝土的一种.环氧树脂混凝土具有强度高、韧性好、抗冲击强度大、良好的耐化学腐蚀、耐磨、耐水和抗冻性能。固化后的环氧树脂混凝土对大气、潮湿、化学介质、细菌等都有很强的抵抗力。因此，较多在较为恶劣的环境中应用，具有良好的应用价值。但由于技术、造价等诸多因素的限制，环氧树脂混凝土应用数量和范围相当有限，并且，目前环氧树脂混凝土的韧性问题仍有待解决，因此笔者在对其应用现状进行分析的同时，提出通过加入纤维、增韧剂等对其韧性等问进行分析与探讨。环氧树脂及其固化物的性能特点环氧树脂混凝土具有强度高，固化时间快，韧性好，抗冲击强度大，良好的耐化学腐蚀、耐磨、耐水和抗冻性能并且与金属和非金属材料粘结强度高、电绝缘性好等特点。a.力学性能高。环氧树脂具有很强的内聚力，分子结构致密，所以它的力学性能高于酚醛树脂和不饱和聚酯等通用型热固性树脂。b.粘接性能优异。环氧树脂固化体系中活性极大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性集团赋予环氧固化物以极高的粘接强度。再加上它有很高的内聚强度等力学性能，因此它的粘接性能特别强，可用作结构胶。c.固化收缩率小。一般为1％～2％。是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一(酚醛树脂为8％～10％；不饱和聚酯树脂为4％～6％；有机硅树脂为4％～8％)。线胀系数也很小，一般为6×10-5／℃。所以其产品尺寸稳定，内应力小，不易开裂。d.工艺性好。环氧树脂固化时基本上不产生低分子挥发物，所以可低压成型或接触压成型。配方设计的灵活性很大，可设计出适合各种工艺性要求的配方。e.电性能好。是热固性树脂中介电性能最好的品种之一。f.稳定性好。不合碱、盐等杂质的环氧树脂不易变质。只要贮存得当(密封、不受潮、不遇高温)，其贮存期为1年。超期后若检验合格仍可使用。环氧固化物具有优良的化学稳定性。其耐碱、酸、盐等多种介质腐蚀的性能优于不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂。g.环氧固化物的耐热性一般为80～100℃。环氧树脂的耐热品种可达200℃或更高。工程案例1、工程概况唐山市唐乐公路沙河大桥改建工程：上部结构采用后张法预应力预制空心板。在第一联第二孔进行负弯距预应力张拉时，2-2#空心板板顶齿块左侧N2的锚垫板在100%张拉应力时被压断。经查明是由于端部钢筋配置较密，施工队在混凝土浇筑时振捣时间较短，形成约13cm×13cm×20cm的混凝土空洞而导致锚垫锚垫板被压断。针对这一问题，需要对其进行修补处理，但因为这个空洞所处部位的特殊性（预应力集中的地方）和其尺寸大小的缘故，最后考虑用环氧树脂混凝土进行修补处理。2、施工工艺a.环氧树脂混凝土配制称取定量的E-44#环氧树脂胶体，按胶料配合比加入稀释剂二甲苯，均匀拌和，待温度降至常温时，再加入固化剂乙二胺（要求纯度＞70%），环氧胶料的配合比为环氧树脂：二甲苯：乙二胺=100：40：8；水泥唐山冀东盾石P.O42.5R，砂为中砂，碎石采用粒径为0.5～2.0Cm的小石子。环氧树脂混凝土配合比为环氧树脂胶料：水泥：石子：砂=100：100：130：220。b.施工步骤①、基面处理：对混凝土基础表面进行处理，用錾子剔凿基面上的乳皮、水泥净浆表层或松动颗粒等，使表面外露新鲜骨料。②、表面清理：先用高压水冲洗基面表面的沙粒、粉尘。③、涂刷基液：在处理好的混凝土基面上用毛刷均匀地涂刷一薄层底层基液，尽可能做到薄而均匀、不流淌、不漏刷。④、固定新的锚垫板：按设计图纸正确安放锚垫板。⑤、环氧混凝土施工：待基液初凝（表面不流动，指触拉丝）时，将拌制好的环氧混凝土填塞到已刷好基液的基面上，每次填塞厚度不应超过5cm，并注意衔接处压实排气；然后用电动抹刀反复震动压实，边震动边压实、边找平。c处理结果经过修补，环氧混凝土与锚座、混凝土三者结合紧密，表现了良好的粘结性能；在随后的预应力张拉施工中，一切正常。三、结语环氧树脂胶作为粘结材料，由于它具有防水、防潮、耐腐蚀、耐寒、耐热、抗冲击和振动等优良性能，广泛应用于桥梁维修中，对恢复桥梁混凝土的整体性，延长使用寿命和保证安全运行有一定效果，其优异的性能将带来广阔的应用前景。参考文献[1]秦海兰.环氧树脂混凝土的研究现状和工程应用[J].焦作工学院学报(自然科学版)，2003(3)：109-113.[2]李宇峙，李家庆.环氧树脂混凝土抗压强度和弹性模量的试验研究[J].公路，2007(9)：168-172.[3]周梅，刘书贤.填料品种和用量对树脂混凝土强度的影响[J].新型建筑材料，2001(3)：4-6.[4]谢善芳.环氧树脂混凝土在公路桥梁伸缩缝中的应用[J].西部探矿工程，2000(3)：55-56.[5]张绍河.环氧树脂在粘钢加固钢筋砼构件中的应用[J].烟台大学学报(自然科学与工程版)，1999(2)：153-156.[6]李荣，蒋海滨，孙曼灵.环氧树脂水泥材料性能的优化研究[J].热固性树脂，1995(1)：30-33.[7]陈卫星，刘志斌，杜玉军.环氧树脂的增韧改性[J].西安工业学院学报，2000(6)：150-154.