环氧树脂混凝土在交通桥箱梁补强中的应用

董献国 李亚南

环氧树脂混凝土在交通桥箱梁补强中的应用

董献国 李亚南

一、前言

环氧树脂是一种无定形粘稠液体，没有明显的熔点，受热变软，逐渐熔化而发粘，不溶于水，辅以固化剂、增韧剂、稀释剂，经拌和后与水泥、砂石等填料混合，可拌制成一种特殊混凝土，具有振动和易性好、强度高、硬化快、粘结力强、耐腐蚀、防水等特点，广泛应用于结构物的补强或加固。本文通过工程实例，阐述了环氧树脂混凝土在桥梁锚固区补强中的应用。

二、工程概况

某水利工程交通桥采用单箱多室现浇预应力混凝土连续箱梁，箱梁纵向预应力均采用整联通长布设，梁端张拉。主梁采用C50强度等级混凝土，预应力采用1×7-15.20-1860型高强度低松弛钢绞线。主梁梁高1.8m，全宽15m。其中一联主梁中腹板在张拉过程中，锚垫板突然变形、外裂并陷入混凝土中约4cm，锚垫板外侧混凝土开裂鼓出，凿除锚垫板附近崩裂的表层混凝土后，发现崩裂的混凝土主要集中在锚垫板正面和侧面，侧面开裂呈圆弧状；从侧面看锚垫板头边缘的混凝土面状呈蜂窝状，气孔较多、个别气泡较大，经调查分析，该质量事故的主要原因是锚垫板后方钢筋密集，振捣不到位导致混凝土不密实。处理方案为：先对钢绞线束逐根放张，凿除锚垫板外侧及周边松散的混凝土，更换锚垫板，分层填塞捣实环氧树脂混凝土，待补强后重新进行张拉。

三、加固材料的采用

选用工程中经常应用的6101#（E41）环氧树脂配制环氧树脂胶。其主要优点有：（1）具有优越的耐化学稳定性，对各种酸、碱以及有机溶剂都很稳定，适合制作各种粘合剂；（2）固化后具有优良的电气绝缘性能，是一种良好的绝缘材料；（3）良好的加工工艺性和对钢铁、陶瓷、水泥、玻璃等具有高度粘接性；（4）固化收缩性小，尺寸稳定性好；（5）浇筑体具有较高的力学性能。

2.固化剂

固化剂的主要作用是使热塑性、线型环氧树脂交联成体型网状巨大分子，成为不溶于水的硬化产物。工程上能够在室温下应用的常见固化剂，只有多元胺类的脂肪族伯胺和酰胺中的少数几个品种。本配合比所选用的固化剂为乙二胺，其分子式为：H2NCH2CH2NH2，比重O.8994，熔点为8.5℃，沸点为116℃，有较强的固化作用，较大的挥发性，固化时大量放热。

3.增韧剂

增韧剂的加入能提高材料的延伸率和抗冲击强度，相应地也降低了环氧树脂混凝土料的弹性模量，有利于降低环氧树脂混凝土材料的内应力，提高了环氧树脂混凝土料的抗破裂的能量。常用的有邻苯二甲酸二丁脂、邻苯二甲酸二辛脂、磷酸三丁脂等。本配合比所选用的增韧剂为二丁酯。

4.稀释剂

添加稀释剂的主要作用在于降低环氧树脂粘度，便于胶粘剂浸润骨料、基层表面，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。常用稀释剂有丙酮、甲苯、二甲苯等。

5.填料

（1）水泥采用42.5普通硅酸盐水泥。

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（2）粗细集料：为减少环氧树脂混凝土的空隙，提高配合料的密实度，碎石选用10～20mm的级配碎石（碎石需清洗烘干后使用）；砂采用细度模数2.4～2.6中砂（砂的含泥量必须控制在2%以下，必要时可过筛后使用）。

四、投料顺序

（1）将环氧树脂与邻苯二甲酸二丁脂、丙酮按试验配比比例混合，并充分搅拌均匀即可。

（2）配制环氧砂浆。按比例依次将水泥、砂子加入环氧基液，并充分搅拌成粘稠状。

（3）配制环氧树脂混凝土。将碎石按比例加入环氧砂浆，最后加入固化剂乙二胺并充分拌合即成环氧树脂混凝土。

五、试验配合比及结果

试验配合比见表1，实际每组拌合量为20L，碎石均经冲洗并烘干后使用，试验结果见表2。

表1 试验配合比（kg）

表2 试验结果

六、试验结果分析

1.抗压强度

和普通水泥混凝土相比较，此次试验所配制的环氧树脂混凝土的强度发展速度要快很多，4组试验中的24h抗压强度均已满足张拉要求，3d抗压强度与28d抗压强度的比值最低92.8%、最高95.0%，平均93.8%。由试验结果可知，砂率的高低对抗压强度产生了较大的影响，这是因为随着砂率的降低，环氧树脂、水泥和砂形成的环氧砂浆不能充分填充粗骨料间隙，填料所形成的骨架密实性变差，造成抗压强度下降较为明显（如图1所示）。

图1 砂率对抗压强度的影响

2.抗折强度

碎石的掺入对环氧树脂混凝土的抗折强度有显著影响，当碎石掺量为740kg/m3时，环氧树脂混凝土28d抗折强度比掺量为588kg/m3时降低了32.7%。环氧树脂混凝土的抗折强度主要来源于环氧树脂固化时形成的三维网络结构，而试验所用的碎石断裂强度比固化的环氧树脂低，随着碎石掺量的增大，其断裂面上的有效网络结构逐渐减少，从而导致了抗折强度的降低（如图2所示）。

图2 碎石掺入量对抗折强度的影响

七、结语

环氧树脂混凝土作为桥梁修补用材料，具有强度高、硬化快、粘结力强的特点，实际施工中采用2号配合比施工后，在修补应急工程中使用效果良好。固化后的环氧树脂混凝土对大气、潮湿、化学介质、细菌等都有较强的抵抗力。因此，环氧树脂混凝土具有很好的应用前景■

（作者单位：安徽省·水利部淮委水利科学研究院 230088）