亚热带区环氧砂浆与混凝土黏结性能试验研究

晏国泰，谢金齐，黄 镇，陈新林

(武汉二航路桥特种工程有限责任公司，湖北 武汉 430071)

环氧砂浆具有强度高、综合性能优良等特点。作为水工混凝土过流面抗冲耐磨保护层及冲刷、磨损和气蚀等破坏部位的修补加固材料，环氧砂浆在工业民用建筑、公路、桥梁和机场跑道等构筑物的维修加固材料应用己有40多年历史[1-3]。

由于环氧砂浆底胶具有黏度低，浸润性好，可以较好的渗透到混凝土基层毛细孔中，增加界面之间黏结强度的作用等特点[3]。因此在环氧砂浆施工前，需要进行底胶涂抹工作，待底胶表干后，方可进行环氧砂浆施工[2-4]。但是环氧砂浆底胶层很容易就受到阳光、温度和水的影响，加速底胶层的老化，影响其强度[1]。而大面积施工环氧砂浆时，底胶层没有固化前，不便于进行环氧砂浆层施工。特别是在亚热带气候区户外施工时，有光照强烈、环境温度高、雨水充沛、雷阵雨频繁等不利于环氧砂浆连续施工的气候因素。那么在亚热带气候区如何确保户外大面积环氧砂浆的施工质量?以孟加拉国戈邦戈大桥为例，为确保戈邦戈大桥桥面诊治的顺外实施，笔者通过专门的试验研究，以找出相同的施工环境、不同的环氧砂浆和施工工艺下的黏结性能规律。

1 试验概况

试验1：底胶曝晒不同时间的影响试验。

试验2：已经老化的底胶表层处理后试验。

试验3：自制免底胶环氧砂浆试验。

选用3种不同的环氧砂浆及其底胶作为试验材料。A为含抗老化助剂的环氧砂浆及其底胶；B为普通环氧砂浆及其底胶；Z为自制免底胶环氧砂浆。其中A和B两种环氧砂浆均采用国际知名品牌。

在同一处理完成的混凝土基面上，使用3种环氧砂浆施工。A，B两种材料根据底胶在强紫外光下暴晒时间，将试验共分为7组，见表1。A材料每组7个试件(编号为A1～A7)；B材料每组14个试件，其中7个试件底胶表层不做处理(编号为B1～B7)，7个试件底胶表层使用打磨机处理(编号为C1～C7)。每天的暴晒时间为10 h，紫外线指数为10。达到设计暴晒时间和处理要求后，施工环氧砂浆厚1 cm。在同等环境放置7 d，固化后对底胶黏结强度进行测试。Z材料直接涂抹在处理完成的混凝土基面上。

表1试件编号及底胶在强光下暴晒情况

Table1Testspecimensnumberingandprimerbeingexposedunderstrongsunshine

黏结强度测试根据规范DL/T 5193—2004《环氧树脂砂浆技术规程》(以下简称《规程》)的要求进行拉拔试验[4]。

2 试验数据及结果分析

2.1 紫外线对环氧树脂黏结性能的影响

户外大面积环氧砂浆时，底胶没有表干前，底胶层上不能行走，不便于进行下环氧砂浆施工，底胶涂抹完成到其表干需要2～3 h的时间。而亚热带气候区常年紫外线强烈，底胶不可避免会受到曝晒。同时亚热带气候区雷阵雨频繁发生，如果遇到雷阵雨，则需要等底胶表面干燥无水迹后才能施工，这又增加了底胶的暴晒时间。紫外线会加速环氧砂浆老化，减低黏结强度[5-7]。

2.1.1 底胶曝晒不同时间对黏结性能的影响

根据《规程》的要求对上述试件进行拉拔试验。发现每组试件中的各个试件之间的黏结强度差别不大(在0.2 MPa以内)，且破坏形式基本一致；但是组与组之间的差异比较大。将各组试件的黏结强度和破坏形式取平均值，其具体结果见表2。

表2各组试件平均黏结强度及破坏形式

Table2Averagebondingstrengthandfailuremodesoftestspecimens

注：破坏形式：T混凝土破坏，S底胶与环氧砂浆界面破坏。(下同)

从表2可以看出：底胶经阳光曝晒后，随着曝晒时间的延长其黏结强度逐渐减小，曝晒至第 3 d后，黏结性能开始较大幅度的降低。并且初期主要是混凝土破坏，之后是底胶和环氧砂浆之间的界面破坏就逐渐增多。这可能是由于环氧树脂在紫外线的作用下表面材料老化分解。随着裂解的进行，材料的力学性能开始降低[8-10]。抗老化助剂的环氧砂浆底胶，由于底胶层比较薄，光稳定剂和抗氧剂对其作用效果不大，特别是曝晒至第5 d后的底胶的黏结性能与不含抗老化助剂的环氧砂浆差不多。由于底胶表面形成了薄弱层，后续施工的环氧砂浆会黏结在薄弱层上而影响层间黏结强度。在这种情况下原来增加黏结性的底胶没有发挥应有的作用。因此在底胶表干后就应该及时施工环氧砂浆。

2.1.2 已经老化的底胶处理后黏结性能

根据《规程》的要求对C1～C7试件进行拉拔试验。发现每组试件中的各个试件之间的黏结强度差别不大(在0.2 MPa以内)，且破坏形式基本一致。将各组试件的黏结强度和破坏形式取平均值，其具体结果如表3。

表3 底胶表面处理后各组试件平均黏结强度及破坏形式

从表3可以看出，并且结合比较表2的数据可以看出：底胶经阳光曝晒后，随着曝晒时间的延长其黏结强度逐渐减小。但是对暴晒后的底胶表面用 120 目砂纸打磨老化的表面至全新，并清理干净表面粉尘后，再进行环氧砂浆施工的黏结强度和底胶表干后施工的黏结强度基本没有变化[8-10]。因此当底胶层经过阳光暴晒后，需要对底胶表面进行打磨处理，以保证环氧砂浆的黏接性能。

2.2 免底胶环氧砂浆黏结性能

施工底胶的目的是增加黏结性能，但由于在亚热带气候区户外大面积施工砂浆时，难以避免底胶施工后会由于天气原因无法在底胶表干后及时施工砂浆，会造成环氧砂浆黏结不良的情况，同时大面积施工底胶施工也会造成施工进度不好掌握的情况，能否采用不用底胶的砂浆？因此使用了自制免底胶环氧砂浆进行试验3，同其他环氧砂浆黏结强度数据进行了比较。

根据《规程》的要求对进行拉拔试验。将每种环氧砂浆试件的黏结强度和破坏形式取平均值，其具体结果如表4。

表4 3种砂浆黏结强度破坏形式

注：1.含抗老化助剂环氧砂浆和普通环氧砂浆施工时均为底胶表干。2.破坏形式：T混凝土破坏；S底胶与环氧砂浆界面破坏；W环氧砂浆界面破坏。

从表4可以看出：自制的免底胶环氧砂浆无论是3 d还是7 d的黏结性能强均比含抗老化助剂环氧砂浆和普通环氧砂浆略高，并且破坏形式都是混凝土界面破坏，能保证施工质量。同时对整个环氧砂浆施工而言，减少了底胶涂抹的施工工序，可以缩短工期；由于减少了结构层，从而降低了环氧砂浆的不确定性。

2.3 试验分析

通过对以上3个试验中的各数据进行对比分析可以看出：

1)底胶经阳光暴晒后，随着暴晒时间的延长其黏结强度逐渐减小，暴晒至第 3 d后，黏结性能开始较大幅度的降低。并且初期主要是混凝土破坏，之后是底胶和砂浆之间的界面破坏就逐渐增多。

2)抗老化助剂的环氧砂浆底胶，由于底胶层比较薄，光稳定剂和抗氧剂对其影响效果不大，暴晒至第 5 d后的底胶的黏结性能与不含抗老化助剂的环氧砂浆差不多。

3)底胶施工完成后应该立即进行环氧砂浆面层的施工，施工间隔时间不得长于1 d。

4)对长时间暴晒过的底胶，应对底胶表层进行打磨处理，并清洗后才进行环氧砂浆施工。

5)没有涂抹底胶的环氧砂浆比有底胶的黏结强度略高，并且都是混凝土破坏。

3 工程实例

3.1 工程简介

孟加拉邦戈邦都大桥是南亚最长的一座大桥。大桥全长4.8 km，共有50个桥墩，是公路铁路两用桥。大桥于1998年6月23日竣工并通车。经过多年运营桥面出现了大量的由温度和收缩应力造成的裂缝，严重影响桥梁的正常使用，急需进行桥面修复工作。同时孟加拉大部分地区属亚热带季风型气候，湿热多雨。夏季最高温度达45℃，雨季平均温度30℃。

根据孟加拉当地的环境及桥梁的自身特点，为了确保桥面修复工作的成功。在大桥的东引桥上进行了试验段施工。施工设计方案如下：主要使用高强度高弹模碳纤维板来约束裂缝的扩展并适当提高桥梁局部承载力，再铺设4～10 mm厚的环氧砂浆找平、隔热、加强及防水，最后铺设SMA桥面耐磨层提高行车舒适性。

3.2 施工技术方案及要求

在邦戈邦都大桥的东引桥分别选取5 m区域，进行有底胶的含抗老化助剂环氧砂浆和自制无底胶环氧砂浆对比试验，对比试验段分布见图1。对比试验段结构层见图2。

图1 对比试验段分布Fig.1 Location of the comparison trial section area

图2 对比试验段结构层Fig.2 Structural layers of the comparison trial section area

施工步骤如下：①桥面喷砂，基面处理；②黏贴高强度高弹模碳纤维板；③桥面和碳纤维板基面处理；④环氧砂浆施工。

施工时对施工时间和施工温度严格控制，具体要求如下：①在15:30，太阳光照开始减弱、紫外线开始减弱后施工底胶；②施工时桥面温度不得高于40℃；③底胶施工完成3 h后施工环氧砂浆，施工间隔时间不得超过24 h；④抗老化助剂环氧砂浆和自制无底胶环氧砂浆同时施工；⑤施工完成初凝结束后，遮阴养护。

3.3 结果及分析

施工完成7 d后，在对比试验段的各区域内分别黏贴7个拉拔头做拉拔黏结试验，拉拔试验编号为：自制无底胶环氧砂浆(D1～D7)；含抗老化助剂环氧砂浆(E1～E7)。试验结果如表5。

表5 现场砂浆黏结强度及破坏形式

试验段的黏结拉拔试验数据表明：自制的免底胶环氧砂浆的黏结性能强比含抗老化助剂环氧砂浆和普通环氧砂浆略高，并且破坏形式都是混凝土界面破坏。同时有底胶的环氧砂浆施工控制因数多，减少了底胶涂抹的施工工序，可以缩短工期；由于减少了结构层，从而降低了环氧砂浆的不确定性。

4 结 论

1)环氧砂浆底胶由于强光暴晒会老化，影响其黏结强度。并且随着暴晒时间的延长，其黏结强度会越来越低。对暴晒过的底胶表层打磨，并清洗后可以消除阳光暴晒的影响，保证环氧砂浆的黏结强度，保证施工质量。

2)在亚热带气候地区户外施工时，建议采用免底胶环氧砂浆，在保证环氧砂浆的黏结强度的前提下，可确保施工质量，同时简化工艺，提供工效，缩短工期，具有较好工程实用价值，为孟加拉邦戈邦都大桥桥面病害成功诊治打下技术基础。

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