胶集比对环氧树脂混凝土抗盐冻性能的影响

申力涛，席长友

(1.山西省交通科学研究院 a.黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室;b.重交通公路养护材料协同创新平台;c.新型道路材料国家地方联合工程实验室,山西 太原 030006;2.齐鲁交通发展集团有限公司 济宁分公司，山东 济宁 272007)

天气严寒地区，雨雪天气后路面迅速结冰，造成严重的交通安全隐患，交通管理部门常使用融雪剂、除冰盐进行除冰融雪，虽然此举可消除路面结冰积雪，恢复交通通畅，但溶化后的盐水对水泥混凝土材料会造成严重剥蚀破坏[1-6]，相比常规冻融破坏速率要快数倍甚至数十倍，水泥混凝土个别部位经历数次盐冻循环后，将出现骨料剥落、钢筋腐蚀现象，严重影响水泥混凝土结构的使用寿命。大量学者对此问题进行了深入研究，包括研制环保型融雪剂、除冰盐，调整水泥混凝土配合比设计，使用矿物掺合料等方法，但效果均不明显，水泥混凝土材料自身特点决定了其在盐冻循环条件下必定加速破坏[7-17]。

环氧树脂混凝土属聚合物混凝土的一种[18]，以环氧树脂取代水泥作为胶凝材料。由于环氧树脂固化后有一定的韧性，与水泥混凝土相比属柔性材料[19]，在遭受盐冻破坏时，理论上可消耗部分冻胀应力，减缓冻融破坏速率，因此相对于水泥混凝土，环氧树脂混凝土应该具有较优的抗盐冻性能，目前对环氧树脂混凝土抗盐冻性能的研究鲜见报道。本文针对目前交通管理部门使用除冰盐、融雪剂进行路面除冰融雪的现状，以外观形态和单位面积剥落量为评价指标，分析了不同胶集比对环氧树脂混凝土抗盐冻性能的影响，为环氧树脂混凝土在严寒地区的应用提供参考。

1 原材料及试验过程

1.1 原材料

1.1.1 水泥

本次试验选用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，其性能测试结果见表1。

表1 水泥技术指标

1.1.2 环氧树脂、固化剂、增韧剂和稀释剂

选用双酚A型环氧树脂618，改性脂肪胺固化剂，活性聚氨酯型环氧增韧剂，环氧丙烷苄基醚稀释剂。

1.1.3 粗集料

所用粗集料为石灰岩，粒径范围4.75～26.5 mm，泥的质量分数为0.1%，级配测试结果见图1。

1.1.4 细集料

细集料为河沙，细度模数2.84，级配测试结果见图2。

图1 粗集料级配 图2 细集料级配

1.1.5 水及外加剂

采用自来水和聚羧酸减水剂。

1.2 试验过程

1.2.1 试件配合比

1.2.1.1 水泥混凝土试件

水泥混凝土试件配合比按照文献[7]中YD-A2编号试件，具体数据见表2。

表2 水泥混凝土配合比设计

1.2.1.2 环氧树脂混凝土试件

环氧树脂试件配合比中，砂与石质量不变，使用环氧树脂代替水泥和水，设置环氧树脂和集料质量比(简称胶集比)分别为1:4、1:5、1:6和1:7，具体配合比见表3。

表3 环氧树脂混凝土配合比设计

1.2.2 试件制作及养护

盐冻试验试模采用Ф250 mm×75 mm的PVC管材，不涂抹脱模剂，水泥混凝土试件按照常规拌合方法，搅拌结束后，装模振实抹平，标准养护28 d[6]。制作环氧树脂混凝土试件时，先将环氧树脂、增韧剂、活性稀释剂、固化剂混合，机械搅拌3 min得到环氧树脂胶粘剂，再加入粗细集料，继续搅拌5 min，然后装模振实抹平，室温养护12 h后，置于60 ℃环境箱中继续养护8 h，即得到环氧树脂混凝土试件。

1.2.3 试验设备及试验方法

本次试验参照文献[20]中单面冻融法，采用混凝土盐冻试验机，每个试件放置在单独不锈钢盒中，成型面向下，浸入质量浓度为3%的氯化钠溶液中10 mm，试件与不锈钢盒之间放置5 mm厚的塑料条，每次循环试件为8 h，升温3 h，保温1 h，降温3 h，保温1 h，温度范围为-20～20 ℃。每隔5次冻融循环收集剥落量并烘干称重，完成30次循环后试验结束。

2 试验数据分析

2.1 外观形态

30次循环结束后，对试件进行外观检查，局部放大图片见图3。由图3可知，水泥混凝土在经受30次冻融循环后，表面水泥石剥落严重，粗骨料外露，外观出现严重破坏。4种不同胶集比的环氧树脂混凝土外观基本无变化，表明盐冻循环对环氧树脂混凝土外观无明显影响。

a)1#试件 b)2#试件 c)3#试件 d)4#试件 e)5#试件图3 试件局部放大图

2.2 剥落量统计

每完成5次冻融循环后，使用超声波清洗机对试件进行清洗，然后将剥落物烘干进行称重，统计结果见表4。由表4可知：与水泥混凝土相比，环氧树脂混凝土剥落量显著降低；随胶集比的增大，环氧树脂混

表4不同循环次数的剥落量g/m2

试件编号5次10次15次20次25次30次194．2195．1307．9384．1459．4579．222．62．83．33．74．24．932．83．43．84．24．95．343．14．04．95．45．96．753．44．35．76．36．87．1

表5不同盐冻循环次数下混凝土的抗压强度MPa

试件编号0次5次10次15次20次25次30次152．651．749．445．943．339．736．3281．980．679．378．677．976．275．0385．485．084．383．181．680．478．8487．386．986．786．285．885．685．2591．190．890．790．590．390．290．0

凝土剥落量逐渐减少，抗盐冻性能增强。其原因为：随胶集比的增大，环氧树脂对骨料的有效包裹率提高，增强了环氧树脂与骨料之间的粘接力，减少了冻融循环过程中冻胀应力对环氧树脂和骨料界面的破坏，因此剥落量降低。

2.3 强度变化

每次完成对试件外观形态和剥落量的测试后，对其强度进行测试(试件完成盐冻循环后进行切割，抗压试件和抗折试件尺寸分别为70 mm×70 mm×70 mm和60 mm×60 mm×240 mm，因尺寸不符合标准，因此测试结果仅用于观察试件强度变化规律，不作为具体测试值，测试及变化结果见表5、6。

由表5、6可知:随着盐冻循环次数的增加，水泥混凝土和环氧树脂混凝土的抗压、抗折强度均出现下降，30次盐冻循环后， 水泥混凝土抗压强度下降30%，抗折强度下降55%，环氧树脂混凝土强度均保持在90%以上，主要原因是环氧树脂混凝土具有可变形特点，在遭受盐冻循环时，可消除部分冻胀应力，因此可以较好地保持外观形态和强度，且随胶集比的增加，环氧树脂混凝土孔隙率逐渐降低，其强度下降速率进一步降低，抗盐冻性能进一步增强。

表6不同盐冻循环次数下混凝土的抗折强度MPa

试件编号0次5次10次15次20次25次30次17．26．96．56．05．24．63．9221．621．321．020．920．820．519．9323．323．122．922．522．222．021．7423．923．823．823．623．423．323．0524．724．724．624．524．524．424．3

3 结论

环氧树脂替代水泥作为胶凝材料用于混凝土结构，可有效提高抗盐冻性能，增强耐久性，且随环氧树脂掺量的增加，环氧树脂混凝土抗盐冻性能逐渐增强，可有效解决严寒地区混凝土结构盐冻破坏问题。目前限制环氧树脂混凝土大规模应用的主要是价格及成型后固化养护问题，现阶段可通过适量降低环氧树脂用量，提高现场养护条件或工厂内预制混凝土构件解决存在的问题。随着技术的发展，环氧树脂价格的降低，以及新型低温固化剂的出现，环氧树脂混凝土在严寒地区必将得到广泛应用。

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