桥梁铰缝加固用环氧树脂力学性能的影响因素分析

张富奎 王 晖 张军林 魏 强 吴来帝

(1甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730030；2甘肃畅陇公路养护技术研究院有限公司，甘肃 兰州 730203)

我国早期建设的桥梁中，空心板桥梁占据了很大比重，这些桥梁最主要的病害是铰缝连接处较为薄弱，渗水严重，并造成梁板混凝土侵蚀严重，最终形成单板受力，危害桥梁安全[1,2]。目前针对桥梁铰缝病害，主要有粘贴钢板加固、横向体外预应力加固、桥面补强层加固和灌浆加固等几种处治方法[3-5]。其中灌浆加固法具有施工过程方便，施工周期短，对交通和桥梁原有结构无影响的优点，消耗的人力物力少，具有最佳的经济性[6]。

当前处治桥梁铰缝病害常用的灌浆材料有水泥浆及化学胶结材料。采用化学胶结材料进行灌浆加固，常用的化学材料有环氧树脂、甲基丙烯酸酯等，这些化学材料粘结强度高、粘度低、收缩小，加固效果优异[7,8]。然而这类材料在施工时容易受到时间、配比和环境温度等因素的影响[9,10]，在材料粘度、固化反应速度和固化放热上发生变化，从而对加固效果产生影响。

本文基于《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB50728-2011[11]中所述指标，通过研究桥梁铰缝加固用环氧树脂在不同时间、温度和配比下的固化情况，旨在探究上述条件对环氧树脂各力学指标的影响，以对其在桥梁铰缝加固施工中的应用提出理论指导。

1 试验部分

本文中所用材料为自主研发的桥梁铰缝加固用环氧树脂，性能测试方法均参考表1中所述规范[12-14]，且为了表征材料在不同温度下固化的性能指标发展趋势，其养生温度并未按照所参考规范设定为23±2℃，而是分别设定为20℃、30℃和40℃。此外，为了保证测试条件的统一，测试温度均设定为23±2℃。

表1 性能指标及参考试验标准

2 结果与讨论

图1 不同养生温度下树脂的

如图1所示，环氧树脂的拉伸强度与树脂的固化程度紧密相关。随着养生温度的升高，树脂自身强度增加，弹性模量增大，断裂伸长率降低，树脂发生脆断所需拉伸力减小。

图2 不同养生温度下树脂的

如图2所示，养生温度越高，树脂固化时间越短，环氧树脂抗弯、抗压和劈裂强度越高。当固化温度较低时，无法在短时间内完成固化并达到通车所需强度，因此不建议在低温下使用环氧树脂进行施工。

图3 不同养生时间下树脂的

图4 不同养生时间下树脂的

如图3所示，20℃时，随着养生时间的增长，拉伸强度持续增大，7天断裂伸长率大于7%，40℃时拉伸强度随时间增长降低，同时12小时后断裂伸长率小于7%，随时间减小，说明升温升高，固化速度加快，但是会对最终强度产生影响；适宜温度下，树脂的固化时间越长，固化越完全。此外，拉伸强度不能衡量树脂本身的强度，弹性模量更能反映树脂的固化过程的强度变化。如图4所示，不同温度养生条件，抗弯、抗压和劈裂强度随养生时间的增长，基本呈现上升趋势。

图5 不同养生温度下树脂的

图5为不同养生温度环氧树脂粘结强度变化，12小时以内抗剪强度随着温度的上升而增大，1天以后抗剪强度随着温度的升高反而有下降趋势，环氧树脂的固化实质上是环氧基团与胺类固化剂的化学反应，其反应速率与体系温度成正比，因此温度的升高会加快树脂的固化速度，表现为强度的快速增长但是后期强度由于养生温度高，树脂可能存在老化，粘结性能反而下降，钢-钢抗拉与抗剪强度的发展趋势相同。

如6所示，为不同养生时间环氧树脂粘结强度变化，20℃时，抗剪和抗拉强度都是随着时间的增大而增强，40℃时，粘结强度随着时间的增长反而下降。

图6 不同养生时间下树脂的

如图7、图8所示，固化剂的含量增加，环氧树脂的固化时间缩短，但是对前期环氧树脂的粘结强度影响不大，3天以后的后期粘结强度随着固化剂含量的增加，粘结强度增加。

图7 不同配比树脂在a)20℃、b)30℃和c)40℃下固化的钢-钢抗剪强度

图8 不同配比树脂在a)20℃、b)30℃和c)40℃下固化的钢-钢抗拉强度

综上所述，粘结强度随着养生时间和温度增长的变化趋势基本是先增大后减小，可能与环氧树脂的抗疲劳和耐久性相关。增加固化剂对前期环氧树脂的粘结强度影响不大，3天以后的后期粘结强度随着固化剂含量的增加，粘结强度增加。

3 结 语

本文按照《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB50728-2011的要求，研究了不同条件下桥梁铰缝加固用环氧树脂的固化情况，试验结果表明时间、配比和温度均会对环氧树脂的固化产生显著影响。从胶体性能上看，随着固化温度的升高，树脂自身强度增加，弹性模量增大，断裂伸长率降低，胶体发生脆断所需拉伸力减小；温度越高，胶体固化时间越短，加固胶抗弯、抗压和劈裂强度越高；不同温度下，抗弯、抗压和劈裂抗拉强度随时间的增长，基本呈现上升趋势；胶体强度随着养生时间和养生温度的增大而增加。对于树脂的粘结能力，升高温度使加固胶的上强速度加快，但是后期强度由于养生温度高，树脂可能存在老化，粘结性能反而下降，钢-钢抗拉与抗剪强度的发展趋势相同；固化剂的含量增加，加固胶的固化时间缩短，但是对粘结强度影响不大。