环氧树脂在桥梁加固中的应用研究

赵豪

摘 要：桥梁结构加固工程中，环氧树脂由于其优良的特性，得到了广泛的应用。基于此，在全面分析桥梁加固常用方法的基础上，结合具体案例，提出了环氧树脂混凝土处治方案，并对其施工技术要点进行了分析与探讨。

关键词：环氧树脂；桥梁加固；常用方法；工程概况

中图分类号：U445.7                               文献标识码：A                                 文章编号：2096-6903（2023）11-0108-03

0 引言

随着使用时间的增长，桥梁结构会逐渐趋于老化，并暴露出许多病害、损坏，若能采取适当的加固方法，则能够有效地延长桥梁的使用寿命、增强其使用性能。研究表明，环氧树脂应用于桥梁加固，能够极大地提升桥梁的承载能力、耐久性，并且能够很好地利用原有结构，减小材料浪费。相较于其他桥梁加固材料，环氧树脂混凝土材料具有良好的粘结性能、较强的抗拉强度和耐腐蚀性，由于其初凝时间短，早期强度高，可快速达到强度要求，尽快开放交通，具有很强的应用价值。

1 桥梁加固常用方法

1.1 压力注浆法

压力注浆法是指在一定压力作用下，向裂缝内部灌入注浆材料，在混凝土内部，注浆材料将逐渐硬化，并和混凝土共同构建成一个整体。在该裂缝修补方法中，修补裂缝主要依靠的是注浆材料的固化、粘结效果[1]。一般来讲，压力注浆法主要在深裂缝中使用，适用于0.2～0.5 mm宽裂缝。常用的化学注浆材料有环氧树脂、聚氨酯等。

1.2 表面封闭法

表面封闭法是指为了修复微细裂缝，将一层防水涂膜均匀涂刷到混凝土表面，以此起到良好的修补效果。通过表面封闭法，可以有效避免空气内有害物质通过混凝土裂缝引入内部结构，进而造成更为严重的病害和损失[2]。通过表面封闭法，不仅可以有效封闭混凝土表面细小的裂缝，还可以保护混凝土注浆材料。

1.3 粘贴碳纤维布法

粘贴碳纤维布法主要用于0.5 mm宽以上的裂缝修补处理。通過粘贴碳纤维布，可以进一步增强桥梁结构的承载力。在施工时，需在裂缝部位通过结构胶有效粘贴碳纤维材料。在弹性模量方面，相比碳纤维材料，钢材的弹性模量偏低一些。但在抗拉强度方面，相比碳纤维材料，钢材的抗拉强度仅为其10%。在质量密度方面，相比碳纤维材料，钢材却为其4倍左右。

碳纤维材料的耐久性较好，且在修补加固桥梁混凝土结构时，不会出现结构质量增加的情况。在修补0.5 mm宽以上混凝土裂缝时，需先注浆处理裂缝，随后粘贴碳纤维布，这样才能达到良好的加固效果。

1.4 电化学防护法

当前，钢筋混凝土防护处理多采用电化学脱氯、电化学沉积法、电化学再碱化的方式。这3种电化学防护法的原理类似，都是通过一个外部导体阳极，在阳极施加一个直流电流过混凝土，由此成为电化学电池的阴极钢筋[3]。在修补处理钢筋混凝土时，电流通过方法特点有如下4点：①利用钢筋极化实现负电位。②由混凝土孔溶液内将有害氯离子清除。③可做好碱度修复。④在混凝土裂缝内沉积不溶性化合物。

2 工程概况

某公路桥梁工程建成通车多年，在行车荷载和自然因素的长期作用下，桥梁伸缩缝出现了早期损坏。在伸缩缝方面，主要采用浅埋式异型钢结构伸缩缝，经现场勘察可知，目前该伸缩缝已出现了翘曲现象，还由于杂物堵塞影响，其变形情况愈加严重，导致与路面连接并不平顺。为了解决病害，修复伸缩缝装置，必须采取切实可行的处治方案[4]。

在混凝土内部注浆材料硬化后，其可以和混凝土共同构建成一个完整的整体。桥梁混凝土裂缝修补中，其材料主要分为注浆材料和涂层材料，具体如表1所示。

根据本工程实际情况，决定采用环氧树脂混凝土材料。作为一种聚合物混凝土，环氧树脂混凝土的组成包括2部分，即有机物组分和无机物组分。胶凝材料主要是有机物组分，主要成分有环氧树脂、稀释剂、改性材料、固化剂等[5]。填充材料则主要是无机物组分，主要成分为水泥、粗细骨料。

环氧树脂混凝土的特点有如下4点：①环氧树脂混凝土初凝时间短，早期强度高，可快速达到强度要求，尽快开放交通。②环氧树脂混凝土具有良好的粘结性能，材料粘结作用强。③环氧树脂混凝土的抗拉强度高，且具有良好韧性。④环氧树脂混凝土的耐腐蚀性强。

在环氧树脂混凝土前期强度预测模型研究中，黄钰桐等人进行了抗压强度试验，得出养护时间在24 h以内，环氧树脂混凝土的抗压强度可超过养护规定的90%。

3 原材料选择

结合工程实际，可采用双酚A型环氧树脂（E-44），主要组成包括：环氧氯丙烷、双酚A。通过两种物质组成而成的一种粘度良好的液体材料，包装时需选用密封容器，避光、避热存储。其检测值如表2所示。

环氧树脂混凝土所需掺加剂较多，包含稀释剂、增韧剂、固化剂等。固化剂采用无水乙二胺，密度为0.90 g/mL，可溶于水。稀释剂采用丙酮和二甲苯，其中，丙酮的密度0.789 g/mL，易溶于水；二甲苯的密度为0.89 g/mL，不溶于水。增韧剂采用邻苯二甲酸二丁酯，其密度为1.049 g/mL，溶解度为0.04%，保证各类掺加剂的技术指标均符合规定要求。

填料采用P.O25.5普通硅酸盐水泥（袋装），确保水泥质量，不得出现结块、受潮现象。骨料采用中砂、轧制碎石，且以石灰岩为主。

4 配合比优化设计

在配合比设计中，应确定胶结料环氧树脂与固化剂的比例，以保证施工单位现场有适宜的施工时间和硬化后的环氧树脂混凝土的性能。固化剂用量过多，混凝土硬化将过快[6]。若施工人员来不及捣实，就会导致环氧树脂混凝土将不密实，性能差。固化剂用量过少，就会导致混凝土硬化不完全，影响环氧树脂混凝土的性能。为此，必须保证配合比设计合理、有效。

4.1 初步配合比设计

结合以往类似工程经验，环氧混凝土初步配合比设计如表3所示。

4.2 优化配合比设计

根据环氧混凝土初步配合比设计情况，进行了环氧树脂混凝土性能试验，并由此对配合比设计进行了调整与优化，以此减少树脂用量，降低成本，优化后的配合比设计如表4所示。

5 施工工艺流程

5.1 钢结构预加工

在本工程浅埋式伸缩缝钢结构当中，选择热轧整体成型异型钢材设计，其特点为密封性好、伸缩灵活，且能够和桥面连接平顺。在加工时，需严控质量。

5.2 原伸缩缝处理

桥梁伸缩缝已损坏，需通过风镐顺着边线去除，清理干净破碎后槽口内的临时填料。在整个破除环节，不允许破坏槽口以外的沥青混凝土路面。此外，还要对槽口内混凝土基础、钢筋等加以保护。凿毛基础混凝土表面浮浆，并清理干净槽口内杂物[7]。

5.3 预埋钢筋

准确确定预埋钢筋位置，布设以梅花型为准，钻孔钻头直径为15～18 mm，间距为20～25 cm，钻孔内的杂物需利用空压机清理干净，并安装预埋钢筋，灌注环氧砂浆进行固定。

5.4 安装浅埋式伸缩缝钢结构

安装浅埋式伸缩缝钢结构的施工流程为：预埋筋检查→模板安装→吊装伸缩缝→调平伸缩缝→焊接伸缩缝→拌和环氧混凝土→灌注环氧树脂混凝土→养护。施工技术要点有如下8点。

5.4.1 预埋筋检查

安装前，需检查预埋筋质量，确保是否和锚筋、型钢不存在交错。若存在，需及时处理。

5.4.2 模板安装

在构造缝内设置模板，确保其厚度符合施工要求。

5.4.3 吊装伸缩缝

吊装前，需将型钢焊接到每条伸缩缝弓型卡表面，起到调平臂作用。吊装时，要确保吊点位置、方法符合规定。

5.4.4 调平伸缩缝

伸缩缝表面安装标高与原路面高度一致，吊装后，检测伸缩缝标高，确保满足规定。若不符合规定，需再次调整。

5.4.5 焊接伸缩缝

焊接边梁外侧锚固件和梁端预埋筋。过渡段浇筑高强度混凝土，并连接梁体。在伸缩缝中心线重合桥梁端构造缝中心线的情况下，顺着横向在伸缩缝两端设置各4根横向钢筋（φ12），且焊接稳固。

5.4.6 拌和环氧混凝土

按照优化后的配合比设计进行均匀拌合，保证拌和质量。搅拌温度是常温，低温、高温均不易搅拌均匀。环氧树脂混凝土黏度较高，为避免拌合不均匀，需要进行机械强制搅拌，且要迅速搅拌，否则发生硬化反应，有可能无法拌合均匀。

5.4.7 灌注环氧树脂混凝土

拌和后，需在1 h内完成灌注施工。并进行振捣、收面、抹平施工。

5.4.8 养护

由于环氧树脂胶凝体系是一种疏水类材料，完成施工后，不允许洒水养生，也不需要将任何材料覆盖其表面，进行天然养护。修复完成1 d后，便可开放交通。在整个固化过程中，环氧树脂混凝土将会吸收大量热量，为了提升养护温度，可采用电炉加热方式，以此加快环氧树脂材料固化速度，加快交通开放时间。

6 结束语

在行车荷载、自然因素等影响下，对桥梁结构的强度、变形稳定性及疲劳耐久性等方面提出的要求越来越高。为了加固桥梁结构，本文结合工程实际，基于环氧树脂的优良特性，提出了具体的施工方案，从而改善工程使用性能，起到良好的加固效果。

參考文献

[1] 陈华.桥梁混凝土裂缝产生的原因及防治措施探析[J].安徽建筑，2019，26（6）：101-103.

[2] 马光.桥梁混凝土施工裂缝的成因及防治措施分析[J].中国公路，2018（20）：134-135.

[3] 彭小林.公路桥梁混凝土裂缝原因及修补防治措施[J].北方交通，2018（7）：89-92.

[4] 黄钰桐.环氧树脂基混凝土的早龄期力学性能试验研究[D].广州：华南理工大学，2019.

[5] 钟志斌，周振华，伍坤，等.浅谈高韧性环氧混凝土快速修复高速公路桥梁伸缩缝[J].交通科技，2016（6）：126-128.

[6] 孙金鑫.G30连霍线西安至临潼高速公路沥青路面与桥梁检测评价及其成套养护施工技术研究[D].西安：长安大学，2013.

[7] 姜华.桥梁建设施工中结构裂缝产生及其加固处理技术问题研究[J].工程技术研究，2018（16）：249-250.