水性环氧树脂在桥梁加固修补实践中的创新研究

2023-11-29卢兰华浦建民张洪瑞王庆增卢园园

粘接 2023年11期

卢兰华浦建民张洪瑞王庆增卢园园

摘要：为了充分发挥和利用水性环氧树脂的粘接性强、防渗性高等优势，提高建筑工程施工质量，分析了水性环氧树脂特性，采用试验的方式，依次测试了水性环氧树脂粘接性能、混凝土层间粘接强度以及混凝土抗渗性能，研究了水性环氧树脂在G324线某立交桥工程中的施工工艺改进和使用情况。结果表明，水性环氧树脂的应用，可以有效地封闭桥面装层中的裂缝，避免大量水分渗入到裂缝内，从而实现对桥梁结构的有效保护，增加桥梁工程混凝土粘接性能和抗渗透性能，降低桥梁应用力过于集中问题出现的概率。

关键词：水性环氧树脂；建筑工程；应用；研究

中图分类号：TQ341；U445.4

文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）11-0022-04

Innovative study on the application of waterborne epoxy resin in bridge reinforcement and repair

LU Lanhua，PU Jianmin，ZHANG Hongrui，WANG Qingzeng，LU YuanYuan

（China Construction And Installation Group Co.，Ltd.，Jinan 250000，China

）

Abstract：In order to take and utilize the full advantages of strong adhesion and high impermeability of waterborne epoxy resin，and to improve the construction quality of the building engineering，the characteristics of water-based epoxy resin were analyzed.By means of test，the adhesive properties of waterborne epoxy resin，the bonding strength of concrete layers and the impermeability of concrete were sequentially tested.The improvement of construction process and application of water-based epoxy resin in a G324 line Nanshan overpass project were studied.The results showed that the application of waterborne epoxy resin effectively sealed the cracks in the bridge deck pavement，and prevented a large amount of water impermeability into the cracks，thus realizing the effective protection of the bridge structure.It increased the bonding and anti-permeability properties of concrete in the bridge engineering，and reduced the probability of problems such as over-concentration of applied forces in bridges.

Key words： waterborne epoxy resin;building engineering;application;research

目前，隨着交通行业的迅猛发展，交通量和重型车辆不断增加，严重损坏了桥面铺装层结构，由于该装层相对较薄，其厚度仅仅达到了11 cm左右，这就增加了铺装层破坏风险和维修难度。另外，桥面铺装层早期很容易出现轮边纵向开裂、斜向开裂、表面露石等问题。而水性环氧树脂的出现和应用，可以避免以上不良现象的发生，通过应用该树脂材料，可以保证桥梁结构的坚固性，实现对桥梁结构的有效保护，同时，还能利用该树脂材料粘接性能高、抗渗性能高等优点，确保桥面铺装层修补过的坑槽与完整部位进行有效地结合，从而形成统一整体，避免桥面铺装层出现应力过于集中问题。

1 水性环氧树脂特性

水性环氧树脂具有流动性好、防水性能高、抗冲击性能高、粘接性和抗拉性能强等特点，通过将该树脂材料应用到桥面铺装层养护和维修中，有效地解决铺装层坑洞、裂缝等问题，提高桥面铺装层结构的坚固性，从而实现对桥面铺装层结构的有效保护。

2 水性环氧树脂粘接性能试验

2.1 试验准备

在进行试验期间，结合胶粘剂拉伸剪切强度测定相关标准和要求，采用单面搭接的方式，将纵向拉伸剪切力施加到搭接面上，并对试样的最大负荷进行测量［1］，试样形象和尺寸如图1所示。该试样主要运用了45#碳钢，单组试件数量统一设置为5个。

2.2 试验材料

在试验中，所用到的试验材料主要包含以下几种，分别是水性环氧树脂和DFG-88固化剂，这2种材料的质量比为4∶1。

2.3 试验方法

严格按照上述所设置好的重量比，对水性环氧树脂和DFG-88固化剂进行混合处理，确保其搅拌的均匀性和充分性［2］，同时，在2块钢板的接触面涂抹一层薄薄的水性环氧树脂乳液，从而保证接触面润湿的充分性，大约经过1 h后，环氧树脂会从水性环氧树脂乳液中还原出来，此时，将析出的水分全部倒掉［3］，然后，向接触面上涂抹适量的水性环氧树脂，确保2块钢板粘贴的牢固性。1周后，利用拉伸机，对不同钢板之间的拉伸剪切强度进行精确化测定。不同钢板之间的拉伸剪切强度计算公式：

C=PBL（1）

式中：C、P、B、L分别代表水性环氧树脂拉伸剪切强度、试样剪切破坏最大载荷、试样搭接面宽度和长度。

2.4 试验结果与分析

水性环氧树脂粘接性能试验结果如表1所示。

由表1可知，水性环氧树脂拉伸剪切强度平均值经过计算为10.952 MPa，桥面铺装层经常出现横向裂缝、纵向裂缝等问题；另外，灌缝材料与旧混凝土之间存在结合面，该结合面相对较薄，经常出现气孔问题，严重影响了结合面结构密实度。此外，与旧混凝土相比，裂缝灌浆材料所表现出收缩效果存在很大的不同［4］，导致界面粘接力出现大幅度降低现象。

3 混凝土层间粘接强度试验

3.1 试验材料

所用到的试验材料主要包含2种：（1）水泥。该水泥属于普通硅酸盐水泥。（2）细骨料。该细骨料的细度模数为2.6，在正式进入试验前，要使用烘箱，对细骨料进行烘干处理，确保细骨料的含水率达到0。（3）粗骨料。该粗骨料内部含有大量的石灰岩碎石，这些碎石的最大粒径为21 mm。（4）混凝土。混凝土的质量比为水泥∶砂∶石∶水=50∶76∶153∶22。

3.2 试验方法

试验所用到的混凝土试件长、宽、高分别为40、40、160 mm，当混凝土试件浇筑完成后，对其进行29 d养护，然后，将养护好的试件放入到模具中，然后，使用隔板，将新混凝土分别浇筑到混凝土试件的两侧［5］，并对其进行29 d养护。另外，还要将新浇筑的混凝土划分以下2组：

（1）第1组混凝土配合比与旧混凝土试件配合比相同；

（2）第2组聚灰比大约是水性环氧树脂混凝土的0.3倍。

3.3 试验结果与分析

新旧混凝土的层间粘接强度如表2所示。

从表2中的数据可以看出，通过掺入和使用水性环氧树脂，可以有效地提高新、旧混凝土之间的粘接强度，使其粘接强度提高量达到1倍左右，这样一来，不仅可以降低桥面铺装层维修难度，还能缩短养生时间，完全符合早期开发交通相关需求。

4 水性环氧树脂混凝土抗渗性能试验

4.1 试验原理

试验中，结合普通混凝土耐久性能测试相关标准和要求，将试件的长、宽、高统一设置为150 mm，将试件的试验龄期设置为29 d，并将混凝土渗透仪最大加压值设置为5 MPa，在试验期间，通过安装和使用6个试件。在进行试验期间，需要将加压时间设置为8 h以上。

4.2 试验结果与分析

通过将水性环氧树脂适当地渗入到混凝土中，可以确保混凝土表现出较高的抗渗性能，当水性环氧树脂渗入量不断增加时，混凝土抗渗性能会变得越来越高。水性环氧树脂混凝土抗渗性能试验结果如表3所示。

从表3中的数据可以看出，通过将水性环氧树脂渗入到混凝土中，不仅可以延长混凝土抗渗时间，还能最大限度地提高混凝土耐水压力。

5 工程案例

5.1 桥梁加固改进设计

某桥梁工程，桥面整个较宽，净宽度为（-91+2.1×1.6）m，所设计的车辆载荷为汽车-20级。该桥原采用的铺装方式为普通混凝土铺装方式，其设计厚度最小值为5 cm，最大值为9 cm；实际平均厚度最小值為4 cm，最大值为6 cm。整个桥面铺装层在实际施工期间，主要运用了连续铺装结构模式［6］，将一组铺装结构的长度设置为121 m，全桥3处位置出现缩缝问题，为了避免出现温缩应力现象，需要切缝处理桥面铺装层表面，并将缝间距设置为14 m。当大量超载车频繁地经过该桥时，会导致整个桥梁处于超负荷工作状态，导致桥面铺装层出现纵向裂缝、横向裂缝、局部损坏等问题，其中，横向裂缝问题最为严重，其裂缝相对较宽，其宽度达到4 mm。

5.2 破损原因分析

通过分析桥梁局部破坏、横向裂缝、纵向裂缝等问题，发现破损部位集中出现于负弯矩区，这是由于桥面在车辆荷载影响下，出现明显负弯矩问题，从而导致桥面拉应力相对较高，远远超过混凝土抗拉强度。通过分析桥梁结构，不难发现，大量横隔板主要出现与纵向翼板之间，并在车辆超载的影响下，翼板交接处会出现明显竖向变形问题［7］，造成桥面铺装层由于受到较大的拉力而出现裂缝现象。另外，伸缩缝铺装层在车辆超载的影响下，整个梁端出现一系列转动现象，导致桥面铺装层出现被拉裂现象。在正式进行桥面铺装前，一旦桥面板处理不够规范和彻底［8］，会导致桥面板与铺装层出现夹层问题，从而降低桥面铺装层与墙面板的粘结力，进而增加两者之间的脱离风险，这无疑破坏了桥面铺装层结构。

5.3 修补方法

G324线某立交桥工程在实际施工期间，经常会出现桥面铺装层破坏问题，出现这一问题的根本原因是桥面应力相对较高，远远超过桥面抗拉强度。所以，为了提高桥面使用效果，实现对桥面铺装层使用寿命的有效延长，需要运用水性环氧树脂，对桥面铺装层裂缝处进行灌缝处理，从而起到封闭裂缝的作用，并将该树脂材料掺入到混凝土中，对桥面破损部位进行修补［9］。所用到材料主要包含以下2种：水性环氧树脂和DFG-88固化剂，二者之间的质量比为4∶1。破损部位修补材料配合比如表4所示。

5.4 施工工艺改进

5.4.1 裂缝部位施工工艺

裂缝部位施工工艺步骤如下：（1）清扫处理桥面裂缝处，确保裂缝处始终保持干净，并使用吹风机，吹干净裂缝处的粉尘。（2）将盛装水性环氧树脂和DFG-88固化剂的桶进行倒转处理，并对其进行充分搅拌，使得沉淀于底部的试剂与桶内溶液混合均匀［10］。（3）将水性环氧树脂与DFG-88固化剂之间重量比控制为10∶3，并将这2种物质进行充分混合，使其混合均匀。在进行初次浇淋期间，要将水性环氧树脂与DFG-88固化剂之间的质量比设置为20∶3。（4）将该水性环氧树脂均匀地浇淋在桥面铺装层裂缝处［11］，并将浇淋时间控制为20 min，确保该裂缝处完全饱满为止。

5.4.2 破损部位施工工艺

破损部位施工工艺操作流程如下：（1）对桥面铺装层破损部位通常会出现大量的杂质，需要相关人员对其清除，同时，还要使用灌浆料［12］，封填处理桥面现浇层裂缝。（2）在进行凿除期间，需要将桥面混凝土的浇层厚度设置为3 cm，当露出混凝土后，需要使用胶粘剂对混凝土表面进行涂刷处理。（3）在对混凝土铺装层进行浇筑期间，要利用振捣板，对其进行振捣处理，使其达到完全密实状态［13-19］。

6 结语

（1）水性环氧树脂作为一种常见聚合物，具有亲水性强，流动性高等特点，该树脂材料在实际应用中，可以沿着桥面铺装层内部裂缝快速渗入到裂缝的底部；

（2）水性环氧树脂表现出一定的粘接强度，通过将其与DFG-88固化剂进行混合使用，可以快速还原环氧树脂固化物，并封闭处理桥面铺装层内裂缝，避免大量水分直接渗入到裂缝内，从而实现对桥梁结构的有效保护；

（3）通过将适量的水性环氧树脂掺入到混凝土中，可以确保混凝土表现较高的粘接性能和抗渗透性能，确保修补处理后的坑槽与其他完整部位形成统一整体，桥梁即使受到车载负荷影响，也不会出现应力集中现象。

【参考文献】

［1］刘斯坦，苏小培，张博.水性环氧树脂复合材料在高速公路养护中的应用［J］.合成材料老化与应用，2022，51（3）：149-150.

［2］陈晓娟.水性环氧树脂增强路面混凝土耐久性研究现状及应用［J］.居业，2022（10）：79-81.

［3］罗杰，钟志钦.水性环氧树脂乳化沥青在预防性养护中的应用效果研究［J］.西部交通科技，2022（7）：81-83.

［4］戚顺鑫，王修山，陈柯宇，等.水性环氧树脂改性水泥基材料應用于彩色路面的研究［J］.科学技术与工程，2022，22（12）：4977-4983.

［5］李婧婧.亲水性环氧树脂及其在美缝剂领域的应用研究［J］.热固性树脂，2022，37（4）：53-56.

［6］李帅，张坤，王义刚，等.水性超支化环氧树脂的合成及应用［J］.精细化工，2022，39（3）：611-617.

［7］张筱逸.环氧树脂的特性及其作为功能性建筑材料的应用研究［J］.应用化工，2022，51（3）：884-886.