新型AP-EP聚合材料在高架橋橋梁混凝土裂縫修復(fù)中的應(yīng)用

摘要：為有效解決處理高架橋橋梁混凝土開裂產(chǎn)生的裂縫，防止其進一步劣化導(dǎo)致橋梁損壞，提出利用環(huán)氧樹脂（EP）、聚酰胺樹脂（PA）為基礎(chǔ)材料，室內(nèi)制備了一種新型高性能環(huán)氧樹脂（PA-EP）混凝土裂縫修復(fù)膠，并對其展開了壓縮能力、抗壓強度和粘結(jié)性能試驗。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PA固化劑摻量為30%時，新型高性能環(huán)氧樹脂（PA-EP）混凝土裂縫修復(fù)膠的綜合性能最優(yōu)。此時PA-EP膠的壓縮強度為45.32 MPa，抗拉強度為25.32 MPa，抗剪強度為16.13 MPa，完全能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中的要求，完全能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中的要求。

關(guān)鍵詞：芳香胺;聚酰胺樹脂;環(huán)氧樹脂修復(fù)膠;混凝土裂縫

0" "引言

受氣候環(huán)境變化、車輛行進荷載以及橋梁使用年限等因素的影響，我國部分高架橋橋梁混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了程度不一的結(jié)構(gòu)損傷問題，主要表現(xiàn)為橋梁上出現(xiàn)了寬度、深度、直徑不一的混凝土裂縫[1-3]。如何快速、有效解決處理高架橋橋梁混凝土開裂產(chǎn)生的裂縫，防止其進一步劣化導(dǎo)致橋梁破壞造成橋梁破壞[4-6]，對保障交通運輸安全和國民生命財產(chǎn)安全具有重要意義。

現(xiàn)有關(guān)于混凝土裂縫修復(fù)與處置的研究多是出于三個方面，即表面處理、注漿修復(fù)和混凝土置換。表面處理治標(biāo)不治本，后期容易再次出現(xiàn)問題[7-8];混凝土置換成本較高，工序復(fù)雜且見效速度慢[9-10]。注漿修復(fù)是一種環(huán)保、快速、高效的混凝土修復(fù)方法，但現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)膠均存在一定的局限性，如存在壓縮強度低、粘結(jié)性能差等問題。

本文利用環(huán)氧樹脂（EP）、聚酰胺樹脂（PA）為基礎(chǔ)材料，在室內(nèi)制備了一種新型高性能環(huán)氧樹脂（PA-EP）混凝土裂縫修復(fù)膠。我們對其展開了壓縮能力、抗壓強度和粘結(jié)性能試驗，獲得了其具體工程力學(xué)參數(shù)，并結(jié)合相關(guān)規(guī)范評價了其應(yīng)用可行性。該研究成果可為我國高架橋橋梁混凝土裂縫的快速修復(fù)提供一定借鑒作用。

1" "試驗

1.1" "原材料

本次試驗的主要基礎(chǔ)材料為工業(yè)級環(huán)氧樹脂材料（EP）。該材料選購自江蘇省南通市某合成材料有限公司，流動性強，室溫下的黏度處于10.00～12.00Pa·s之間，環(huán)氧值處于0.48～0.54之間。固化劑材料選用工業(yè)級聚酰胺樹脂（PA），購自江蘇省蘇州市某合成材料有限公司，其室溫下黏度處于18.00～42.00Pa·s之間，胺值在200.00 ～238.00 mg/g之間。其他材料包括短切碳纖維、納米碳酸鈣，工業(yè)、硅微粉、石墨烯納米片（GE）、硅烷偶聯(lián)劑和無水乙醇（≥99%）。上述多種材料配合使用，才能夠制備本文所指的新型高性能環(huán)氧樹脂（AP-EP）混凝土裂縫修復(fù)膠。

1.2" "AP-EP聚合材料制備

根據(jù)相關(guān)環(huán)氧樹脂混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)膠現(xiàn)有的研究成果，設(shè)計本次試驗所制備新型AP-EP混凝土裂縫修復(fù)膠的基本配比如表1所示。按照表1所示配比，開始材料制備，具體流程如下：

基于溶液共混法，將所述組分的石墨烯置入100mL無水乙醇中，在室溫條件下采用磁力攪拌10min制得混合液。將混合液倒入EP材料中，在60℃恒溫條件下攪拌至無水乙醇完全揮發(fā)。再將原料分A、B組，并按相應(yīng)組分稱好、混合，使用攪拌機，以1200r/min的速率攪拌 5min后靜置備用。以2：1的質(zhì)量比將A、B 組分混合均勻，再次以 1200r/min的速率攪拌5min，之后真空脫氣泡5min并靜置，得到新型PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠。將結(jié)構(gòu)膠倒入相應(yīng)模具，經(jīng)1d固化后脫模，置于陰涼處保存。

1.3" "試驗設(shè)計

本次研究擬對養(yǎng)護成型后的新型AP-EP混凝土裂縫修復(fù)膠，開展壓縮性能、拉伸性能和粘結(jié)性能試驗。室內(nèi)采用YAW-2000型萬能試驗機，參照GB/T 2567—2008相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，開展了不同PA固化劑摻量條件下的新型AP-EP混凝土裂縫修復(fù)膠壓縮強度、拉伸強度試驗。參照GB/T 7124-2008等標(biāo)準(zhǔn)，開展了新型AP-EP膠的拉伸抗剪強度試驗。YAW-2000型萬能試驗機如圖1所示。

2" "試驗結(jié)果分析

2.1" "壓縮性能分析

室內(nèi)對不同PA固化劑摻量條件下的PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠，展開了壓縮性能試驗，得到其壓縮強度變化曲線如圖2所示。由圖2可知，隨著PA固化劑摻量的增長，新型PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠的壓縮強度呈現(xiàn)出逐漸減小的變化趨勢。當(dāng)PA固化劑摻量為10%時，PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠的壓縮強度為46.66MPa。此后隨著固化劑摻量的增加，PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠的壓縮強度逐漸減小，并在PA固化劑摻量為50%時取得最小值。此時其壓縮強度為44.32MPa，相較PA摻量為10%時下降5.02%。

進一步分析可以發(fā)現(xiàn)，PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠的壓縮強度，與PA固化劑摻量之間呈負(fù)線性函數(shù)關(guān)系，即隨著PA固化劑摻量的逐漸增大，PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠的壓縮強度呈線性逐漸見效的變化趨勢。此外還發(fā)現(xiàn)，試驗結(jié)果與擬合函數(shù)之間相關(guān)性高，相關(guān)系數(shù)達到0.8859。分析認(rèn)為，由于PA固化劑材料為長鏈線性結(jié)構(gòu)，柔性較好而剛性不足，因此隨著PA固化劑摻量的逐漸增大，PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠中固化產(chǎn)物剛性逐漸降低，壓縮強度逐漸降低。

2.2" "拉伸性能分析

室內(nèi)對不同PA固化劑摻量條件下的PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠，展開了拉伸性能試驗，得到其拉伸強度變化曲線如圖3所示。由圖3可知，隨著PA固化劑摻量的增長，新型PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠的壓縮強度，呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢。當(dāng)PA固化劑摻量為10%時，PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠的拉伸強度最小，為20.51MPa。此后隨著固化劑摻量的增加，PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠的拉伸強度增大，并在PA固化劑摻量為30%時取得最大值（此時其拉伸強度為25.32MPa）。當(dāng)PA固化劑摻量為50%，PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠的拉伸強度減小（此時壓縮強度為21.45MPa）。

分析認(rèn)為，PA固化劑材料為長鏈線性結(jié)構(gòu)，柔性較好，有效提升了材料韌性，因而提高了其抗拉能力與拉伸強度。但當(dāng)PA固化劑摻量過大時，固化劑與EP之間膠結(jié)差，因此材料的拉伸強度會降低。進一步分析可以發(fā)現(xiàn)，PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠的壓縮強度與PA固化劑摻量之間呈二次函數(shù)關(guān)系，試驗結(jié)果與擬合函數(shù)之間相關(guān)性高，相關(guān)系數(shù)達到0.9871。

2.3" "粘結(jié)性能分析

室內(nèi)對不同PA固化劑摻量條件下的PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠，展開了拉伸性能試驗，具體試驗為拉伸抗剪強度試驗，得到其抗剪強度變化曲線如圖4所示。由圖4可知，隨著PA固化劑摻量的增長，新型PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠的抗剪強度呈現(xiàn)出逐漸增大的變化趨勢，但抗剪強度的增長速率逐漸變慢。當(dāng)PA固化劑摻量為10%時，PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠的拉伸強度最小，為14.55MPa。此后隨著固化劑摻量的增加，PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠的抗剪強度逐漸增大。

分析認(rèn)為，PA固化劑材料為長鏈線性結(jié)構(gòu)，柔性較好，PA固化劑有效提升了材料的韌性，因而提高了其抗剪強度。但當(dāng)PA固化劑摻量過大時，固化劑與EP之間膠結(jié)差，因此材料的拉伸強度降低。進一步分析可以發(fā)現(xiàn)，PA-EP混凝土裂縫修復(fù)膠的壓縮強度與PA固化劑摻量之間呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，且試驗結(jié)果與擬合函數(shù)之間相關(guān)性高，相關(guān)系數(shù)達到0.9851。

綜上所述，當(dāng)PA固化劑摻量為30%時，新型高性能環(huán)氧樹脂（PA-EP）混凝土裂縫修復(fù)膠的綜合性能最優(yōu)。此時PA-EP膠的壓縮強度為45.32MPa，抗拉強度為25.32MPa，抗剪強度為16.13MPa，完全能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中的要求。

3" "結(jié)論

為研究不同PA固化劑摻量下新型高性能環(huán)氧樹脂（PA-EP）混凝土裂縫修復(fù)膠的性能，并對其展開了抗壓能力、拉伸性能和粘結(jié)性能試驗。得出主要結(jié)論如下：

當(dāng)PA固化劑摻量為30%時，新型高性能環(huán)氧樹脂（PA-EP）混凝土裂縫修復(fù)膠的綜合性能最優(yōu)。此時PA-EP膠的壓縮強度為45.32MPa，抗拉強度為25.32MPa，抗剪強度為16.13MPa，完全能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中的要求，完全能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中的要求。

PA固化劑有效提升了材料的韌性，但降低了修復(fù)膠的剛性，因此隨著PA摻量的增加，期壓縮強度逐漸降低但抗剪強度逐漸增大。新型PA-EP膠的拉伸強度，隨PA固化劑摻量增大而呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢。

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