不中斷交通條件下的板梁橋鉸縫修復系統用膠粘劑的性能研究

薛雪雪 周洪芝 羅仕剛 宋少波 司家寧

摘 要：針對不中斷交通條件下的板梁橋鉸縫修復系統用膠粘劑，包括專用于鉸縫灌注的環氧結構膠粘劑和封閉鉸縫專用的環氧結構膠粘劑進行了實驗探究，結果表明：對于鉸縫灌注的環氧結構膠粘劑，稀釋劑加量對凝膠時間幾乎無影響，改性酚醛胺（D1）和改性聚醚胺（D2）的不同配比對凝膠時間影響較大，膠粘劑的黏度大小和凝膠時間的快慢影響施工效率。對于封閉鉸縫專用的環氧結構膠粘劑，隨著改性脂環胺固化劑添加量的增加，黏度逐漸變小，凝膠時間不斷延長。在實際工況中，既要滿足足夠的施工時間，又要不能影響下一步注膠工序;觸變劑的添加量會影響膠粘劑的觸變指數和流掛性，隨著觸變劑添加量的增加，觸變指數不斷增大，流掛性越好。

關鍵詞：鉸縫修復;環氧結構膠粘劑;性能測試;加固

中圖分類號：TQ437+.1 ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2022）02-0181-04

在我國公路橋梁建設中，廣泛采用了裝配式鉸接板梁結構，各板梁之間通過現澆混凝土鉸接相連[1]。隨著城市橋梁交通量的日益增加，鉸縫兩側板梁反復錯動，加快了鉸縫的破壞，所以應對其進行加固以確保橋梁結構和車輛安全通行[1-2]。目前針對板梁橋鉸接縫破壞的加固方法主要有4種：重鋪裝鋼筋網、增加錨固聯結鋼板、增加剪力鋼筋和張拉橫向預應力。這4種方法都需要中斷交通，且需要鑿除、清理既有橋面鋪裝及鉸縫混凝土，工期較長[3]。鉸縫修復系統是近幾年新興的一種處理鉸縫病害的技術，較傳統的整體更換橋面鋪裝方案更具經濟性，工期短，整個施工過程均占用橋下空間，無需封閉交通，因此對通行及施工安全要求較高的功力橋梁尤為適用[4]。環氧樹脂建筑結構膠因具有優異的力學性能和耐久性能得到廣泛使用[5-7]。本文針對不中斷交通條件下的板梁橋鉸縫修復系統用膠粘劑，包括專用于鉸縫灌注的環氧結構膠粘劑和封閉鉸縫專用的環氧結構膠粘劑進行了實驗探究，并進行性能測試。結果表明：稀釋劑添加量、固化劑種類、固化劑比例、觸變劑加量均對其施工性能和力學性能產生影響。本研究有助于為不中斷交通條件下的板梁橋鉸縫修復系統用的環氧膠粘劑配方設計和優化提供參考。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

環氧樹脂（CYD-128）（工業級，市售）;稀釋劑：十二至十四烷基縮水甘油醚（工業級，市售）;硅烷偶聯劑（KH560）（工業級，市售）;觸變劑（工業級）;有機膨潤土（工業級，市售）;石英粉（325目，工業級，天津燕東礦產品有限公司）;固化劑：D1（改性酚醛胺類）、D2（改性聚醚胺）（工業級，美國亨斯邁有限公司）;E1（特種酚醛胺）、E2（改性脂環胺）（工業級，廣州瑞奇化工有限公司）。

1.2 試驗儀器

雙行星動力混合機（5L，佛山市金銀河智能裝備股份有限公司）;黏度計NDJ-5S（上海平軒科學儀器有限公司）;智能粘接強度檢測儀（北京天地星火科技發展有限公司）;數顯恒溫水浴鍋（湖南力辰儀器科技有限公司）;GTS標準型凝膠時間測定儀（上海瑞億儀器有限公司）;微機控制電子萬能試驗機（濟南萬測電氣設備有限公司）;鼓風干燥箱（上海博迅實業有限公司）;恒溫恒濕箱（上海一恒科學儀器有限公司）;鋼板尺，刻度單位為0.5 mm;下垂度模具，寬（20±0.2）mm，深度（3±0.2）mm，模具按GB13477.6—2002要求制作。

1.3 鉸縫灌注的環氧結構膠粘劑

將準確計量的A組分：環氧樹脂、稀釋劑、硅烷偶聯劑按照配比混合均勻;B組分：不同類型的固化劑按照比例混合均勻，固化劑選用D1（改性酚醛胺）和D2（改性聚醚胺）。A組分和B組分按照2∶1配比配制而成，即得鉸縫灌注的環氧結構膠粘劑。表1為鉸縫灌注的環氧結構膠粘劑配方。

1.4 封閉鉸縫專用的環氧結構膠粘劑

將準確計量的A組分：環氧樹脂、硅微粉、有機膨潤土、硅烷偶聯劑放入雙行星攪拌釜中，常溫常壓下緩慢攪拌分散30 min;然后抽真空脫泡5 min，出料即可。

將準確計量的B組分：固化劑（E1、E2）、硅微粉、白炭黑放入雙行星攪拌釜中，常溫常壓下緩慢攪拌分散30 min;然后抽真空脫泡5 min，出料即可。表2為封閉鉸縫專用的環氧結構膠粘劑基礎配方。

A組分和B組分按照2∶1配比配制而成，即得封閉鉸縫專用的環氧結構膠粘劑。

1.5 測試與表征

（1）初黏度的測試：依照GB 50728—2011《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》附錄Q進行初始粘度測試;

（2）固化體系凝膠時間：采用凝膠時間測定儀進行測定;

（3）觸變指數的測試：使用旋轉黏度計NXS-11A，依照GB 50728—2011《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》附錄R進行觸變指數測試;注意涂布型環氧粘鋼結構膠為加填料的膠粘劑，應依照標準要求中的高黏度膠液進行觸變指數的測試計算，觸變指數It=η5.6/η65，式中：η5.6表示轉速為5.6 r/min時的膠粘劑黏度;η65表示轉速為65 r/min時膠粘劑黏度;

（4）下垂流度（抗流掛性）的測試：使用鼓風干燥箱、鋼板尺、下垂度模具，依照GB/T 13477.6—2002標準進行測試，測試試件垂直放置時的垂流度;測試環境的實驗溫度應分別選取25 、35 和45 ℃;

（5）力學性能測試：采用微機控制電子萬能試驗機進行測定，制樣標準和判定依據參照GB/T 2567—2008、GB/T 7124—2008和GB 50728—2011。

2 結果與討論

2.1 稀釋劑和改性聚醚胺質量分數對鉸縫灌注的環氧結構膠粘劑的影響

試驗考察了稀釋劑和改性聚醚胺質量分數對鉸縫灌注的環氧結構膠粘劑黏度以及凝膠時間的影響，確定稀釋劑和改性聚醚胺最佳質量分數，結果如圖1所示。

由圖1可知，稀釋劑和改性聚醚胺質量分數變化均會影響膠粘劑黏度，隨著稀釋劑和D2質量分數的增加，黏度逐漸降低。根據圖1中凝膠時間測試結果可以得出，稀釋劑質量分數變化對凝膠時間幾乎無影響;改性聚醚胺質量分數變化對凝膠時間影響較大。膠粘劑的黏度大小和凝膠時間的快慢影響施工效率。綜上所述，當稀釋劑質量分數為3.0%，D2質量分數在20%～40%時，黏度在200～500 mPa·s，凝膠時間為40～70 min。

2.2 鉸縫灌注的環氧結構膠粘劑力學性能測試結果

鉸縫灌注的環氧結構膠粘劑力學性能測試數據結果如表3所示。

由表3可知，D1為改性酚醛胺，D2為改性聚醚胺，固化劑的種類和配比影響拉伸強度、斷裂伸長率、受拉彈性模量、鋼對鋼拉伸抗剪強度。隨著改性酚醛胺比例增加，拉伸強度和受拉彈性模量增大，伸長率降低。這是由于D2為改性聚醚胺，分子結構中含有醚鍵，屬柔性固化劑所改。

2.3 改性脂環胺質量分數對封閉鉸縫專用的環氧結構膠粘劑的影響

脂環胺為分子結構里含有脂環結構（環己基、雜氧、氮原子六元環）的胺類化合物。多數為低黏度液體，適用期比脂肪胺長，固化物的色度、光澤優于脂肪胺和聚酰胺[8]。所以，選用低黏度的改性脂環胺固化劑和固化速度較快的酚醛胺進行研究。改性脂環胺質量分數對封閉鉸縫專用的環氧結構膠粘劑的影響，結果如圖2所示。

由圖2可知，E1為特種改性酚醛胺固化劑，E2為改性脂環胺固化劑，隨著改性脂環胺固化劑質量分數的增加，黏度逐漸變小，凝膠時間不斷增加。實際工況中，既要滿足足夠的施工時間，又要不能影響下一步注膠工序，所以，本研究中E2質量分數為40%時，允許施工時間15 min，同時滿足4 h后可進行下一步注膠。

2.4 觸變劑的質量分數和溫度對封閉鉸縫專用的環氧結構膠粘劑的影響

有機膨潤土“觸變性”作用機理：有機膨潤土中存在的納米級SiO2是無定型粉末，表面有不飽和殘鍵和不同鍵及狀態下的羥基，使其分子狀態呈三維網狀結構，由于其表面聚集的氫鍵之間的作用力較弱，在外部剪切力存在情況下，剪切變稀，剪切力消除后，結構迅速重組，這就是有機膨潤土的“觸變性”[9]。A組分觸變劑質量分數和溫度對封閉鉸縫專用的環氧結構膠粘劑影響，結果如表4所示。

由表4可以看出，觸變劑的質量分數會影響膠粘劑的觸變指數和流掛性。隨著觸變劑質量分數增加，觸變指數不斷增大，流掛性越好。當觸變劑質量分數為0.4%時，A、B組分混合后觸變指數為5.21，在溫度為25、35、45 ℃條件下，下垂度為0 mm。所以觸變劑質量分數為0.4%時，可以滿足施工要求。

2.5 封閉鉸縫專用的環氧結構膠粘劑力學性能測試結果

根據封閉鉸縫專用的環氧結構膠粘劑力學性能測試：E1為特種酚醛胺固化劑，E2為改性脂環胺固化劑，拉伸強度、受拉彈性模量、鋼對鋼拉伸抗剪強度數據結果如表5所示。

3 結語

（1）本研究有助于指導不中斷交通條件下板梁橋鉸縫修復系統用環氧膠粘劑配方設計和優化;

（2）對于鉸縫灌注的環氧結構膠粘劑，膠粘劑的黏度大小和凝膠時間的快慢影響施工效率，稀釋劑質量分數為3.0%，D2質量分數為20%～40%，黏度在200～500 mPa·s，凝膠時間為40～70 min;

（3）對于封閉鉸縫專用的環氧結構膠粘劑，實際工況中，既要滿足足夠的施工時間，又要不能影響下一步注膠工序，本研究中E2質量分數為40%時，允許施工時間15 min，同時滿足4 h后可進行下一步注膠;

（4）觸變劑質量分數變化會影響膠粘劑的觸變指數和流掛性。本研究中選用有機膨潤土作為觸變劑，隨著觸變劑質量分數增加，觸變指數不斷增大，流掛性越好。觸變劑質量分數為0.4%時，可以滿足施工要求。

【參考文獻】

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[8] 洪臻，王長松，梁兵，等.環氧樹脂胺類固化劑的研究進展[J].化工新型材料，2014，42（9）：12-15.

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