環氧樹脂在橋梁加固中的應用研究

趙豪

摘 要：橋梁結構加固工程中，環氧樹脂由于其優良的特性，得到了廣泛的應用。基于此，在全面分析橋梁加固常用方法的基礎上，結合具體案例，提出了環氧樹脂混凝土處治方案，并對其施工技術要點進行了分析與探討。

關鍵詞：環氧樹脂；橋梁加固；常用方法；工程概況

中圖分類號：U445.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）11-0108-03

0 引言

隨著使用時間的增長，橋梁結構會逐漸趨于老化，并暴露出許多病害、損壞，若能采取適當的加固方法，則能夠有效地延長橋梁的使用壽命、增強其使用性能。研究表明，環氧樹脂應用于橋梁加固，能夠極大地提升橋梁的承載能力、耐久性，并且能夠很好地利用原有結構，減小材料浪費。相較于其他橋梁加固材料，環氧樹脂混凝土材料具有良好的粘結性能、較強的抗拉強度和耐腐蝕性，由于其初凝時間短，早期強度高，可快速達到強度要求，盡快開放交通，具有很強的應用價值。

1 橋梁加固常用方法

1.1 壓力注漿法

壓力注漿法是指在一定壓力作用下，向裂縫內部灌入注漿材料，在混凝土內部，注漿材料將逐漸硬化，并和混凝土共同構建成一個整體。在該裂縫修補方法中，修補裂縫主要依靠的是注漿材料的固化、粘結效果[1]。一般來講，壓力注漿法主要在深裂縫中使用，適用于0.2～0.5 mm寬裂縫。常用的化學注漿材料有環氧樹脂、聚氨酯等。

1.2 表面封閉法

表面封閉法是指為了修復微細裂縫，將一層防水涂膜均勻涂刷到混凝土表面，以此起到良好的修補效果。通過表面封閉法，可以有效避免空氣內有害物質通過混凝土裂縫引入內部結構，進而造成更為嚴重的病害和損失[2]。通過表面封閉法，不僅可以有效封閉混凝土表面細小的裂縫，還可以保護混凝土注漿材料。

1.3 粘貼碳纖維布法

粘貼碳纖維布法主要用于0.5 mm寬以上的裂縫修補處理。通過粘貼碳纖維布，可以進一步增強橋梁結構的承載力。在施工時，需在裂縫部位通過結構膠有效粘貼碳纖維材料。在彈性模量方面，相比碳纖維材料，鋼材的彈性模量偏低一些。但在抗拉強度方面，相比碳纖維材料，鋼材的抗拉強度僅為其10%。在質量密度方面，相比碳纖維材料，鋼材卻為其4倍左右。

碳纖維材料的耐久性較好，且在修補加固橋梁混凝土結構時，不會出現結構質量增加的情況。在修補0.5 mm寬以上混凝土裂縫時，需先注漿處理裂縫，隨后粘貼碳纖維布，這樣才能達到良好的加固效果。

1.4 電化學防護法

當前，鋼筋混凝土防護處理多采用電化學脫氯、電化學沉積法、電化學再堿化的方式。這3種電化學防護法的原理類似，都是通過一個外部導體陽極，在陽極施加一個直流電流過混凝土，由此成為電化學電池的陰極鋼筋[3]。在修補處理鋼筋混凝土時，電流通過方法特點有如下4點：①利用鋼筋極化實現負電位。②由混凝土孔溶液內將有害氯離子清除。③可做好堿度修復。④在混凝土裂縫內沉積不溶性化合物。

2 工程概況

某公路橋梁工程建成通車多年，在行車荷載和自然因素的長期作用下，橋梁伸縮縫出現了早期損壞。在伸縮縫方面，主要采用淺埋式異型鋼結構伸縮縫，經現場勘察可知，目前該伸縮縫已出現了翹曲現象，還由于雜物堵塞影響，其變形情況愈加嚴重，導致與路面連接并不平順。為了解決病害，修復伸縮縫裝置，必須采取切實可行的處治方案[4]。

在混凝土內部注漿材料硬化后，其可以和混凝土共同構建成一個完整的整體。橋梁混凝土裂縫修補中，其材料主要分為注漿材料和涂層材料，具體如表1所示。

根據本工程實際情況，決定采用環氧樹脂混凝土材料。作為一種聚合物混凝土，環氧樹脂混凝土的組成包括2部分，即有機物組分和無機物組分。膠凝材料主要是有機物組分，主要成分有環氧樹脂、稀釋劑、改性材料、固化劑等[5]。填充材料則主要是無機物組分，主要成分為水泥、粗細骨料。

環氧樹脂混凝土的特點有如下4點：①環氧樹脂混凝土初凝時間短，早期強度高，可快速達到強度要求，盡快開放交通。②環氧樹脂混凝土具有良好的粘結性能，材料粘結作用強。③環氧樹脂混凝土的抗拉強度高，且具有良好韌性。④環氧樹脂混凝土的耐腐蝕性強。

在環氧樹脂混凝土前期強度預測模型研究中，黃鈺桐等人進行了抗壓強度試驗，得出養護時間在24 h以內，環氧樹脂混凝土的抗壓強度可超過養護規定的90%。

3 原材料選擇

結合工程實際，可采用雙酚A型環氧樹脂（E-44），主要組成包括：環氧氯丙烷、雙酚A。通過兩種物質組成而成的一種粘度良好的液體材料，包裝時需選用密封容器，避光、避熱存儲。其檢測值如表2所示。

環氧樹脂混凝土所需摻加劑較多，包含稀釋劑、增韌劑、固化劑等。固化劑采用無水乙二胺，密度為0.90 g/mL，可溶于水。稀釋劑采用丙酮和二甲苯，其中，丙酮的密度0.789 g/mL，易溶于水；二甲苯的密度為0.89 g/mL，不溶于水。增韌劑采用鄰苯二甲酸二丁酯，其密度為1.049 g/mL，溶解度為0.04%，保證各類摻加劑的技術指標均符合規定要求。

填料采用P.O25.5普通硅酸鹽水泥（袋裝），確保水泥質量，不得出現結塊、受潮現象。骨料采用中砂、軋制碎石，且以石灰巖為主。

4 配合比優化設計

在配合比設計中，應確定膠結料環氧樹脂與固化劑的比例，以保證施工單位現場有適宜的施工時間和硬化后的環氧樹脂混凝土的性能。固化劑用量過多，混凝土硬化將過快[6]。若施工人員來不及搗實，就會導致環氧樹脂混凝土將不密實，性能差。固化劑用量過少，就會導致混凝土硬化不完全，影響環氧樹脂混凝土的性能。為此，必須保證配合比設計合理、有效。

4.1 初步配合比設計

結合以往類似工程經驗，環氧混凝土初步配合比設計如表3所示。

4.2 優化配合比設計

根據環氧混凝土初步配合比設計情況，進行了環氧樹脂混凝土性能試驗，并由此對配合比設計進行了調整與優化，以此減少樹脂用量，降低成本，優化后的配合比設計如表4所示。

5 施工工藝流程

5.1 鋼結構預加工

在本工程淺埋式伸縮縫鋼結構當中，選擇熱軋整體成型異型鋼材設計，其特點為密封性好、伸縮靈活，且能夠和橋面連接平順。在加工時，需嚴控質量。

5.2 原伸縮縫處理

橋梁伸縮縫已損壞，需通過風鎬順著邊線去除，清理干凈破碎后槽口內的臨時填料。在整個破除環節，不允許破壞槽口以外的瀝青混凝土路面。此外，還要對槽口內混凝土基礎、鋼筋等加以保護。鑿毛基礎混凝土表面浮漿，并清理干凈槽口內雜物[7]。

5.3 預埋鋼筋

準確確定預埋鋼筋位置，布設以梅花型為準，鉆孔鉆頭直徑為15～18 mm，間距為20～25 cm，鉆孔內的雜物需利用空壓機清理干凈，并安裝預埋鋼筋，灌注環氧砂漿進行固定。

5.4 安裝淺埋式伸縮縫鋼結構

安裝淺埋式伸縮縫鋼結構的施工流程為：預埋筋檢查→模板安裝→吊裝伸縮縫→調平伸縮縫→焊接伸縮縫→拌和環氧混凝土→灌注環氧樹脂混凝土→養護。施工技術要點有如下8點。

5.4.1 預埋筋檢查

安裝前，需檢查預埋筋質量，確保是否和錨筋、型鋼不存在交錯。若存在，需及時處理。

5.4.2 模板安裝

在構造縫內設置模板，確保其厚度符合施工要求。

5.4.3 吊裝伸縮縫

吊裝前，需將型鋼焊接到每條伸縮縫弓型卡表面，起到調平臂作用。吊裝時，要確保吊點位置、方法符合規定。

5.4.4 調平伸縮縫

伸縮縫表面安裝標高與原路面高度一致，吊裝后，檢測伸縮縫標高，確保滿足規定。若不符合規定，需再次調整。

5.4.5 焊接伸縮縫

焊接邊梁外側錨固件和梁端預埋筋。過渡段澆筑高強度混凝土，并連接梁體。在伸縮縫中心線重合橋梁端構造縫中心線的情況下，順著橫向在伸縮縫兩端設置各4根橫向鋼筋（φ12），且焊接穩固。

5.4.6 拌和環氧混凝土

按照優化后的配合比設計進行均勻拌合，保證拌和質量。攪拌溫度是常溫，低溫、高溫均不易攪拌均勻。環氧樹脂混凝土黏度較高，為避免拌合不均勻，需要進行機械強制攪拌，且要迅速攪拌，否則發生硬化反應，有可能無法拌合均勻。

5.4.7 灌注環氧樹脂混凝土

拌和后，需在1 h內完成灌注施工。并進行振搗、收面、抹平施工。

5.4.8 養護

由于環氧樹脂膠凝體系是一種疏水類材料，完成施工后，不允許灑水養生，也不需要將任何材料覆蓋其表面，進行天然養護。修復完成1 d后，便可開放交通。在整個固化過程中，環氧樹脂混凝土將會吸收大量熱量，為了提升養護溫度，可采用電爐加熱方式，以此加快環氧樹脂材料固化速度，加快交通開放時間。

6 結束語

在行車荷載、自然因素等影響下，對橋梁結構的強度、變形穩定性及疲勞耐久性等方面提出的要求越來越高。為了加固橋梁結構，本文結合工程實際，基于環氧樹脂的優良特性，提出了具體的施工方案，從而改善工程使用性能，起到良好的加固效果。

參考文獻

[1] 陳華.橋梁混凝土裂縫產生的原因及防治措施探析[J].安徽建筑，2019，26（6）：101-103.

[2] 馬光.橋梁混凝土施工裂縫的成因及防治措施分析[J].中國公路，2018（20）：134-135.

[3] 彭小林.公路橋梁混凝土裂縫原因及修補防治措施[J].北方交通，2018（7）：89-92.

[4] 黃鈺桐.環氧樹脂基混凝土的早齡期力學性能試驗研究[D].廣州：華南理工大學，2019.

[5] 鐘志斌，周振華，伍坤，等.淺談高韌性環氧混凝土快速修復高速公路橋梁伸縮縫[J].交通科技，2016（6）：126-128.

[6] 孫金鑫.G30連霍線西安至臨潼高速公路瀝青路面與橋梁檢測評價及其成套養護施工技術研究[D].西安：長安大學，2013.

[7] 姜華.橋梁建設施工中結構裂縫產生及其加固處理技術問題研究[J].工程技術研究，2018（16）：249-250.