環(huán)氧樹脂砂漿在水工建筑缺陷混凝土修補(bǔ)中的應(yīng)用

羅成永

（廣東源豐水務(wù)有限公司，廣東 河源 517000）

環(huán)氧樹脂是一種富含環(huán)氧基的高分子聚合物，由二酚基丙烷、環(huán)氧氯丙烷等材料加工制成，與常規(guī)材料相比，環(huán)氧樹脂具有更強(qiáng)的加熱塑性，但是在固化后，材料呈現(xiàn)出粘結(jié)力大以及強(qiáng)度高的特征，基本上不會出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)變形。因此在當(dāng)前水工建筑物等混凝土材料處理中，環(huán)氧樹脂砂漿材料具有廣闊的應(yīng)用前景，值得關(guān)注。

1 工程項目簡介

某水工建筑物位于峽谷地區(qū)，是一款以灌溉為主，兼顧?quán)l(xiāng)村人畜飲水等綜合利用功能于一體的水庫，該水庫的總?cè)萘考s為170 萬m3，壩高21m，可解決當(dāng)?shù)丶s5000 人的飲水困難問題。該建筑物的運(yùn)行時間超過10年，而根據(jù)最近的混凝土結(jié)構(gòu)調(diào)查結(jié)果可知，受到洪水以及水流沖刷等因素影響，導(dǎo)致水工建筑物的直線段以及反弧段相交位置出現(xiàn)大面積的沖蝕破壞現(xiàn)象，累計面積已經(jīng)超過70m2，最高沖蝕破壞厚度為3.2cm。為保證水工建筑物安全，需要對缺陷混凝土部位進(jìn)行修補(bǔ)。相關(guān)技術(shù)人員在綜合比較不同材料特性后，最終決定采用環(huán)氧樹脂砂漿技術(shù)。

2 環(huán)氧樹脂砂漿材料制備

2.1 稀釋劑的選擇

在環(huán)氧樹脂砂漿制備中，添加稀釋劑可以改善材料粘度，使材料直接浸潤在黏結(jié)表面，進(jìn)而達(dá)到延長環(huán)氧樹脂砂漿材料使用時間的效果。目前非活性稀釋劑不會參與固化反應(yīng)，而活性稀釋劑則會參與固化反應(yīng)。非活性稀釋劑有丙酮、苯甲醇、甲苯、乙酯、丁酯等，活性稀釋劑是糠醛/丙酮復(fù)合稀釋劑，或含有一個或多個環(huán)氧基團(tuán)的化合物，如丁基縮水甘油醚（501）等丙酮等材料為例，該材料為無色液體，每100g 樹脂的材料用量約為5-20g，按照該配比配制環(huán)氧樹脂砂漿后可以顯著提升材料性能。

從技術(shù)推廣價值來看，非活性稀釋劑的價格低廉，而活性稀釋劑的柔韌性更好、揮發(fā)性滿意。為解決該問題，應(yīng)根據(jù)工程項目具體需求選擇適宜稀釋劑，例如在水工建筑物薄層表面缺陷修補(bǔ)中，或者對質(zhì)量要求不高的小裂縫修補(bǔ)中，本文建議采用非活性稀釋劑[1]。對于水工建筑物大體積混凝土材料修補(bǔ)要求，若使用非活性稀釋劑則可能造成空鼓等問題，尤其是在溫度偏高時會造成嚴(yán)重的體積膨脹現(xiàn)象，因此為解決該問題建議采用活性稀釋劑。

2.2 硬化劑的選擇

硬化劑可以使環(huán)氧樹脂砂漿材料成為不溶的硬化產(chǎn)物，目前在水工建筑中常見的硬化劑資料如表1所示。

表1 幾種常見的硬化劑

從現(xiàn)有工程項目的成功經(jīng)驗來看，乙二胺是最為常見的硬化劑，但是該材料存在一定的缺陷，例如有刺激性臭味，易揮發(fā)，若不能嚴(yán)格控制施工工藝問題可能在空氣中形成煙霧。為解決上述問題，本文建議在未來環(huán)氧樹脂砂漿制備中采用多胺化合物或聚酰胺，雖然該材料的價格成本偏高，但是由于材料粘度偏低且稀釋度更理想，因此該材料更有助于控制成本。

2.3 填充料

適當(dāng)使用填充料不僅可以提升環(huán)氧樹脂砂漿的性能，也可以減少環(huán)氧樹脂的使用量。現(xiàn)階段可用于環(huán)氧樹脂砂漿的填料種類很多，其中有易于獲得的水泥、石英粉以及滑石粉等，也有性能滿意的石英砂、金剛砂等。例如在使用水泥后環(huán)氧砂漿的顏色變?yōu)楹谏蝗粝胍３峙c混凝土顏色相近時，可選擇重鈣粉或者滑石粉等為主要填充料，技術(shù)人員也可以根據(jù)工藝要求適當(dāng)摻加一定數(shù)量的粉煤灰以及水泥等。本文統(tǒng)計了幾種常見填充料性能，資料見表2。

表2 常見填充料的性能指標(biāo)

除了表2 所介紹的相關(guān)填充材料后，相關(guān)新型填充材料的使用有助于進(jìn)一步提升環(huán)氧樹脂砂漿性能。例如利用木質(zhì)素與環(huán)氧氯丙烷制備新型環(huán)氧樹脂材料后，砂漿材料的性能指標(biāo)更理想；或者利用二甲基鍵胺與改性曼尼希胺水性環(huán)氧固化劑等材料研發(fā)環(huán)氧樹脂砂漿后，當(dāng)兩種材料的配比達(dá)到2:1 時，材料固化效果更理想[2]。

2.4 配制方案

該項目中環(huán)氧樹脂砂漿的材料配比方案為：環(huán)氧樹脂/二丁酯/乙二胺/水泥/砂子/砂石＝1/0.2/0.12/1.5/4.5/適量。按照比例準(zhǔn)備好環(huán)氧樹脂、乙二胺、砂石填料等材料后，該項目中的所有砂子過濾后，將粒徑控制在0.3-1.0mm 以內(nèi)；在環(huán)氧樹脂砂漿加工過程中的所有礫石應(yīng)清洗干凈，并烘炒干燥。

具體方法為：將二丁酯與環(huán)氧樹脂放在鐵鍋中，將鍋內(nèi)溫度提升至60℃后徹底攪拌，并在室內(nèi)溫度環(huán)境下將材料溫度控制在30℃左右；再注入乙二胺并拌和。最后將砂石、水泥等材料混合均勻后材料加入環(huán)氧樹脂漿液中，整個材料加工配制過程。

3 環(huán)氧樹脂砂漿材料的修補(bǔ)方案分析

3.1 施工要求

根據(jù)施工現(xiàn)場的調(diào)查結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，在該水工建筑物中有大面積鋼筋裸露區(qū)域，再加之該部位沖刷厚度大，所以為解決結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷問題，需要先采用混凝土修補(bǔ)裸露部位，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到預(yù)期后再用環(huán)氧樹脂砂漿作表層修補(bǔ)。整個環(huán)氧樹脂砂漿的施工流程為：處理混凝土基層結(jié)構(gòu)→拌制底涂料→涂刷底涂料→拌制環(huán)氧砂漿→壓實抹平。

3.2 基層表面處理

在拌制環(huán)氧砂漿面層施工階段，應(yīng)確保基層的強(qiáng)度等級標(biāo)準(zhǔn)滿足預(yù)期，根據(jù)該項目現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果可知，最終決定在基層表面處理中使用C25 等級以上的混凝土。施工前徹底清除破損部位表面狀態(tài)，包括面層的灰塵以及松動顆粒等，在徹底清除鋼筋網(wǎng)鐵銹以及混凝土殘渣后，可用銑刨機(jī)處理混凝土結(jié)構(gòu)表面，并用壓力水槍清除表面浮渣，直至露出堅硬的混凝土層，待混凝土表面干燥后即可做下一步驟施工。

3.3 裸露鋼筋的修補(bǔ)方案

在混凝土結(jié)構(gòu)清理干凈后，即可在表面用手風(fēng)鉆鉆孔，其中鉆頭的直徑應(yīng)大于等于鋼筋直徑的4mm以上。鉆孔孔距為20cm，深度10cm，鉆孔后用毛刷將碎渣帶出并用壓縮空氣清理浮塵。

該項目中植入了14mm 螺紋鋼，每根鋼筋長度為25cm，在彎折插入混凝土中后，結(jié)構(gòu)上段長度為15cm，同時刷上植筋膠。將鋼筋另一端插入孔中，確定鋼筋固定效果良好后，養(yǎng)護(hù)50 小時后澆筑混凝土，該方法可保證新老混凝土之間的咬合效果理想。同時考慮到該水工建筑物對抗氣蝕性的要求，在施工中使用硅粉混凝土，所有混凝土的等級應(yīng)大于等于C50。為滿足材料性能指標(biāo)要求，則需要使用吸附模數(shù)超過2.6 的中砂以及高性能減水劑等。所使用的粗骨料應(yīng)保證質(zhì)地堅硬且強(qiáng)度滿意的碎石，當(dāng)混凝土抗壓強(qiáng)度超過58MPa時即可做下一階段施工。

3.4 環(huán)氧砂漿面層修補(bǔ)方案

1.調(diào)整標(biāo)高。在按照上述工藝做好水工建筑物混凝土面層修補(bǔ)后，確定本次環(huán)氧樹脂砂漿修補(bǔ)的施工范圍。結(jié)合該水工建筑物的具體情況可知，因為水壩較寬，因此決定每隔2m 施工段施工。本環(huán)節(jié)施工目的是確定抗沖磨修復(fù)層的平均厚度，并在施工區(qū)的邊緣打標(biāo)高點(diǎn)。

2.涂刷環(huán)氧砂漿材料。在拌和后按照施工要求添加原材料，加工結(jié)束后將材料均勻地涂刷在面層上，并盡量使環(huán)氧砂漿材料滲入混凝土基面上，確保可在混凝土界面形成環(huán)氧砂漿-混凝土的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

在上述結(jié)構(gòu)陳化60min 后，檢查環(huán)氧砂漿材料的性能指標(biāo)，用連續(xù)三次手觸絲至1cm 斷開為標(biāo)準(zhǔn)，確定達(dá)到上述質(zhì)量要求后才能涂刷環(huán)氧砂漿。整個施工中應(yīng)堅持隨用隨拌工藝要求，若環(huán)氧砂漿材料已經(jīng)發(fā)生膠凝等問題時則嚴(yán)禁使用。涂刷環(huán)氧砂漿材料時，涂抹材料厚度應(yīng)與標(biāo)高點(diǎn)相同，同時為消除潛在質(zhì)量問題，每次涂刷環(huán)氧砂漿材料的厚度應(yīng)小于等于10mm[3]。施工前可按照“涂刷基面劑再涂抹一層砂漿”的原則進(jìn)行。

3.5 施工后的養(yǎng)護(hù)方法

在環(huán)氧樹脂砂漿施工結(jié)束后即可徹底清除現(xiàn)場的材料，并在砂漿上方用彩色條做避光保護(hù)，避免曝光或者面層遭受雨淋等。整個養(yǎng)護(hù)周期應(yīng)大于等于1 周，應(yīng)隨時檢查環(huán)氧樹脂砂漿層的物理性能指標(biāo)變化。

4 施工效果評價

為判斷環(huán)氧樹脂砂漿工藝在本次水工建筑缺陷混凝土修補(bǔ)中的運(yùn)用價值，本文對材料表面物理性能展開綜合評價，具體的施工結(jié)果如表3 所示。

之后為進(jìn)一步評估環(huán)氧樹脂砂漿在本次工程項目中的可行性，該項目采用無損檢測技術(shù)對修補(bǔ)后的混凝土結(jié)構(gòu)性能展開評價。本次評估結(jié)果顯示，破碎帶灌漿后平均波速比灌前提高16.8%，波速＜2500m/s 的比例由灌前75%降為0，2500-3000m/s 的比例由25%上升到71%，根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知，該項目在采用環(huán)氧樹脂砂漿后可以改善混凝土結(jié)構(gòu)材料的整體性能。

根據(jù)案例工程項目的施工經(jīng)驗，在本次水工建筑缺陷混凝土修補(bǔ)中環(huán)氧樹脂砂漿材料的產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)主要集中在以下幾方面：（1）環(huán)氧樹脂砂漿的力學(xué)性能滿意，結(jié)合水工建筑物現(xiàn)場檢查結(jié)果可知，該材料與混凝土結(jié)構(gòu)的粘結(jié)效果優(yōu)秀，材料的補(bǔ)強(qiáng)、加固效果更滿意。（2）環(huán)氧樹脂砂漿的抗沖擊性能滿意，且柔韌性更強(qiáng)，在缺陷混凝土修補(bǔ)過程中通過外材料可抵御外力作用下出現(xiàn)的變形以及結(jié)構(gòu)應(yīng)力問題[4]。（3）環(huán)氧樹脂砂漿具有更滿意的熱膨脹系數(shù)特性，在施工后基本不會出現(xiàn)材料脫開現(xiàn)象，該材料的整體粘結(jié)力更強(qiáng)。（4）整個環(huán)氧樹脂砂漿施工過程操作簡單，滿足潮濕基層表面施工規(guī)范，該工藝的經(jīng)濟(jì)性良好，有助于縮短工程項目總周期，并解決傳統(tǒng)技術(shù)工藝下出現(xiàn)的材料老化等問題。根據(jù)現(xiàn)場對比結(jié)果可知，與傳統(tǒng)的混凝土材料相比，環(huán)氧樹脂砂漿材料更有助于提升施工效果，即使在惡劣氣候條件下均滿足施工工藝要求[5]。（5）環(huán)氧樹脂砂漿具有更強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，并且該材料具有抗?jié)B、抗凍、耐鹽、耐堿、耐弱酸腐蝕的性能，并與多種材料的粘結(jié)力很強(qiáng)。

5 結(jié)語

針對水工建筑缺陷混凝土修補(bǔ)要求，技術(shù)人員采用環(huán)氧樹脂砂漿技術(shù)可顯著改善材料的整體力學(xué)性能指標(biāo)，符合混凝土結(jié)構(gòu)性能管理要求，是一種科學(xué)的施工技術(shù)方案。根據(jù)案例水工建筑物的施工要求，環(huán)氧樹脂砂漿技術(shù)的施工工藝便捷，且材料具有更強(qiáng)的抗沖擊性能，對于延長水工建筑物使用年限的意義重大。因此，對于技術(shù)人員而言，應(yīng)深入了解環(huán)氧樹脂砂漿的工藝質(zhì)量規(guī)范，做到材料性能管理與材料拌和施工要求，才能有效消除潛在質(zhì)量風(fēng)險。