水性環氧樹脂在橋梁加固修補實踐中的創新研究

盧蘭華 浦建民 張洪瑞 王慶增 盧園園

摘 要：為了充分發揮和利用水性環氧樹脂的粘接性強、防滲性高等優勢，提高建筑工程施工質量，分析了水性環氧樹脂特性，采用試驗的方式，依次測試了水性環氧樹脂粘接性能、混凝土層間粘接強度以及混凝土抗滲性能，研究了水性環氧樹脂在G324線某立交橋工程中的施工工藝改進和使用情況。結果表明，水性環氧樹脂的應用，可以有效地封閉橋面裝層中的裂縫，避免大量水分滲入到裂縫內，從而實現對橋梁結構的有效保護，增加橋梁工程混凝土粘接性能和抗滲透性能，降低橋梁應用力過于集中問題出現的概率。

關鍵詞：水性環氧樹脂；建筑工程；應用；研究

中圖分類號：TQ341；U445.4

文獻標志碼：A文章編號：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，隨著交通行業的迅猛發展，交通量和重型車輛不斷增加，嚴重損壞了橋面鋪裝層結構，由于該裝層相對較薄，其厚度僅僅達到了11 cm左右，這就增加了鋪裝層破壞風險和維修難度。另外，橋面鋪裝層早期很容易出現輪邊縱向開裂、斜向開裂、表面露石等問題。而水性環氧樹脂的出現和應用，可以避免以上不良現象的發生，通過應用該樹脂材料，可以保證橋梁結構的堅固性，實現對橋梁結構的有效保護，同時，還能利用該樹脂材料粘接性能高、抗滲性能高等優點，確保橋面鋪裝層修補過的坑槽與完整部位進行有效地結合，從而形成統一整體，避免橋面鋪裝層出現應力過于集中問題。

1 水性環氧樹脂特性

水性環氧樹脂具有流動性好、防水性能高、抗沖擊性能高、粘接性和抗拉性能強等特點，通過將該樹脂材料應用到橋面鋪裝層養護和維修中，有效地解決鋪裝層坑洞、裂縫等問題，提高橋面鋪裝層結構的堅固性，從而實現對橋面鋪裝層結構的有效保護。

2 水性環氧樹脂粘接性能試驗

2.1 試驗準備

在進行試驗期間，結合膠粘劑拉伸剪切強度測定相關標準和要求，采用單面搭接的方式，將縱向拉伸剪切力施加到搭接面上，并對試樣的最大負荷進行測量［1］，試樣形象和尺寸如圖1所示。該試樣主要運用了45#碳鋼，單組試件數量統一設置為5個。

2.2 試驗材料

在試驗中，所用到的試驗材料主要包含以下幾種，分別是水性環氧樹脂和DFG-88固化劑，這2種材料的質量比為4∶1。

2.3 試驗方法

嚴格按照上述所設置好的重量比，對水性環氧樹脂和DFG-88固化劑進行混合處理，確保其攪拌的均勻性和充分性［2］，同時，在2塊鋼板的接觸面涂抹一層薄薄的水性環氧樹脂乳液，從而保證接觸面潤濕的充分性，大約經過1 h后，環氧樹脂會從水性環氧樹脂乳液中還原出來，此時，將析出的水分全部倒掉［3］，然后，向接觸面上涂抹適量的水性環氧樹脂，確保2塊鋼板粘貼的牢固性。1周后，利用拉伸機，對不同鋼板之間的拉伸剪切強度進行精確化測定。不同鋼板之間的拉伸剪切強度計算公式：

C=PBL（1）

式中：C、P、B、L分別代表水性環氧樹脂拉伸剪切強度、試樣剪切破壞最大載荷、試樣搭接面寬度和長度。

2.4 試驗結果與分析

水性環氧樹脂粘接性能試驗結果如表1所示。

由表1可知，水性環氧樹脂拉伸剪切強度平均值經過計算為10.952 MPa，橋面鋪裝層經常出現橫向裂縫、縱向裂縫等問題；另外，灌縫材料與舊混凝土之間存在結合面，該結合面相對較薄，經常出現氣孔問題，嚴重影響了結合面結構密實度。此外，與舊混凝土相比，裂縫灌漿材料所表現出收縮效果存在很大的不同［4］，導致界面粘接力出現大幅度降低現象。

3 混凝土層間粘接強度試驗

3.1 試驗材料

所用到的試驗材料主要包含2種：（1）水泥。該水泥屬于普通硅酸鹽水泥。（2）細骨料。該細骨料的細度模數為2.6，在正式進入試驗前，要使用烘箱，對細骨料進行烘干處理，確保細骨料的含水率達到0。（3）粗骨料。該粗骨料內部含有大量的石灰巖碎石，這些碎石的最大粒徑為21 mm。（4）混凝土。混凝土的質量比為水泥∶砂∶石∶水=50∶76∶153∶22。

3.2 試驗方法

試驗所用到的混凝土試件長、寬、高分別為40、40、160 mm，當混凝土試件澆筑完成后，對其進行29 d養護，然后，將養護好的試件放入到模具中，然后，使用隔板，將新混凝土分別澆筑到混凝土試件的兩側［5］，并對其進行29 d養護。另外，還要將新澆筑的混凝土劃分以下2組：

（1）第1組混凝土配合比與舊混凝土試件配合比相同；

（2）第2組聚灰比大約是水性環氧樹脂混凝土的0.3倍。

3.3 試驗結果與分析

新舊混凝土的層間粘接強度如表2所示。

從表2中的數據可以看出，通過摻入和使用水性環氧樹脂，可以有效地提高新、舊混凝土之間的粘接強度，使其粘接強度提高量達到1倍左右，這樣一來，不僅可以降低橋面鋪裝層維修難度，還能縮短養生時間，完全符合早期開發交通相關需求。

4 水性環氧樹脂混凝土抗滲性能試驗

4.1 試驗原理

試驗中，結合普通混凝土耐久性能測試相關標準和要求，將試件的長、寬、高統一設置為150 mm，將試件的試驗齡期設置為29 d，并將混凝土滲透儀最大加壓值設置為5 MPa，在試驗期間，通過安裝和使用6個試件。在進行試驗期間，需要將加壓時間設置為8 h以上。

4.2 試驗結果與分析

通過將水性環氧樹脂適當地滲入到混凝土中，可以確保混凝土表現出較高的抗滲性能，當水性環氧樹脂滲入量不斷增加時，混凝土抗滲性能會變得越來越高。水性環氧樹脂混凝土抗滲性能試驗結果如表3所示。

從表3中的數據可以看出，通過將水性環氧樹脂滲入到混凝土中，不僅可以延長混凝土抗滲時間，還能最大限度地提高混凝土耐水壓力。

5 工程案例

5.1 橋梁加固改進設計

某橋梁工程，橋面整個較寬，凈寬度為（-91+2.1×1.6）m，所設計的車輛載荷為汽車-20級。該橋原采用的鋪裝方式為普通混凝土鋪裝方式，其設計厚度最小值為5 cm，最大值為9 cm；實際平均厚度最小值為4 cm，最大值為6 cm。整個橋面鋪裝層在實際施工期間，主要運用了連續鋪裝結構模式［6］，將一組鋪裝結構的長度設置為121 m，全橋3處位置出現縮縫問題，為了避免出現溫縮應力現象，需要切縫處理橋面鋪裝層表面，并將縫間距設置為14 m。當大量超載車頻繁地經過該橋時，會導致整個橋梁處于超負荷工作狀態，導致橋面鋪裝層出現縱向裂縫、橫向裂縫、局部損壞等問題，其中，橫向裂縫問題最為嚴重，其裂縫相對較寬，其寬度達到4 mm。

5.2 破損原因分析

通過分析橋梁局部破壞、橫向裂縫、縱向裂縫等問題，發現破損部位集中出現于負彎矩區，這是由于橋面在車輛荷載影響下，出現明顯負彎矩問題，從而導致橋面拉應力相對較高，遠遠超過混凝土抗拉強度。通過分析橋梁結構，不難發現，大量橫隔板主要出現與縱向翼板之間，并在車輛超載的影響下，翼板交接處會出現明顯豎向變形問題［7］，造成橋面鋪裝層由于受到較大的拉力而出現裂縫現象。另外，伸縮縫鋪裝層在車輛超載的影響下，整個梁端出現一系列轉動現象，導致橋面鋪裝層出現被拉裂現象。在正式進行橋面鋪裝前，一旦橋面板處理不夠規范和徹底［8］，會導致橋面板與鋪裝層出現夾層問題，從而降低橋面鋪裝層與墻面板的粘結力，進而增加兩者之間的脫離風險，這無疑破壞了橋面鋪裝層結構。

5.3 修補方法

G324線某立交橋工程在實際施工期間，經常會出現橋面鋪裝層破壞問題，出現這一問題的根本原因是橋面應力相對較高，遠遠超過橋面抗拉強度。所以，為了提高橋面使用效果，實現對橋面鋪裝層使用壽命的有效延長，需要運用水性環氧樹脂，對橋面鋪裝層裂縫處進行灌縫處理，從而起到封閉裂縫的作用，并將該樹脂材料摻入到混凝土中，對橋面破損部位進行修補［9］。所用到材料主要包含以下2種：水性環氧樹脂和DFG-88固化劑，二者之間的質量比為4∶1。破損部位修補材料配合比如表4所示。

5.4 施工工藝改進

5.4.1 裂縫部位施工工藝

裂縫部位施工工藝步驟如下：（1）清掃處理橋面裂縫處，確保裂縫處始終保持干凈，并使用吹風機，吹干凈裂縫處的粉塵。（2）將盛裝水性環氧樹脂和DFG-88固化劑的桶進行倒轉處理，并對其進行充分攪拌，使得沉淀于底部的試劑與桶內溶液混合均勻［10］。（3）將水性環氧樹脂與DFG-88固化劑之間重量比控制為10∶3，并將這2種物質進行充分混合，使其混合均勻。在進行初次澆淋期間，要將水性環氧樹脂與DFG-88固化劑之間的質量比設置為20∶3。（4）將該水性環氧樹脂均勻地澆淋在橋面鋪裝層裂縫處［11］，并將澆淋時間控制為20 min，確保該裂縫處完全飽滿為止。

5.4.2 破損部位施工工藝

破損部位施工工藝操作流程如下：（1）對橋面鋪裝層破損部位通常會出現大量的雜質，需要相關人員對其清除，同時，還要使用灌漿料［12］，封填處理橋面現澆層裂縫。（2）在進行鑿除期間，需要將橋面混凝土的澆層厚度設置為3 cm，當露出混凝土后，需要使用膠粘劑對混凝土表面進行涂刷處理。（3）在對混凝土鋪裝層進行澆筑期間，要利用振搗板，對其進行振搗處理，使其達到完全密實狀態［13-19］。

6 結語

（1）水性環氧樹脂作為一種常見聚合物，具有親水性強，流動性高等特點，該樹脂材料在實際應用中，可以沿著橋面鋪裝層內部裂縫快速滲入到裂縫的底部；

（2）水性環氧樹脂表現出一定的粘接強度，通過將其與DFG-88固化劑進行混合使用，可以快速還原環氧樹脂固化物，并封閉處理橋面鋪裝層內裂縫，避免大量水分直接滲入到裂縫內，從而實現對橋梁結構的有效保護；

（3）通過將適量的水性環氧樹脂摻入到混凝土中，可以確保混凝土表現較高的粘接性能和抗滲透性能，確保修補處理后的坑槽與其他完整部位形成統一整體，橋梁即使受到車載負荷影響，也不會出現應力集中現象。

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收稿日期：2023-06-10；修回日期：2023-10-12

作者簡介：盧蘭華（1972-），女，碩士，高級工程師，研究方向：土木工程；E-mail：18954190662@163.com。

引文格式：盧蘭華，浦建民，張洪瑞，等.

水性環氧樹脂在橋梁加固修補實踐中的創新研究［J］.粘接，2023，50（11）：22-25.