環氧樹脂膠粘劑對混凝土裂縫修復性能的影響研究

摘 要：研究使用環氧樹脂膠粘劑修復混凝土裂縫問題，分析環氧樹脂膠粘劑對于混凝土結構力學性能的影響，使用丁腈橡膠改性環氧樹脂，增加環氧樹脂韌性，并與稀釋劑、固化劑混合制備修復混凝土的環氧樹脂，將該環氧樹脂灌注在預制裂縫的混凝土試件中，通過萬能試驗機等設備測試修復前后試件的抗壓、抗折強度變化，并驗證丁腈橡膠用量對于修復效果的影響。結果表明，使用改性環氧樹脂修復混凝土多種形式的裂縫，能夠提升混凝土抗壓、抗折強度的恢復率，降低液體向混凝土入滲的速度，提升混凝土的性能，同時在環氧樹脂中添加丁腈橡膠8 phr能夠提升修復的耐水性。

關鍵詞：環氧樹脂；膠粘劑；混凝土；裂縫修復；性能影響；丁腈橡膠

中圖分類號：

TQ437+.1

文獻標志碼：

A文章編號：

1001-5922（2024）01-0032-04

Study on the effect of epoxy resin adhesive on the repair performance of concrete cracks

WEN Shuping，REN Chaogang，XIAO Yao，ZHANG Wei

（The First Company of China Eighth Engineering Bureau Co.，Ltd.，Jinan 250014，China）

Abstract：The use of epoxy adhesive to repair concrete cracks was studied，and the effect of epoxy adhesive on the mechanical performance of concrete structure was analyzed.Nitrile rubber modified epoxy resin was used to increase the toughness of epoxy resin，and it was mixed with diluent and curing agent to prepare epoxy resin for repairing concrete.The epoxy resin was poured into the precast cracks of concrete specimens，and the compressive and flexural strength changes of the specimens before and after repair were tested by universal testing machine and other equipment，and the effect of nitrile rubber dosage on the repair effect was verified.The results showed that using modified epoxy resin to repair various forms of concrete cracks improved the recovery rate of concrete compressive and flexural strength，reduced the liquid infiltration speed into concrete，and improved the performance of concrete.At the same time，adding 8phr to the epoxy resin could improve the water resistance of the repair.

Key words：epoxy resin;adhesive;concrete; crack repair;performance impact;nitrile butadiene rubber

混凝土在實際工作環境中受到多種因素影響，會出現多種形式的病害，其中最常見的混凝土病害便是裂縫病害，國內外眾多學者通過研究發現混凝土上存在的裂縫不能通過改變材料配比解決，如嘗試使用碳酸鈣修復混凝土［1］；使用記憶合金修復混凝土上的裂縫［2］。環氧樹脂是一種高分子聚合物，會呈現出粘聚狀態或者液態狀態，熱塑性較高，受熱條件下不會出現固化情況，在交聯作用下，才能發生固化［3-4］，而且環氧樹脂欠缺耐熱性與抗疲勞性，需要結合添加劑改變性質提升使用效果［5］。基于此，研究使用環氧樹脂修補混凝土的裂縫，并且通過試驗分析修補方式的效果。

1 材料方法

1.1 材料與儀器設備

實驗選取材料包括環氧樹脂、丁腈橡膠等，具體內容：環氧樹脂，武漢夢琪科技有限公司；丁腈橡膠，廣州厚升新材料有限公司；丁基縮水甘油醚，山東星崎化工科技有限公司；改性脂肪胺LB-B1，江蘇省海安石油化工廠；水泥，臨沂緒銀耐火材料有限公司；粗骨料，信陽市厚普礦業有限責任公司；細骨料，孝義市泰和昌耐磨材料有限公司；硫酸，連云港豐泰生物科技有限公司；氫氧化鈉，河北曠坦化工基團有限公司；氯化鈉，應城市祥發化工有 限責任公司。

1.2 試驗材料制備及混凝土修補

1.2.1 制備環氧樹脂修補材料

制備環氧樹脂修補材料時需要使用3個組分，A組分是增韌劑丁腈橡膠（用量為0、8、16、24 phr）與環氧樹脂基料（用量為100 phr）的混合物；B組分是提升環氧樹脂活性的稀釋劑丁基縮水甘油醚和改性脂肪胺LB-B1（發揮固化作用，用量為25 phr）；C組分是填料硅灰石（用量為200 phr）和稀釋劑丁基縮水甘油醚（用量為5 phr）。

實驗室環境中，把A組分和C組分充分攪拌在一起，確保二者混合足夠均勻后把B組分也加入進去充分混合。清洗模具并保持模具足夠干燥，將充分混合后的3組溶液制備的漿液緩慢傾倒在模具之中并使用玻璃紙包裹，觀察混合漿液中是否存在氣泡，如果出現氣泡使用振動法將這些氣泡去除。混合后的環氧樹脂修補材料需要保持漿液狀態才能注入混凝土的裂縫中，所以將混合后的漿液置于恒溫箱中，保持液體狀態。

1.2.2 使用環氧樹脂修補混凝土裂縫

選擇C30水泥與粗骨料、細骨料和水按照1∶4.14∶2.58∶0.71的比例制備成多個10 cm×10 cm×10 cm的混凝土試件，再利用萬能試驗機對各個試件施加荷載，幫助混凝土形成試驗所需要的裂縫。為使環氧樹脂修復裂縫時能夠更加有力的附著在混凝土上，先使用清水和吹風機清洗裂縫；將上文制備的環氧樹脂漿液放置在配有噴嘴的膠槍之中，噴嘴達到裂縫最寬的位置，根據裂縫深度和方向調整噴嘴方向；為了防止環氧樹脂泄漏，可調整注膠的壓力。注膠完成后抹平縫隙位置的膠體［6-7］。

1.3 性能測試

1.3.1 修復前后抗壓強度變化

試驗過程使用所制備的混凝土試件，利用萬能試驗機測試修補前后混凝土的抗壓強度，同時使用式（1）計算使用環氧樹脂修復之前，存在裂縫混凝土抗壓強度損失率ha：

ha=h-h1/h×100%（1）

式中：h與h1分別表示標準混凝土抗壓強度與裂縫混凝土抗壓強度［8］。使用環氧樹脂修復裂縫混凝土之后養護7 d的抗壓強度利用萬能試驗機測試獲得，根據該測試結果結合式（2）計算混凝土裂縫修復以后的抗壓強度恢復率hb，使得混凝土裂縫的修復效果得到量化［9］：

hb=h0/h×100% （2）

使用以上計算方法同樣能夠獲得修復前后混凝土抗折強度變化以及混凝土抗折損失率與恢復率。

1.3.2 修復前后滲水變化

將不同裂縫的混凝土試件置于平面上，使用PVC管制作滲水裝置，在PVC管中注入紅色液體，用記號筆標注紅色液體在PVC管中的高度，將注入紅色液體的PVC管材置于修復前后混凝土試樣上，使管材中的紅色液體向混凝土滲入，記錄液體滲入的速度和時長。

1.3.3 增韌劑用量對修復效果影響

（1）耐水性能分析。選擇丁腈橡膠的用量分別為0、8、16、24 phr，將這些環氧樹脂置于凍融循環機中，分別凍融循環5、10、15、20、25、30次，統計不同循環次數下不同丁腈橡膠用量制備的環氧樹脂質量變化情況，通過該質量變化情況，確定環氧樹脂修復劑修復混凝土裂縫后的耐水性［10-11］。

（2）耐腐蝕性能分析。將不同丁腈橡膠用量的環氧樹脂分別置于質量分數10%硫酸、質量分數10%氫氧化鈉、質量分數10%氯化鈉溶液中［12］，分析改性后環氧樹脂在酸、堿、鹽環境中的耐腐蝕性能。

2 結果分析

2.1 抗壓強度修復結果

利用萬能試驗機測試修補前后混凝土的強度損失率與強度恢復率變化情況，結果見表1。

由表1可知，未使用制備的環氧樹脂修復混凝土時，隨著混凝土裂縫的增大、加深，混凝土的抗壓強度逐漸降低，說明混凝土的強度遭到破壞。從強度損失率來看，裂縫越深，混凝土強度損失率越高。使用制備的環氧樹脂修復混凝土裂縫以后，相比于未修復狀態，混凝土的抗壓強度出現一個明顯的上升，但是上升趨勢較為緩慢，使用制備的環氧樹脂修復混凝土裂縫以后，強度恢復率出現明顯上升，且混凝土裂縫較大情況下，混凝土的強度恢復率最高，說明使用制備的環氧樹脂修復混凝土裂縫后，混凝土的強度情況得到改善。

2.2 抗折強度修復結果

使用萬能試驗機測試環氧樹脂修復前后的混凝土抗折強度變化，以及抗折強度損失和抗折強度恢復情況，試驗分析結果見表2。

由表2可知，混凝土中存在裂縫，嚴重影響混凝土的抗折強度，裂縫狀態下混凝土的抗折強度隨著裂縫加深逐漸降低，當裂縫深度為6 cm時，混凝土失去抗折強度，由此看出，較深混凝土裂縫對于混凝土抗折強度造成嚴重影響。使用制備的環氧樹脂修復混凝土，能夠適當恢復混凝土的抗折強度，裂縫越大越深，環氧樹脂修復混凝土抗折強度效果越好。

2.3 滲水情況修復效果

混凝土發生滲水，將嚴重影響混凝土的性能，因此通過簡易滲水試驗，分析使用制備環氧樹脂修復大裂縫混凝土和小裂縫混凝土，修復前后的滲水變化情況。試驗分析結果見圖1。

圖1中大裂縫為1 mm寬6 cm深；小裂縫為0.5 mm，寬2 mm深。從圖1（a）看出，未修復裂縫時，水分向混凝土入滲，試驗10 h時，液面高度低于10 cm，使用制備的環氧樹脂修復混凝土上的小裂縫之后，經過12 h，保持一個穩定的入滲狀態，說明使用制備的環氧樹脂修復混凝土的小裂縫，能夠阻止水分大量向混凝土內部滲入。圖1（b）的混凝土裂縫較大，如果不修復裂縫，僅需要6 h，試驗樣品的紅色液體就完全滲入到混凝土之中，而使用制備的環氧樹脂修補混凝土上的大裂縫以后，經過12 h液體才完全入滲，說明該修復效果較好。

2.4 凍融循環影響下修復材料耐水性

通過試驗分析凍融循環影響下環氧樹脂中丁腈橡膠用量對該修補材料耐水性的影響，結果見圖2。

從圖2能夠看出，增加丁腈橡膠的用量會使環氧樹脂的質量保持上升趨勢，且隨著凍融循環次數增加，環氧樹脂的質量呈現上升變化。丁腈橡膠的用量不足8 phr時，環氧樹脂質量變化較為平穩，但是丁腈橡膠的用量超過8 phr時，環氧樹脂的質量大幅度增加。從圖2試驗結果可以確定，少量使用丁腈橡膠（8 phr）能夠提升凍融循環作用下，環氧樹脂修補劑的耐水性，使得環氧樹脂在修補混凝土的裂縫時具有更加良好的耐水效果。

2.5 修復材料耐腐蝕性

使用多種腐蝕性溶液處理不同用量的丁腈橡膠改性環氧樹脂，統計各個試驗樣品的耐腐蝕性能，試驗結果見圖3。

由圖3可知，丁腈橡膠改性后的環氧樹脂經過硫酸溶液處理后，質量呈現出上升趨勢，這種變化體現出改性后的環氧樹脂耐酸腐蝕性能較差。經過堿性溶液處理后，改性環氧樹脂的質量增加率明顯低于酸性溶液處理后的結果，且隨著丁腈橡膠添加量增加，環氧樹脂在堿性環境中的質量出現小幅度上升，說明改性后的環氧樹脂耐堿腐蝕性能較好。經過鹽性溶液處理后，改性環氧樹脂的質量出現一個較小幅度的下降，且丁腈橡膠用量為24 phr時，環氧樹脂的質量損失出現一個小幅度下降，說明改性后的環氧樹脂具有較好的耐鹽腐蝕性能。

3 結語

研究設計了一種環氧樹脂膠粘劑修復混凝土上的裂縫，并且通過儀器設備驗證修復的效果。經過分析發現，使用環氧樹脂修復混凝土上的裂縫，尤其針對較大裂縫，能夠具有良好的修復效果，可提升混凝土的力學性能，而且使用環氧樹脂的縫隙不易于水體入滲。由于環氧樹脂使用丁腈橡膠改性，韌度得到改善，耐水性與耐腐蝕性均得到提升。使用制備的環氧樹脂修復混凝土裂縫能夠獲得較為理想的修復效果，可在一定程度上延長混凝土的使用壽命。

【參考文獻】

［1］ 呂亞男，卿龍邦，曹國瑞.粗骨料含量對環氧樹脂修復混凝土斷裂性能的影響［J］.水力發電學報，2022，41（4）：113-120.

［2］ 尹國林，呂偉榮，盧倍嶸，等.受彎構件經環氧注漿裂縫修補受力性能研究［J］.建筑結構，2021，51（11）：136-140.

［3］ 唐永鑫，聶立武.環氧樹脂摻量對發光樹脂透水混凝土性能的影響［J］.應用化學，2022，39（11）：1665-1671.

［4］ 馮李，劉戎韜，田甜，等.低溫環境下低黏度裂縫修復環氧膠粘劑的研究［J］.熱固性樹脂，2022，37（1）：12-15.

［5］ 林春紅，溫建峰，彭建偉，等.膠囊化吸水樹脂對水性環氧樹脂灌漿料的改性研究［J］.新型建筑材料，2022，49（7）：151-155.

［6］ 趙靜，王昳昀，孫慧斌.環氧樹脂對透水混凝土的力學性能和滲透性能的影響研究［J］.功能材料，2022，53（9）：9080-9084.

［7］ 戴煜倫，謝春燕，符超，等.不同載體載入微生物對混凝土修復性能的影響研究［J］.西南師范大學學報（自然科學版），2021，46（12）：95-100.

［1］ 易丹，楊國軍.低溫微生物誘導碳酸鈣沉積及其在混凝土裂縫修復中的應用研究［J］.硅酸鹽通報，2022，41（3）：959-968.

［2］ 張亞楠，李軍超，王慶菲，等.SMA智能混凝土材料裂縫監測與修復機理和試驗研究［J］.固體力學學報，2020，41（2）：170-181.

［3］ 王信剛，李玉潔，周鎮.環氧樹脂修復水泥基材料離散微裂縫的滲透動力學研究［J］.硅酸鹽通報，2021，40（7）：2184-2190.

［4］ 李爭，李宏亮，孫晉明.高性能環氧樹脂透水混凝土的制備及其性能研究［J］.功能材料，2022，53（9）：9231-9236.

［5］ 魯湞湞，何楊，王杰，等.環氧樹脂/SiO2涂層混凝土表面主動抗凝冰性及除冰性能研究［J］.表面技術，2020，49（6）：169-175.

［6］ 喬宏霞，楊博，路承功，等.環氧樹脂涂層對氯氧鎂水泥砼中鋼筋抗腐蝕性試驗［J］.材料科學與工程學報，2020，38（3）：403-408.

［7］ 蔣夢雅，閔召輝，劉頎楠，等.橋面鋪裝用環氧樹脂瀝青混凝土細微觀結構的低溫性能研究［J］.公路工程，2021，46（1）：81-87.

［8］ 田耀剛，蔣靜，趙成，等.水性環氧樹脂改性高早強快速修補砂漿性能研究［J］.公路，2021，66（2）：259-264.

［8］ 田園，姚星旭.不同載體對于微生物礦化修復混凝土裂縫效果的研究進展［J］.粘接，2022，49（4）：98-101.

［9］ 肖智安.橋梁填料工藝下的橋梁加固用環氧樹脂膠粘劑性能研究［J］.粘接，2021，47（7）：26-28.

［10］ 李瑞.混凝土建筑材料中高彈性環氧基裂縫修補材料的應用分析［J］.粘接，2020，41（1）：107-110.

［11］ 張渺.環氧樹脂膠粘劑在鋼結構施工中的現場配置及使用［J］.粘接，2022，49（5）：40-43.

［12］ 肖智安.橋梁填料工藝下的橋梁加固用環氧樹脂膠粘劑性能研究［J］.粘接，2021，47（7）：26-28.