0　引言

       水性環(huán)氧樹脂是環(huán)氧樹脂經(jīng)乳化后的樹脂材 料。水性環(huán)氧樹脂的優(yōu)點(diǎn)是能真正水性化,它無 氣味、不燃、安全性好,操作性佳。固化后的樹脂 收縮小、硬度高、耐磨性好。除了具有溶劑型環(huán)氧 樹脂的諸多優(yōu)點(diǎn)外,突出優(yōu)勢表現(xiàn)是可在室溫和 潮濕或過濕的環(huán)境中固化,能與水泥、石灰、石膏 等常用的水性膠結(jié)物配合,是橋梁維護(hù)的一種新 材料。

1　水性環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝

1.1　環(huán)氧樹脂水性化的方法

       環(huán)氧樹脂水性化有三種方法:機(jī)械法、化學(xué)改 性法和相反轉(zhuǎn)法。研究中是采用相反轉(zhuǎn)法。水性 環(huán)氧樹脂乳液的生產(chǎn)過程,是在一定高溫高速剪 切作用下將乳化劑和環(huán)氧樹脂混合均勻,隨后緩 慢地向混合體中加入蒸餾水,隨著加水量的增加,整個(gè)體系逐步由油包水向水包油轉(zhuǎn)變,形成均勻 穩(wěn)定的水可稀釋體系。

1.2　乳化劑的制作

     將一定比例的環(huán)氧樹脂E-44和表面活性劑 加入到裝有攪拌器、溫度計(jì)的三頸瓶中,加熱到 90℃,待環(huán)氧樹脂E-44和表面活性劑完全溶解 后停止加熱,加入催化劑。控制反應(yīng)溫度在100℃ 左右反應(yīng)4h,然后加入蒸餾水進(jìn)行溶解稀釋,形成 環(huán)氧樹脂水性乳化劑。

1.3　水性環(huán)氧樹脂乳液的生產(chǎn)

       把環(huán)氧樹脂E-44的乙二醇單乙醚溶液和水 性乳化劑按一定比例攪拌混合均勻,然后加入蒸 餾水直到體系的粘度下降,此時(shí)的環(huán)氧樹脂溶液 將轉(zhuǎn)變?yōu)樗?發(fā)生了相反轉(zhuǎn),再加入適量蒸餾水 稀釋至一定濃度即制得水性環(huán)氧樹脂。表1是水 性環(huán)氧樹脂的各項(xiàng)指標(biāo)。



2　水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的特性

2.1　水性環(huán)氧砂漿特性

在建筑砂漿中摻入不同比例的水性環(huán)氧樹脂,可配制不同用途的水性環(huán)氧砂漿。表2 是不同水性環(huán)氧樹脂摻量下水泥砂漿的應(yīng)用 情況。



2.2　水性環(huán)氧水泥漿液特性

      在橋梁維修加固中,新舊混凝土的粘結(jié)和裂 縫的處理,都必須使用環(huán)氧樹脂漿液。把環(huán)氧樹 脂水性化后,環(huán)氧樹脂既能隨水滲透進(jìn)結(jié)構(gòu)層內(nèi) 形成粘結(jié)力,又能在潮濕的結(jié)構(gòu)層表面粘附與新 的水泥混凝土粘結(jié),形成一個(gè)粘結(jié)連續(xù)體。純的 水性環(huán)氧液還可以對橋面鋪裝層裂縫進(jìn)行封縫處 理,凡是水能到達(dá)的地方,環(huán)氧樹脂都能到達(dá),這 就起到很好的堵水和加固的作用。因此,水性環(huán) 氧水泥漿液應(yīng)用廣泛,表3為水性環(huán)氧水泥漿的 部分特性。



2.3　水性環(huán)氧水泥混凝土特性

      在配制的水泥混凝土中,摻入占水泥重量 10%~25%的水性環(huán)氧樹脂,可配制成早強(qiáng)的水 性環(huán)氧水泥混凝土。其用水量可參考下式計(jì)算: HSC=WC-Cβ(1-α)

式中:HSC—水性環(huán)氧水泥混凝土的用水量;

WC—水泥混凝土的用水量;

C—水泥用量;

β—水性環(huán)氧樹脂占水泥量的百分比;

α—水性環(huán)氧中的固體含量百分比。

在橋梁維護(hù)中,水性環(huán)氧水泥混凝土可用于 橋面坑槽、橋面伸縮縫的應(yīng)急處理,其施工工藝與 水泥混凝土修補(bǔ)工藝完全相同。表4是水性環(huán)氧 水泥混凝土的部分特性。



3　水性環(huán)氧樹脂在橋梁維護(hù)中的實(shí)踐應(yīng)用

        3.1　水性環(huán)氧水泥混凝土固化劑的改進(jìn)與應(yīng)用 應(yīng)用前,在汕尾市公路工程質(zhì)量檢測站中心實(shí)驗(yàn)室做了水性環(huán)氧樹脂混凝土的抗折和抗壓試 驗(yàn),結(jié)果表明,水性環(huán)氧樹脂水泥混凝土(C30)的 早期強(qiáng)度較為理想(3d強(qiáng)度達(dá)到15.2MPa,占齡期 強(qiáng)度的51%),但是后期強(qiáng)度即28d齡期強(qiáng)度不高 (28d強(qiáng)度僅為31MPa),后期強(qiáng)度偏低。

       其原因是:水性環(huán)氧樹脂膠液是在高溫下將 普通的環(huán)氧樹脂乳化,使環(huán)氧樹脂以顆粒或膠體 的形式分散于以水為介質(zhì)的乳液中。使用前需在 膠液中摻入一定量的固化劑,將水中的環(huán)氧樹脂 固化,析出膠液中的水分。因此固化劑的粘聚性 和析水能力很大程度上影響著水性環(huán)氧樹脂膠液 的強(qiáng)度。在試驗(yàn)中選取的是651胺類固化劑,之所 以出現(xiàn)后期強(qiáng)度提高不大的情況,關(guān)鍵在于該類 固化劑沒有將水性環(huán)氧樹脂膠液中的水全部析 出,導(dǎo)致混凝土中殘留少量的水分,增大了水灰 比,影響了后期強(qiáng)度。

      針對上述出現(xiàn)的問題,我們將固化劑進(jìn)行了 調(diào)整,選取新的三類固化劑進(jìn)行對比試驗(yàn),此三類 固化劑分別為:(I)DFN胺類;(II)多乙烯多胺類; (III)脂肪端氨基聚酰胺類。將三類分別加入水性 環(huán)氧樹脂膠液中分別出現(xiàn)下述現(xiàn)象:

      (I)類固化劑加入后,15min后出現(xiàn)水油分層 變色;1h后分層結(jié)束,下部開始變硬,上部為水; 24h后去掉上部的水分,下部為純的環(huán)氧樹脂,強(qiáng) 度達(dá)到4MPa。(II)類固化劑加入后,30min仍為 乳黃色的液體;4h后開始變硬;24h上部有少量的 水析出,強(qiáng)度為2.2MPa。(III)類固化劑加入后, 試驗(yàn)現(xiàn)象基本與(II)類相似,只是強(qiáng)度相對較高, 為2.7MPa。上述現(xiàn)象說明(I)類固化劑固結(jié)效果 最好,它能將水性環(huán)氧樹脂膠液中的水全部析出, 把其中的環(huán)氧樹脂全部還原出來,而多余的水分 可以用水泥去吸收,這樣就解決了強(qiáng)度偏低的缺 點(diǎn)。在摻入該類固化劑的水性環(huán)氧樹脂混凝土抗 壓試驗(yàn)中,試塊3d強(qiáng)度為16.3MPa,28d強(qiáng)度為 43.4MPa,較之651類固化劑有了很大的提高。因 此,在G324線汕尾路段南山立交橋、頭陂大橋的 橋面鋪裝層坑槽修補(bǔ)中采用了摻入DFN胺類固化 劑的水性環(huán)氧樹脂混凝土進(jìn)行修補(bǔ),取得了良好 的效果。

      3.2　利用水性環(huán)氧樹脂配制灌縫漿的應(yīng)用

      課題組在G324線南山立交橋和頭陂大橋橋 面水泥混凝土鋪裝層裂縫灌縫中采用水性環(huán)氧樹 脂與DFN胺類固化劑配制的膠液進(jìn)行灌縫處理。在施工工藝上也做了較大的改進(jìn):

      (1)對于縫隙寬度為1~2mm的裂縫,采用高 壓風(fēng)清縫后,用刷子浸漬該膠液反復(fù)多次涂抹在 裂縫表面,將裂縫封閉,使水不再浸入裂縫,避免 水加速裂縫的擴(kuò)展和腐蝕鋼筋。

      (2)對于縫隙寬度在2~5mm的裂縫,采用自 行研制的擴(kuò)縫機(jī)將裂縫兩邊各擴(kuò)展2cm,再用高壓 風(fēng)清縫,然后反復(fù)多次灌入改性的水性環(huán)氧樹脂 膠液,讓其在自重作用下沿著裂縫的縱深滲入下 去,最后在其表面用摻入一定量的纖維環(huán)氧樹脂 封面。

     (3)對于較深的裂縫,按50cm間距打入灌漿 嘴,把裂縫封口后采用壓漿機(jī)將改性的水性環(huán)氧 樹脂膠液壓入裂縫。

      3.3　利用水性環(huán)氧樹脂配制環(huán)氧砂漿的應(yīng)用 水性環(huán)氧砂漿在公路橋梁中的應(yīng)用,主要是 對舊的橋梁和建筑構(gòu)造物進(jìn)行維修。如結(jié)構(gòu)物   露 筋、暴筋、蜂窩麻面以及局部的破損等處的維修。 它與普通砂漿相比,粘結(jié)力大,防水,施工工藝與 普通砂漿相似,但修補(bǔ)層厚度可以比普通砂漿厚 度薄,修補(bǔ)前不用對舊混凝土用水沖洗或濕潤。 對舊橋因鋼筋銹蝕混凝土脹裂的維修工藝如下:鑿除混凝土表面的碎片,用打磨機(jī)對混凝土表 面和銹蝕鋼筋進(jìn)行打磨,用環(huán)氧樹脂漿對鋼筋進(jìn) 行防護(hù),用水性環(huán)氧砂漿對鑿開的混凝土表面進(jìn) 行補(bǔ)平。修補(bǔ)過后無需對新補(bǔ)砂漿做特殊的養(yǎng) 護(hù)。

      S241線汕尾段赤崗橋和東北橋均為水泥鋼筋混凝土矩形板橋,主要的病害是:橋面板底蜂窩較多,橋面板底下層受力主筋及箍筋銹蝕嚴(yán)重且外 露。考慮這兩座橋的實(shí)際情況,我們采用以下施 工方法:

     (1)在橋底搭設(shè)滿堂式腳手架;

     (2)先將蜂窩處起殼的舊混凝土清除干凈,對外露的銹蝕嚴(yán)重的鋼筋用鋼絲刷進(jìn)行除銹;

     (3)在露筋處焊接豎向鋼筋;

     (4)在豎向鋼筋上加焊橫向的∠20×3的角鋼,作為放置木模板的支架;

     (5)在蜂窩及露筋處涂抹水性環(huán)氧樹脂膠液2 道(水性環(huán)氧樹脂乳液與DFG胺固化劑的重量比 為4∶1);

     (6)將木模板放置于鋼支架上,每塊木模板尺寸為2000mm×500mm。再在木模板上堆放水性 環(huán)氧樹脂砂漿,根據(jù)橋底蜂窩麻面損壞程度,加鋪 的砂漿厚度為3cm;

     (7)在木模板上預(yù)留灌漿孔,將灌漿管先埋入灌漿孔中,灌漿管露出模板1cm;

     (8)將木模板向上頂住橋底,在木模板下用鋼管或者木方支撐。要保證砂漿和橋底沒有孔隙,使砂漿盡可能的粘住橋底;

     (9)待砂漿凝結(jié)達(dá)到28d強(qiáng)度后,用灌漿機(jī)將普通環(huán)氧樹脂乳液灌入孔內(nèi)(普通環(huán)氧樹脂乳液與固化劑的重量比為4∶1);

     (10)灌漿結(jié)束后,用普通環(huán)氧樹脂膠封住灌漿孔。灌漿穩(wěn)定5d后再拆去木模板和下面的支撐。

4　結(jié)論與展望

       水性環(huán)氧乳液是一種新型的建筑材料,由于乳液中的環(huán)氧樹脂含量不高,目前產(chǎn)品多應(yīng)用于建筑外墻涂料。本文通過試驗(yàn),選用與外墻涂料 不同的固化劑,使乳液中的水在DFG胺固化劑的作用下,水與油較徹底地分離,充分發(fā)揮了環(huán)氧樹脂和水泥膠結(jié)材料各自的作用,使其成為橋梁維護(hù)的一種新材料。