环氧树脂混凝土的综合运用研究

环氧树脂混凝土的综合运用研究

甘代勇，熊飞，贾敦麟

四川鼎能路桥工程有限公司  四川省宜宾市 644000

摘要：近年来基础设施维护逐年提高，公路设施养护市场将越来越庞大。混凝土及钢筋混凝土结构的维修改造问题都越来越重视，特别是隧道、桥梁经过多年的使用，大多数都会有不同程度的损坏，因道路通行时间的紧迫性和隧道、桥梁的特殊性，需要使用一种高强快凝混凝土进行维护和修补加固，环氧树脂混凝土就是该领域的重要材料。因此，环氧树脂混凝土有很好的应用价值，是以后主要的建筑材料之一，具有广阔的发展前景。

关键词：公路设施养护；修补加固；环氧树脂混凝土

1项目研究背景

溪洛渡水电站对外交通辅助道路于2006年建成通车。该段道路沿江而建，为溪洛渡水电站建设物资、设备、人员进场及沿线居民的正常出行提供了有力保障。由于长期的超负荷运行和交通量的迅速增长，投入运行了15年的溪洛渡水电站对外交通辅助道路出行了诸多病害。如隧道洞门及拱、墙衬砌裂缝、渗水等病害进行处治。桥梁结构裂缝，混凝土破损露筋，蜂窝麻面，混凝土结构渗水，桥面铺装局部破损，伸缩缝变形损坏，支座变形损坏。

2研究内容及目标

环氧树脂是一种含环氧基的高分子聚合物，由环氧氯丙烷和二酚基丙烷在碱的作用下缩聚而成的一种液体树脂。环氧树脂是一种线性结构的热塑性聚合物材料，高温加热为塑状，自身不会变硬固化；但掺入一定数量的硬化剂后，经常温放置或高温加热处理后，与固化剂发生交联固化反应，变成不溶于水的网状结构聚合物，性能由热塑性变为热固性。固化后显出化学稳定性好、结力大、强度高以及粘收缩性小等特点。

环氧树脂混凝土纯聚合物混凝土预制构件，包括各种预制管件、预制地面排水盖板、窨井盖、路缘石、装饰隔墙。现阶段，环氧树脂混凝土聚合物材料的研究主要有两方面：①环氧树脂混凝土性能指标的研究。在不同环境因素下的环氧树脂混凝土聚合物的耐化学腐蚀性、抗冻性、收缩性、耐火性、阻尼性能等各项指标性能的研究；②环氧树脂混凝土级配范围的研究。在不同设计强度要求下各材料组成的分级配研究，树脂混凝土聚合物中矿物质材料的添加研究和骨料粒度的分布研究。

3技术方案制定

3.1环氧树脂混凝土原材料技术要求

环氧树脂混凝土主要是以环氧树脂为结胶材料，由砂、石作为混合料骨料。是比较常见的聚合物混凝土。

骨料：由细骨料粒径2.5mm~5.0mm砂，粗骨料粒径10mm~20mm碎石组成。骨料的强度越高，环氧树脂混凝土的强度随之越高。骨料含水率控制在0.48%以下,胶结料含量控制在的0.28%以下，骨料中不得有存在危害环氧树脂反应的杂质。

环氧树脂：其用量与骨料的空隙率大小相关联，空隙率越小，树脂的用量就越少，成本就越低，反之越大。实践中，为降低工程成本，减少环氧树脂的用量，通常在环氧树脂混凝土中掺用填充料。填充料为粒径1~30um的惰性材料（石灰石粉、滑石粉、硅石粉、粉煤灰）。

外加剂：主要有增韧剂、固化剂、稀释剂。

3.2选用胶结材料

①环氧树脂是一种普遍的合成树脂。具有良好的粘结性能，较好的腐蚀性和耐热性，固化后收缩率底、工艺性能优良。

②EP树脂固化剂具有粘接强度大、切性好、无臭、无赤、常温固化，48小时达最佳强度，使用时用量按重量比，固化剂：环氧树脂(0.5~1) ：1其中胶类化含物最为常用。

③环氧树脂稀释剂常用的有乙醇、丙酮、环乙酮、正丁醇、乙甲基等，两种非活性稀释剂可以混合使用。

④增韧剂固化后较脆，抗弯强度、抗冲击强度及耐热性能较差。需添加增韧剂和增塑剂增加树脂的可塑性，以提高抗弯、抗冲击强度。

4项目实施情况

4.1隧道裂缝病害处理

具体方法步骤如下：

①采取小型切割机切除裂缝（宽5cm,深度3cm）的沟槽，开槽长度向外延伸1m。

②用高压枪吹净或者用钢丝刷清扫裂缝内浮尘后，每隔0.5~0.8m设置一根注浆管，用环氧树脂砂浆嵌补沟槽并固定注浆管，待凝固后，压注环氧树脂浆液，注浆压力为0.2~0.5MPa。

4.2桥梁病害处理

①混凝土裂缝处理。对非结构性裂缝及裂缝宽度在设计允许范围内的结构性裂缝，根据加固规范：裂缝宽度＜0.15mm时采用表面封闭法修补，涂刷专用环氧树脂胶进行封闭；裂缝宽度≥0.15mm时，采用压力注浆法修补。经修补后，使结构恢复其刚度、整体性和耐久性。

②施工工艺流程及操作要点。施工前利用桥梁检测车将作业人员（系好安全带）送至桥底端对裂缝进行全面的检查，现场核实裂缝数量、宽度、长度等，对裂缝进行编号，做好施工记录，并绘制裂缝分布平面图。首先在裂缝上方切割V形槽，宽约0.5~2cm，深约1cm，槽面平整。其次，用钢丝刷清理缝内残渣，吹净灰砂，干燥混凝土的表面，保持槽内无残渣。最后在裂缝四周涂上一层环氧树脂浆液并嵌入环氧树脂砂浆刮平。

③裂缝压力注浆施工。

用钢丝刷沿清理表面混凝土的杂质残渣，用略潮湿抹布清除表面灰尘，并彻底晾干，等其充分干燥。       

粘结注浆嘴，密封裂缝。

将搅拌均匀的封口胶，注入注浆嘴底面的四边，压紧底座。

注浆嘴间距300~400mm沿缝走向布置，在裂缝分岔处、端部、裂缝较宽处均应设注浆嘴。每条裂缝应至少布置一个注浆嘴、出浆嘴、排气嘴。在注浆前进行试漏，逐一加压检查注浆嘴的连通和裂缝封闭效果。

压力注浆：在规定操作温度下进行，裂缝压注施工顺序：竖向裂缝必须自下而上，平缝可由一端向另一端逐一进行。注浆压力控制在0.3MPa左右，当速度小于0.1L/min时，继续灌注5min，无异常停止注浆。缝隙全部注满后立即进行养护，待灌缝环氧树脂胶液固化后，拆除注浆嘴及配套设施，对混凝土表面进行修整，以达到设计要求。检查注入材料的硬化程度可直接用手触模检查，硬化后直接除去注浆嘴。检查灌注环氧树脂胶的效果应在7d固化期后采用超声波探测或者钻芯取样的方法检验。

④混凝土表层病害施工。本项目采用环氧树脂聚合物砂浆或环氧树脂聚合物混凝土对破损锈胀区域进行修补。修补主要方法：施工前对病害混凝土表面进行清理、凿除。对蜂窝、麻面、网裂等一些浅表面的混凝土病害，用环氧树脂聚合物砂浆修补。对孔洞及破损深度超过6cm的深层疏松区用环氧树脂聚合物混凝土修补。对泛碱区域，先清除泛碱物，再用环氧树脂聚合物砂浆修补平整，最后涂刷表面防水剂，以隔断外界水与结构混凝土的接触，起到保护作用。

工艺流程。清理原砼面疏松砂浆→钢筋清理→基面湿润→混凝土界面处理→环氧砂浆修补施工→养护。

5主要研究完成情况

5.1通过对溪洛渡宜宾境内专用公路整治工程项目隧道桥梁等病害修复，经试验确定了环氧树脂混凝土的施工配合比，了解了环氧树脂的基本特性。其抗弯、抗拉强度可达250~400MPa，抗压强度可达180MPa，吸水率小，与其它聚合物材料比，有较高的粘合力。耐久性好，具有良好的耐水性及耐化学腐蚀性。操作简单，维修方便。

5.2通过溪洛渡宜宾境内专用公路整治工程项目实际应用和试验，获得的数据进行扩展分析，在公路工程中的适用范围和施工注意事项如下：

①环氧树脂是一种无定形的粘稠液体物质，加热时变软，逐渐熔化且粘度随之变大，不溶于水。在环氧树脂内加入一定量的固化剂时，在常温下能配制出正常固化的环氧树脂聚合物砂浆和环氧树脂聚合物混凝土，反应凝固后具有可使用的物理力学性能。根据现场实际使用的条件和要求不同，在环氧树脂聚合物砂浆配制过程中还可以加入适当比例的填料和增塑剂，使得环氧树脂聚合物混凝土具有良好的强度、粘结力、耐腐蚀、防水、和易性等性能。利用环氧树脂混凝土的这些特性，可用来修补混凝土裂缝、桥梁伸缩缝等钢筋混凝土结构物。

②每次配置环氧树脂材料的数量，应根据现场实际施工能力来计算确定。通常环氧树脂材料为2~4kg,现场使用时间控制在1小时内，并应尽可能做到随用随配。

    ③环氧树脂混凝土一般养护温度以25℃±2℃为宜，养护时间一般为3天，养护期间用薄膜覆盖，夏季施工采取盖板遮挡避免阳光直接照射。

④环氧树脂材料属于易于挥发物质，且对人体有害。在施工时，操作人员要穿戴好防护用品，避免吸入有害气体造成身体伤害，同时配备防火设施，要严格注意防火。在搅拌环氧树脂后，必须将搅拌工具上的残留物清理干净，否则再次拌和会产生化学反应。

⑤环氧树脂混凝土施工时稠度较大，严禁直接用水将其稀释，否则会降低环氧树脂混凝土强度，以致于无法满足设计强度。在施工前，务必将原有混凝土表面凿毛并清洗干净，确保其表面没有浮土、残渣、油污并保持表面干燥。

　  ⑥拌合好的环氧树脂混凝土在加入掺和剂后，务必在40分钟内用完，超时未用的应予以废弃。

⑦环氧树脂混凝土严禁在下雨天进行施工。冬季施工时，环氧树脂混凝土的温度不得低于5℃，空气相对湿度不大于80%。

⑧环氧树脂和固化剂掺和后的反应是放热反应，拌合配制时数量不宜过大，每次配制根据实际施工方量确定，随配随用，确保在初凝前完成。

6项目实施效果

6.1项目创新点

环氧混凝土属于新型建筑材料，尚未在公路工程中进行大面积的普及使用。通过具体实施发现其具有良好的应用前景，本项目通过试验总结其性能数据，实现精准应用控制。为攻克一些项目的技术难关提供一个可行的技术方案。

6.2项目取得成果

获得了环氧混凝土的配合比数据。

获得了公路工程适用配合比的环氧混凝土的抗压强度、凝结时间数据。

6.3经济性分析

环氧树脂混凝土的使用成本高，性能优异，在某些特定场合下使用环氧树脂混凝土具有良好的经济技术效果。特别是其较高的强度、较好的抗渗性、较好的耐腐蚀性及较好的耐磨性，适用于隧道衬砌裂缝修补、桥面裂缝修复、钢筋混凝土结构物缺陷修复等。

7结论

环氧树脂混凝土具有耐磨、耐水、高强度、高韧性、高抗冲击、良好的耐化学腐蚀和抗冻性能。凝固成型后的环氧树脂混凝土对周围环境都有较强的抵抗能力。

环氧树脂混凝土强度拌合成型后所需的时间较短，早期强度较高，特别适用于各种水泥混凝土路面的修复、公路桥梁工程、飞机跑道、混凝土结构物裂缝的加固补强，或隧道工程的防渗、堵漏、灌浆等，具有快速开发交通、节约工程成本等优点。

环氧树脂混凝土利用其强度高、粘结力大、化学稳定性好等优良的性能在建筑结构加固补强中大量应用。

参考文献

[1]秦海兰，朱芳之，吴剑.环氧树脂混凝土的研究现状和工程应用.焦作工学院学报（自然科学版）,2003

[2]童伟伟.环氧树脂混凝土加固低强度混凝土结构应用研究.四川水泥，2019

[3]公路养护技术规范JTG H10-2009