环氧树脂的混凝土结构应用

混凝土 2010-05-13

　　混凝土及钢筋混凝土结构虽以经久耐用而著称，但其在使用过程中也常因各种因素(包括设计施工因素)而遭受不同程度的损伤，影响其使用寿命。因此近年来各国对已有混凝土及钢筋混凝土结构的评价鉴定和维修改造问题都越来越重视。各种建筑物及构筑物经过多年的使用多数都会有不同程度损坏，需要进行维护和修补。

　　以环氧树脂制成的环氧胶性能优越，改性途径较多，近年来发展较快。中国环氧树脂行业协会专家说，这多用于混凝土构件的粘接和修补、桥梁工程、飞机跑道、公路修造、混凝土结构裂缝补强加固或防渗堵漏灌浆等领域。

　　一、混凝土构件的粘接和修补

　　1、新旧混凝土的粘接

　　传统的新旧混凝土接槎方法是先在清洗好的槎口上浇一层稀砂浆，紧跟着浇灌新混凝土。该方法粘接度低、防水性差。为了获得高强度的粘接，在混凝土槎口上涂敷环氧胶粘剂是目前较为流行的方法。

　　新旧混凝土的粘结难点是胶粘剂必须同含水率较高的新混凝土接触。通过选用不溶于水的聚酰胺、多元芳香胺及潜性脂肪胺固化的环氧胶粘剂粘接潮湿混凝土可获得满意效果。此外，环氧胶粘剂如用煤焦沥青改性并掺入适量吸水材料，如石棉纤维和氧化钙等，则在潮湿介质中也有很好的效果。

　　2、混凝土构配件的粘接混凝土构件粘接一般用环氧树脂胶进行。粘接的两表面要尽量平整配合。通过配方的调节可以满足冬季和夏季的不同施工要求。冬季用可掺人胺基催化剂，夏季用可掺入氨基酚附加剂。中国环氧树脂行业协会专家表示，当建筑物混凝土表面受到腐蚀、碳化，表面出现缺损或裂缝时，可用聚合物砂浆修补，一般选用环氧砂浆。施工时，缺损或裂缝处首先除去尘土和疏松物，在用布擦干净，把配制好的聚合物砂浆填塞于修补处，按平压实即可。

　　二、桥梁工程中的应用

　　桥梁是忍受应力很大的土木工程。大量的预应力钢筋混凝土用于桥梁的制造。为了防止桥基下相邻的预应力钢筋混凝土将由于长期的振动而产生间隙，往往采用压缩强度较高的胶粘剂进行粘接使其成为整体。一般都是用较高初期胶粘强度的环氧树脂胶施工。在桥面与桥墩的混凝土连接处产生裂缝时，也可以用低黏度的环氧树脂胶进行注入式修补。

　　三、飞机跑道、公路修造

　　飞机跑道要求耐磨，耐冲击，一般可将环氧树脂或适量增塑剂拌入水泥浆料中铺制路面，这样的跑道具有高度的耐磨、耐冲击效果。中国环氧树脂行业协会(www.epoxy-e.cn)专家表示，道路尤其是高速公路的耐磨要求也是相当高的。路面上以及道路接缝处，特别是在雨天，防止汽车在急转弯处打滑非常重要。可采用高性能的环氧树脂胶粘剂与表面较硬的粗骨料配合制成防滑粘合层，涂敷在车辆急转弯的显要位置及接缝上，能有效地解决这个问题。

　　四、混凝土结构的补强

　　1、混凝土结构的损伤及其特征

　　引起钢筋混凝土结构损坏的原因有多种，既有结构设计、施工方面的原因，又有原材料及结构使用环境方面的原因。中国环氧树脂行业协会专家简要归纳结构损伤原因，如果按混凝土及钢筋混凝土结构损坏的特征加以归纳分类，则可分为以下几种。

　　(1)表面损坏因环境作用、热化学作用及机械作用等引起的混凝土表层风化、剥落、起鼓及集料外露等缺陷。

　　(2)开裂混凝土结构因收缩及温度应力、碱集料反应、火灾、地震，不均匀沉降等引起的各种裂缝。这种缺陷在混凝土结构中是比较普遍的。

　　(3)断面损伤因混凝土强度不足或因环境作用及疲劳应力等引起混凝土强度下降，导致结构断面受损。

　　(4)挠度增大因结构刚度不足或混凝土徐变变形，因此结构挠度增大。[Page]

　　2、混凝土结构的修补方法

　　混凝土结构的修补方法依其损伤类型来分，主要有裂缝修补法、表面修补法、断面修补法及结构的加固补强法。有时也需综合采用上述各种修补法。在结构修补之前一般应先进行调查并进行修补设计，其内容包括：

　　(1)根据调查结果分析混凝土结构受损坏的原因，确定受损程度及修补范围与工作量；

　　(2)明确修补目的，如防止渗漏水，恢复结构外观质量以及提高结构承载力与耐久性等。

　　(3)根据混凝土结构受损程度及修补目的与要求选择合理的修补方法与修补材料；

　　(4)选定修补工具：

　　(5)设计或选用修补加固工程用的脚手架；

　　(6)选定必要的安全设施；

　　(7)确定施工工期及施工人员数量；

　　(8)完成工程概预算。

　　3、混凝土裂缝修补方法

　　裂缝是混凝土结构最常见的缺陷，依其产生的原因可分为以下几种类型。选择裂缝修补方法时应考虑裂缝的类型及尺寸。

　　(1)表面密封法。此法适于修补不再发展的宽度小于0.2mm的细裂缝。可依据结构的使用要求选择适宜的表面涂敷材料。这种表面涂敷材料必须具有密封性、不透水性和耐碱性、耐候性，其收缩膨胀性应该与被修补的混凝土相近。常选用低黏度的环氧树脂液涂敷或用玻璃纤维布增强。如果裂缝有可能发展或对结构有一定防水要求时可选用焦油环氧树脂(主要是应用其弹性达到可伸缩目的)。中国环氧树脂行业协会专家指出说，当裂缝间距较小分布比较集中时，则应大面涂敷修补；当裂缝渗水或漏水，不能用环氧树脂涂敷材料时，还可考虑用快速硬化水泥浆或其他水硬性粘结料。在进行表面密封修补前应用钢丝刷将混凝土表面打毛，并用水清洗干净。混凝土表面的气孔应该用环氧树脂胶泥予以找平。表面密封法施工简单，即可涂敷，也可喷涂，但该法受气候影响较大。

　　(2)充填法此法多用来修补水平面上的较宽裂缝(δ>0.3mm)。根据裂缝的情况可以直接向缝内灌入不同黏度的环氧树脂胶泥。如裂缝宽度较小，使用低黏度环氧树脂胶泥；裂缝宽度较大时，则宜使用砂、粉填料较多的环氧树脂胶泥。宽度小于0.3mm的裂缝则应开成V形或U形的槽口，然后清除掉浮灰。必要时先涂刷一层界面处理剂或低黏度环氧树脂液，以增加环氧树脂胶泥与混凝土的粘结力。此法适于修补楼板、桥面板及混凝土路面等。如用该法修补墙板、顶板时则应增大环氧树脂胶泥的黏度。这种方法也比较简单，不需专门施工机具。

　　(3)注浆法此法是用于修补较深的裂缝。根据注浆时压力与速度可分为高压快速注浆法和低压慢速注浆法。前者适于以电动泵注浆，此时注浆压力可达2MPa；后者适于以手动泵注浆，其压力为0.4MPa。依注浆时是否设注浆管又分为有管注浆法及无管注浆法。多数情况都使用有管注浆法。

　　采用有管注浆法时，在裂缝修补之前首先要沿裂缝以10～30cm的间距设置注浆管，然后将裂缝的其他部位用胶粘带予以密封，以防漏浆。注浆管有带垫圈的与无垫圈的，前者用于不开V形槽的裂缝注浆，后者则适用于开V形槽的宽裂缝注浆。

　　五、应用举例

　　环氧树脂作为灌浆材料，初见于20世纪50年代末期。由于它具有防水、防潮、耐腐蚀、耐寒、耐热、抗冲击和振动等优良性能，应用范围从混凝土裂缝的补强发展到固结岩体裂缝和油井固砂。尤其对于在潮湿或水下修补建筑物(如铁路隧道、公路隧道、涵洞及地下建筑物、构筑物等)的破损和渗漏部位，对恢复建筑物混凝土的整体性，延长使用寿命和保证安全运行有一定效果。

　　环氧树脂胶粘剂在建筑工业中，能够有效地解决新、旧水泥砂浆层及新、旧混凝土层之间界面粘接问题，以及粘结层表面水、湿度、碱性物质等的影响。中国环氧树脂行业协会专门列举几个工程应用实例，以期能拓展环氧树脂在建筑领域的应用。[Page]

　　实例1：1996年中国科学院广州化学研究所采用弹性环氧化学灌浆材料对珠海某大桥的桥墩承台进行裂缝灌浆补强。承台裂缝最宽约为16mm，最细为0.01mm，呈龟裂状，总长约250m。施工中根据进浆速度调节配方，分别用三种弹性环氧树脂浆液进行灌注，在灌浆过程中可见一些极细的裂缝亦有浆珠冒出。灌浆结束后三天，用Ф150合金钻头钻取混凝土裂缝芯样观察和检查浆材充填情况，发现裂缝充填完整，粘结牢固，混凝土之间的局部间隙也被浆材挤满包裹，裂缝内环氧浆脉连续性较好。经测试，现场粘结的水泥砂浆八字模的粘结强度超过4.0MPa，均为非粘结面破坏。

　　实例2：广州市某大厦三层地下室停车场，混凝土壁厚40～50cm，因在高温季节施工，浇注混凝土温升较高，产生应力裂缝近300多条，大多数缝宽0.2mm以下，采用环氧树脂浆液进行凿槽封缝注浆处理，施工期间经过1996年初的大寒潮，有部位出现新裂缝，但是补过的缝没有发现重新开裂现象。

　　实例3：广州市某大厦，设计采用箱形基础，地板厚2m，分两层浇注，在第二层钢筋已扎好时发现第一层有开裂的缝。直接用针筒将环氧树脂浆液注入缝内。让其自然渗透，直至缝面有浆液冒出为止。一星期后开挖检查，发现浆液能渗透到基础底部。

　　实例4：中铁二局四处对内昆铁路线横江1号大桥、横江2号大桥桥墩裂缝的修补。内昆铁路线横江1号大桥(DKl44+333)1号墩横向裂缝在距承台面2.0m处，呈水平走向，长度6.01m，最大宽度0.3mm，裂缝深度198～291mm；采用环氧树脂浆液灌浆进行修补。而横江2号大桥(D1K165+278)5号墩竖向裂缝，呈竖直走向。长度9.0m，最大宽度0.2mm，裂缝深度23～31mm；由于裂缝较浅，不作灌浆，而采用环氧树脂砂浆进行修补。

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