鋼筋混凝土電桿修補用環(huán)氧樹脂砂漿的研制

宣文，叢花蕾

（1.江蘇蘇豪建設集團有限公司，江蘇 南京 210012；2.可利亞多元醇(南京)有限公司，江蘇 南京 210047）

0 引言

鋼筋混凝土電桿在制作、運輸、吊裝和運行過程中容易產(chǎn)生各種缺陷，其中最常見的便是裂縫，即使是預應力混凝土電桿也難以避免。 這樣電桿長年經(jīng)受大氣和雨水的侵蝕，尤其低溫時裂縫中的水分凍結(jié)成冰又促使裂縫擴展，在反復凍融下導致了裂縫邊緣的散裂；當水分接近鋼筋以后就會逐漸破壞其四周的堿性保護層，鋼筋便開始銹蝕。 鐵銹體積的膨脹同樣也使裂縫擴大以致散裂，最終將使結(jié)構(gòu)強度減弱，使安全運行受到威脅。 對于存在各種缺陷的電桿，其可以繼續(xù)服役的時間取決于修補方法的可靠性。 本文根據(jù)鋼筋混凝土電桿的裂縫特點，研制環(huán)氧樹脂砂漿修復材料，結(jié)合對環(huán)形混凝土試件的病害檢測，對部分受損在役鋼筋混凝土電桿進行了修補，取得了良好效果。

1 試驗

1.1 原材料

本試驗用膠黏劑為無錫樹脂廠生產(chǎn)的E-51環(huán)氧樹脂，固化劑為江西省西南化工有限公司生產(chǎn)的低分子650 聚酰胺樹脂，兩者的實測密度分別為1.190 g/mL 和0.976 g/mL。 用鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）作增韌劑, 摻加501 活性稀釋劑和KH-550偶聯(lián)劑。所用填料為南京海螺水泥有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5 水泥和經(jīng)沖洗、 烘干、 過篩的粒徑小于0.63 mm 的江砂。

1.2 試驗方法

根據(jù)設定配合比制備環(huán)氧樹脂砂漿并成型相關(guān)試體。 參照 《環(huán)氧樹脂砂漿技術(shù)規(guī)程》D L/ T 5193-2004 測定環(huán)氧砂漿的表觀密度、 固化時間、抗壓強度、抗拉強度、彎曲強度?？箟簭姸葴y定采用40 mm 立方體試體，抗拉強度測定用“8”字形試體，彎曲強度測定用尺寸為40 mm×40 mm×160 mm 的棱柱型試體。 參照《混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范，附錄F：粘結(jié)材料粘合加固材與基材的正拉粘結(jié)強度實驗室測定方法及評價標準》GB 50367-2006 制作環(huán)氧樹脂砂漿與混凝土粘結(jié)強度測試試件，測定環(huán)氧樹脂砂漿與混凝土基體的粘結(jié)性能。 混凝土基材的抗壓強度為46.3 MPa。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 可操作時間

2.1.1 固化劑摻量的影響

表1 是在25 ℃時不同環(huán)氧樹脂： 固化劑質(zhì)量比是粘結(jié)劑的可操作時間。 在一定范圍內(nèi)，隨著固化劑摻量的增大（環(huán)氧樹脂：固化劑質(zhì)量比減?。?，粘結(jié)劑的固化加快，可操作時間縮短。 當固化劑摻量超過一定值后， 會對膠粘劑的力學性能產(chǎn)生不利影響。從表1 結(jié)果看，環(huán)氧樹脂∶固化劑質(zhì)量比在1.1∶1 到1.5∶1 之間時可操作時間都是可取的，從力學性能的角度考慮，以取環(huán)氧樹脂：固化劑質(zhì)量比為1.5∶1 比較合適。

表1 固化劑摻量對操作時間的影響

2.1.2 稀釋劑摻量的影響

稀釋劑可以降低膠黏劑的粘度，增加流動性、流平性、浸潤性，改進施工工藝性能。 表2 是25 ℃時，環(huán)氧樹脂：固化劑質(zhì)量比為1.5∶1 時不同稀釋劑（501 活性稀釋劑）摻量的膠粘劑的可操作時間?？梢钥闯?，稀釋劑可以一定程度延緩固化，延長可操作時間。 試驗結(jié)果表明，摻加環(huán)氧樹脂的15%的501 活性稀釋劑可以使環(huán)氧樹脂砂漿的可操作時間延長1/2 以上，超過1 h。

表2 稀釋劑摻量對操作時間的影響

2.1.3 操作溫度的影響

表3 是摻有環(huán)氧樹脂質(zhì)量的10%的501 活性稀釋劑的不同溫度時環(huán)氧樹脂： 固化劑質(zhì)量比為1.5：1 的膠粘劑的可操作時間。 從表3 中結(jié)果可以看出，溫度對膠粘劑的固化時間影響很大，在夏天溫度較高時，操作時間會縮短，應適當降低固化劑的摻量，而冬天氣溫較低時，固化和強度發(fā)展過慢，應適當提高固化劑摻量或添加固化促進劑。

表3 溫度對可操作時間的影響

2.2 固化強度

2.2.1 固化劑摻量的影響

表4 是膠黏劑（環(huán)氧樹脂+固化劑）與填料（水泥：石英砂=1∶3）質(zhì)量比為1∶4 的不同環(huán)氧樹脂：固化劑質(zhì)量比的固化體在25 ℃時的力學性能。從表4結(jié)果可知， 環(huán)氧樹脂與固化劑質(zhì)量比為1.5∶1 時膠粘劑有較好的力學性能。 當固化劑含量偏低時，環(huán)氧基反應效率低；當固化劑過量時，則固化效率低；兩者均會導致交聯(lián)密度低，固化體不能形成理想網(wǎng)狀交聯(lián)狀態(tài)，從而未能達到最佳性能。

表4 不同固化劑摻量的固化體性能

2.2.2 填料的影響

填料是建筑修補膠中不可缺少的組份。摻加適量的填料，不僅可以降低原材料成本，而且可以提高環(huán)氧固化體的抗壓縮性能。表5 是環(huán)氧樹脂與固化劑質(zhì)量比為1.5∶1 的聚合物， 填料為不同水泥和細砂摻量修補材料在25 ℃時的強度值。 從表5 結(jié)果可知，每100 重量份膠黏劑（環(huán)氧樹脂加聚酰胺樹脂）加200～400 重量份填料（水泥和砂子），均有利于抗壓縮強度的提高，過多摻入填料就會導致強度的下降。

不同填料摻量環(huán)氧固化體與設計值為C50 的舊混凝土抗拉粘結(jié)強度均大于2.5 MPa，且均為混凝土內(nèi)聚破壞。 聚合物分子擴散能力強，滲透到基層材料表面的毛細孔、裂縫中、毛面上對縫隙進行堵塞，聚合物凝聚時能與基體可靠相連，并形成機械粘接；同時，環(huán)氧固化劑與填料等牢牢地粘結(jié)成堅固的整體，大大提高了聚合物粘結(jié)強度。 對面層材料而言，抗壓、抗折強度也是阻止材料開裂的主要參數(shù)， 當強度值較大時對收縮有一定的抑制作用，因此聚合物與填料按為1∶4，水泥與砂子按1∶3摻合是抑制開裂最合適的比例。

表5 不同填料摻量的環(huán)氧固化體性能

2.2.3 增韌劑的影響

增韌劑可以改善環(huán)氧固化體的脆性，提高其沖擊韌性， 但摻量過大會影響固化體的硬度和抗折、抗壓強度。向環(huán)氧樹脂固化體系中引入高分子質(zhì)量的彈性體，對于改善膠黏劑的韌性效果最佳。 表6是環(huán)氧樹脂：固化劑質(zhì)量比為1.5∶1，膠黏劑與填料按1∶4，水泥與砂子按1：3 摻合時再摻入不同量（環(huán)氧樹脂的百分數(shù)）增韌劑鄰苯二甲酸二丁脂（DBP）對固化體韌性的影響。 在試驗范圍內(nèi)，環(huán)氧固化體的柔韌性隨著鄰苯二甲酸二丁脂摻量的增加而提高，但強度值隨鄰苯二甲酸二丁脂摻量的增加而降低，對于混凝土修補材料而言，根據(jù)表6 所示增韌劑（DBP）摻量以環(huán)氧樹脂的10%為宜。

表6 不同增韌劑（DBP）摻量的環(huán)氧固化體性能

2.2.4 偶聯(lián)劑的影響

偶聯(lián)劑引起分子結(jié)構(gòu)中具有兩種截然不同的基團，可分別與有機物和無機物結(jié)合，使有機物和無機物兩種性質(zhì)不同的材料能通過偶聯(lián)劑的橋梁作用牢固結(jié)合起來， 從而改善環(huán)氧固化體的性能。表7 是環(huán)氧樹脂：固化劑質(zhì)量比為1.5：1，膠黏劑與填料按1∶4，水泥與砂子按1：3 摻合時，摻入不同量KH-550 偶聯(lián)劑的環(huán)氧砂漿固化體的性能，可見摻加環(huán)氧樹脂重量4%的KH-550 偶聯(lián)劑可以一定程度提高環(huán)氧砂漿固化體的抗拉強度。

3 鋼筋混凝土電桿修補用環(huán)氧樹脂砂漿組成及其應用

根據(jù)上述試驗結(jié)果，確定混凝土電桿修補材料為環(huán)氧樹脂修補砂漿的各組份配合比見表8，其中摻加少量炭黑是為了使得修補砂漿固化后的顏色接近水泥漿體，其性能檢測結(jié)果見表9。 應用該環(huán)氧樹脂砂漿對蘇北某在役輸電線路部分受損鋼筋混凝土電桿進行了修補。 圖1 和圖2 分別是對在役鋼筋混凝土電桿銹脹剝落和合縫漏漿演變成的縫隙的修補情況。 使用結(jié)果表明，這種環(huán)氧樹脂修補砂漿可操作性好，固化快，抗壓、抗彎和與舊混凝土粘結(jié)強度高，適用于對在役鋼筋混凝土電桿的縫隙和剝落的修復。

表7 不同偶聯(lián)劑摻量的環(huán)氧砂漿固化體性能

表8 環(huán)氧樹脂修補砂漿原材料配合比（重量份）土層的物理力學性能指標

表9 環(huán)氧樹脂修補砂漿的性能 單位：MPa

圖1 對銹脹剝落修補前后情況

圖2 對合縫漏漿演變成的縫隙的修補情況

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