晏國泰，謝金齊，黃 鎮(zhèn)，陳新林

(武漢二航路橋特種工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430071)

環(huán)氧砂漿具有強(qiáng)度高、綜合性能優(yōu)良等特點(diǎn)。作為水工混凝土過流面抗沖耐磨保護(hù)層及沖刷、磨損和氣蝕等破壞部位的修補(bǔ)加固材料，環(huán)氧砂漿在工業(yè)民用建筑、公路、橋梁和機(jī)場跑道等構(gòu)筑物的維修加固材料應(yīng)用己有40多年歷史[1-3]。

由于環(huán)氧砂漿底膠具有黏度低，浸潤性好，可以較好的滲透到混凝土基層毛細(xì)孔中，增加界面之間黏結(jié)強(qiáng)度的作用等特點(diǎn)[3]。因此在環(huán)氧砂漿施工前，需要進(jìn)行底膠涂抹工作，待底膠表干后，方可進(jìn)行環(huán)氧砂漿施工[2-4]。但是環(huán)氧砂漿底膠層很容易就受到陽光、溫度和水的影響，加速底膠層的老化，影響其強(qiáng)度[1]。而大面積施工環(huán)氧砂漿時，底膠層沒有固化前，不便于進(jìn)行環(huán)氧砂漿層施工。特別是在亞熱帶氣候區(qū)戶外施工時，有光照強(qiáng)烈、環(huán)境溫度高、雨水充沛、雷陣雨頻繁等不利于環(huán)氧砂漿連續(xù)施工的氣候因素。那么在亞熱帶氣候區(qū)如何確保戶外大面積環(huán)氧砂漿的施工質(zhì)量?以孟加拉國戈邦戈大橋為例，為確保戈邦戈大橋橋面診治的順外實(shí)施，筆者通過專門的試驗研究，以找出相同的施工環(huán)境、不同的環(huán)氧砂漿和施工工藝下的黏結(jié)性能規(guī)律。

1 試驗概況

試驗1：底膠曝曬不同時間的影響試驗。

試驗2：已經(jīng)老化的底膠表層處理后試驗。

試驗3：自制免底膠環(huán)氧砂漿試驗。

選用3種不同的環(huán)氧砂漿及其底膠作為試驗材料。A為含抗老化助劑的環(huán)氧砂漿及其底膠；B為普通環(huán)氧砂漿及其底膠；Z為自制免底膠環(huán)氧砂漿。其中A和B兩種環(huán)氧砂漿均采用國際知名品牌。

在同一處理完成的混凝土基面上，使用3種環(huán)氧砂漿施工。A，B兩種材料根據(jù)底膠在強(qiáng)紫外光下暴曬時間，將試驗共分為7組，見表1。A材料每組7個試件(編號為A1～A7)；B材料每組14個試件，其中7個試件底膠表層不做處理(編號為B1～B7)，7個試件底膠表層使用打磨機(jī)處理(編號為C1～C7)。每天的暴曬時間為10 h，紫外線指數(shù)為10。達(dá)到設(shè)計暴曬時間和處理要求后，施工環(huán)氧砂漿厚1 cm。在同等環(huán)境放置7 d，固化后對底膠黏結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行測試。Z材料直接涂抹在處理完成的混凝土基面上。

表1試件編號及底膠在強(qiáng)光下暴曬情況

Table1Testspecimensnumberingandprimerbeingexposedunderstrongsunshine

黏結(jié)強(qiáng)度測試根據(jù)規(guī)范DL/T 5193—2004《環(huán)氧樹脂砂漿技術(shù)規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)的要求進(jìn)行拉拔試驗[4]。

2 試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

2.1 紫外線對環(huán)氧樹脂黏結(jié)性能的影響

戶外大面積環(huán)氧砂漿時，底膠沒有表干前，底膠層上不能行走，不便于進(jìn)行下環(huán)氧砂漿施工，底膠涂抹完成到其表干需要2～3 h的時間。而亞熱帶氣候區(qū)常年紫外線強(qiáng)烈，底膠不可避免會受到曝曬。同時亞熱帶氣候區(qū)雷陣雨頻繁發(fā)生，如果遇到雷陣雨，則需要等底膠表面干燥無水跡后才能施工，這又增加了底膠的暴曬時間。紫外線會加速環(huán)氧砂漿老化，減低黏結(jié)強(qiáng)度[5-7]。

2.1.1 底膠曝曬不同時間對黏結(jié)性能的影響

根據(jù)《規(guī)程》的要求對上述試件進(jìn)行拉拔試驗。發(fā)現(xiàn)每組試件中的各個試件之間的黏結(jié)強(qiáng)度差別不大(在0.2 MPa以內(nèi))，且破壞形式基本一致；但是組與組之間的差異比較大。將各組試件的黏結(jié)強(qiáng)度和破壞形式取平均值，其具體結(jié)果見表2。

表2各組試件平均黏結(jié)強(qiáng)度及破壞形式

Table2Averagebondingstrengthandfailuremodesoftestspecimens

注：破壞形式：T混凝土破壞，S底膠與環(huán)氧砂漿界面破壞。(下同)

從表2可以看出：底膠經(jīng)陽光曝曬后，隨著曝曬時間的延長其黏結(jié)強(qiáng)度逐漸減小，曝曬至第 3 d后，黏結(jié)性能開始較大幅度的降低。并且初期主要是混凝土破壞，之后是底膠和環(huán)氧砂漿之間的界面破壞就逐漸增多。這可能是由于環(huán)氧樹脂在紫外線的作用下表面材料老化分解。隨著裂解的進(jìn)行，材料的力學(xué)性能開始降低[8-10]?？估匣鷦┑沫h(huán)氧砂漿底膠，由于底膠層比較薄，光穩(wěn)定劑和抗氧劑對其作用效果不大，特別是曝曬至第5 d后的底膠的黏結(jié)性能與不含抗老化助劑的環(huán)氧砂漿差不多。由于底膠表面形成了薄弱層，后續(xù)施工的環(huán)氧砂漿會黏結(jié)在薄弱層上而影響層間黏結(jié)強(qiáng)度。在這種情況下原來增加黏結(jié)性的底膠沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用。因此在底膠表干后就應(yīng)該及時施工環(huán)氧砂漿。

2.1.2 已經(jīng)老化的底膠處理后黏結(jié)性能

根據(jù)《規(guī)程》的要求對C1～C7試件進(jìn)行拉拔試驗。發(fā)現(xiàn)每組試件中的各個試件之間的黏結(jié)強(qiáng)度差別不大(在0.2 MPa以內(nèi))，且破壞形式基本一致。將各組試件的黏結(jié)強(qiáng)度和破壞形式取平均值，其具體結(jié)果如表3。

表3 底膠表面處理后各組試件平均黏結(jié)強(qiáng)度及破壞形式

從表3可以看出，并且結(jié)合比較表2的數(shù)據(jù)可以看出：底膠經(jīng)陽光曝曬后，隨著曝曬時間的延長其黏結(jié)強(qiáng)度逐漸減小。但是對暴曬后的底膠表面用 120 目砂紙打磨老化的表面至全新，并清理干凈表面粉塵后，再進(jìn)行環(huán)氧砂漿施工的黏結(jié)強(qiáng)度和底膠表干后施工的黏結(jié)強(qiáng)度基本沒有變化[8-10]。因此當(dāng)?shù)啄z層經(jīng)過陽光暴曬后，需要對底膠表面進(jìn)行打磨處理，以保證環(huán)氧砂漿的黏接性能。

2.2 免底膠環(huán)氧砂漿黏結(jié)性能

施工底膠的目的是增加黏結(jié)性能，但由于在亞熱帶氣候區(qū)戶外大面積施工砂漿時，難以避免底膠施工后會由于天氣原因無法在底膠表干后及時施工砂漿，會造成環(huán)氧砂漿黏結(jié)不良的情況，同時大面積施工底膠施工也會造成施工進(jìn)度不好掌握的情況，能否采用不用底膠的砂漿？因此使用了自制免底膠環(huán)氧砂漿進(jìn)行試驗3，同其他環(huán)氧砂漿黏結(jié)強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。

根據(jù)《規(guī)程》的要求對進(jìn)行拉拔試驗。將每種環(huán)氧砂漿試件的黏結(jié)強(qiáng)度和破壞形式取平均值，其具體結(jié)果如表4。

表4 3種砂漿黏結(jié)強(qiáng)度破壞形式

注：1.含抗老化助劑環(huán)氧砂漿和普通環(huán)氧砂漿施工時均為底膠表干。2.破壞形式：T混凝土破壞；S底膠與環(huán)氧砂漿界面破壞；W環(huán)氧砂漿界面破壞。

從表4可以看出：自制的免底膠環(huán)氧砂漿無論是3 d還是7 d的黏結(jié)性能強(qiáng)均比含抗老化助劑環(huán)氧砂漿和普通環(huán)氧砂漿略高，并且破壞形式都是混凝土界面破壞，能保證施工質(zhì)量。同時對整個環(huán)氧砂漿施工而言，減少了底膠涂抹的施工工序，可以縮短工期；由于減少了結(jié)構(gòu)層，從而降低了環(huán)氧砂漿的不確定性。

2.3 試驗分析

通過對以上3個試驗中的各數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析可以看出：

1)底膠經(jīng)陽光暴曬后，隨著暴曬時間的延長其黏結(jié)強(qiáng)度逐漸減小，暴曬至第 3 d后，黏結(jié)性能開始較大幅度的降低。并且初期主要是混凝土破壞，之后是底膠和砂漿之間的界面破壞就逐漸增多。

2)抗老化助劑的環(huán)氧砂漿底膠，由于底膠層比較薄，光穩(wěn)定劑和抗氧劑對其影響效果不大，暴曬至第 5 d后的底膠的黏結(jié)性能與不含抗老化助劑的環(huán)氧砂漿差不多。

3)底膠施工完成后應(yīng)該立即進(jìn)行環(huán)氧砂漿面層的施工，施工間隔時間不得長于1 d。

4)對長時間暴曬過的底膠，應(yīng)對底膠表層進(jìn)行打磨處理，并清洗后才進(jìn)行環(huán)氧砂漿施工。

5)沒有涂抹底膠的環(huán)氧砂漿比有底膠的黏結(jié)強(qiáng)度略高，并且都是混凝土破壞。

3 工程實(shí)例

3.1 工程簡介

孟加拉邦戈邦都大橋是南亞最長的一座大橋。大橋全長4.8 km，共有50個橋墩，是公路鐵路兩用橋。大橋于1998年6月23日竣工并通車。經(jīng)過多年運(yùn)營橋面出現(xiàn)了大量的由溫度和收縮應(yīng)力造成的裂縫，嚴(yán)重影響橋梁的正常使用，急需進(jìn)行橋面修復(fù)工作。同時孟加拉大部分地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)型氣候，濕熱多雨。夏季最高溫度達(dá)45℃，雨季平均溫度30℃。

根據(jù)孟加拉當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境及橋梁的自身特點(diǎn)，為了確保橋面修復(fù)工作的成功。在大橋的東引橋上進(jìn)行了試驗段施工。施工設(shè)計方案如下：主要使用高強(qiáng)度高彈模碳纖維板來約束裂縫的擴(kuò)展并適當(dāng)提高橋梁局部承載力，再鋪設(shè)4～10 mm厚的環(huán)氧砂漿找平、隔熱、加強(qiáng)及防水，最后鋪設(shè)SMA橋面耐磨層提高行車舒適性。

3.2 施工技術(shù)方案及要求

在邦戈邦都大橋的東引橋分別選取5 m區(qū)域，進(jìn)行有底膠的含抗老化助劑環(huán)氧砂漿和自制無底膠環(huán)氧砂漿對比試驗，對比試驗段分布見圖1。對比試驗段結(jié)構(gòu)層見圖2。

圖1 對比試驗段分布Fig.1 Location of the comparison trial section area

圖2 對比試驗段結(jié)構(gòu)層Fig.2 Structural layers of the comparison trial section area

施工步驟如下：①橋面噴砂，基面處理；②黏貼高強(qiáng)度高彈模碳纖維板；③橋面和碳纖維板基面處理；④環(huán)氧砂漿施工。

施工時對施工時間和施工溫度嚴(yán)格控制，具體要求如下：①在15:30，太陽光照開始減弱、紫外線開始減弱后施工底膠；②施工時橋面溫度不得高于40℃；③底膠施工完成3 h后施工環(huán)氧砂漿，施工間隔時間不得超過24 h；④抗老化助劑環(huán)氧砂漿和自制無底膠環(huán)氧砂漿同時施工；⑤施工完成初凝結(jié)束后，遮陰養(yǎng)護(hù)。

3.3 結(jié)果及分析

施工完成7 d后，在對比試驗段的各區(qū)域內(nèi)分別黏貼7個拉拔頭做拉拔黏結(jié)試驗，拉拔試驗編號為：自制無底膠環(huán)氧砂漿(D1～D7)；含抗老化助劑環(huán)氧砂漿(E1～E7)。試驗結(jié)果如表5。

表5 現(xiàn)場砂漿黏結(jié)強(qiáng)度及破壞形式

試驗段的黏結(jié)拉拔試驗數(shù)據(jù)表明：自制的免底膠環(huán)氧砂漿的黏結(jié)性能強(qiáng)比含抗老化助劑環(huán)氧砂漿和普通環(huán)氧砂漿略高，并且破壞形式都是混凝土界面破壞。同時有底膠的環(huán)氧砂漿施工控制因數(shù)多，減少了底膠涂抹的施工工序，可以縮短工期；由于減少了結(jié)構(gòu)層，從而降低了環(huán)氧砂漿的不確定性。

4 結(jié) 論

1)環(huán)氧砂漿底膠由于強(qiáng)光暴曬會老化，影響其黏結(jié)強(qiáng)度。并且隨著暴曬時間的延長，其黏結(jié)強(qiáng)度會越來越低。對暴曬過的底膠表層打磨，并清洗后可以消除陽光暴曬的影響，保證環(huán)氧砂漿的黏結(jié)強(qiáng)度，保證施工質(zhì)量。

2)在亞熱帶氣候地區(qū)戶外施工時，建議采用免底膠環(huán)氧砂漿，在保證環(huán)氧砂漿的黏結(jié)強(qiáng)度的前提下，可確保施工質(zhì)量，同時簡化工藝，提供工效，縮短工期，具有較好工程實(shí)用價值，為孟加拉邦戈邦都大橋橋面病害成功診治打下技術(shù)基礎(chǔ)。

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