0　引言

       水性環氧樹脂是環氧樹脂經乳化后的樹脂材 料。水性環氧樹脂的優點是能真正水性化,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。除了具有溶劑型環氧 樹脂的諸多優點外,突出優勢表現是可在室溫和 潮濕或過濕的環境中固化,能與水泥、石灰、石膏 等常用的水性膠結物配合,是橋梁維護的一種新 材料。

1　水性環氧樹脂的生產工藝

1.1　環氧樹脂水性化的方法

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

1.2　乳化劑的制作

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

1.3　水性環氧樹脂乳液的生產

       把環氧樹脂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,此時的環氧樹脂溶液 將轉變為水相,發生了相反轉,再加入適量蒸餾水 稀釋至一定濃度即制得水性環氧樹脂。表1是水 性環氧樹脂的各項指標。



2　水性環氧樹脂復合材料的特性

2.1　水性環氧砂漿特性

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



2.2　水性環氧水泥漿液特性

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



2.3　水性環氧水泥混凝土特性

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

式中:HSC—水性環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—水性環氧樹脂占水泥量的百分比;

α—水性環氧中的固體含量百分比。

在橋梁維護中,水性環氧水泥混凝土可用于 橋面坑槽、橋面伸縮縫的應急處理,其施工工藝與 水泥混凝土修補工藝完全相同。表4是水性環氧 水泥混凝土的部分特性。



3　水性環氧樹脂在橋梁維護中的實踐應用

        3.1　水性環氧水泥混凝土固化劑的改進與應用 應用前,在汕尾市公路工程質量檢測站中心實驗室做了水性環氧樹脂混凝土的抗折和抗壓試 驗,結果表明,水性環氧樹脂水泥混凝土(C30)的 早期強度較為理想(3d強度達到15.2MPa,占齡期 強度的51%),但是后期強度即28d齡期強度不高 (28d強度僅為31MPa),后期強度偏低。

       其原因是:水性環氧樹脂膠液是在高溫下將 普通的環氧樹脂乳化,使環氧樹脂以顆粒或膠體 的形式分散于以水為介質的乳液中。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氧樹脂膠液 的強度。在試驗中選取的是651胺類固化劑,之所 以出現后期強度提高不大的情況,關鍵在于該類 固化劑沒有將水性環氧樹脂膠液中的水全部析 出,導致混凝土中殘留少量的水分,增大了水灰 比,影響了后期強度。

      針對上述出現的問題,我們將固化劑進行了 調整,選取新的三類固化劑進行對比試驗,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 環氧樹脂膠液中分別出現下述現象:

      (I)類固化劑加入后,15min后出現水油分層 變色;1h后分層結束,下部開始變硬,上部為水; 24h后去掉上部的水分,下部為純的環氧樹脂,強 度達到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,強度為2.2MPa。(III)類固化劑加入后, 試驗現象基本與(II)類相似,只是強度相對較高, 為2.7MPa。上述現象說明(I)類固化劑固結效果 最好,它能將水性環氧樹脂膠液中的水全部析出, 把其中的環氧樹脂全部還原出來,而多余的水分 可以用水泥去吸收,這樣就解決了強度偏低的缺 點。在摻入該類固化劑的水性環氧樹脂混凝土抗 壓試驗中,試塊3d強度為16.3MPa,28d強度為 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中采用了摻入DFN胺類固化 劑的水性環氧樹脂混凝土進行修補,取得了良好 的效果。

      3.2　利用水性環氧樹脂配制灌縫漿的應用

      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氧樹 脂與DFN胺類固化劑配制的膠液進行灌縫處理。在施工工藝上也做了較大的改進:

      (1)對于縫隙寬度為1~2mm的裂縫,采用高 壓風清縫后,用刷子浸漬該膠液反復多次涂抹在 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 行研制的擴縫機將裂縫兩邊各擴展2cm,再用高壓 風清縫,然后反復多次灌入改性的水性環氧樹脂 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將改性的水性環氧 樹脂膠液壓入裂縫。

      3.3　利用水性環氧樹脂配制環氧砂漿的應用 水性環氧砂漿在公路橋梁中的應用,主要是 對舊的橋梁和建筑構造物進行維修。如結構物   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,粘結力大,防水,施工工藝與 普通砂漿相似,但修補層厚度可以比普通砂漿厚 度薄,修補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,用打磨機對混凝土表 面和銹蝕鋼筋進行打磨,用環氧樹脂漿對鋼筋進 行防護,用水性環氧砂漿對鑿開的混凝土表面進 行補平。修補過后無需對新補砂漿做特殊的養 護。

      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重且外 露。考慮這兩座橋的實際情況,我們采用以下施 工方法:

     (1)在橋底搭設滿堂式腳手架;

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

     (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氧樹脂膠液2 道(水性環氧樹脂乳液與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 環氧樹脂砂漿,根據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)待砂漿凝結達到28d強度后,用灌漿機將普通環氧樹脂乳液灌入孔內(普通環氧樹脂乳液與固化劑的重量比為4∶1);

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

4　結論與展望

       水性環氧乳液是一種新型的建筑材料,由于乳液中的環氧樹脂含量不高,目前產品多應用于建筑外墻涂料。本文通過試驗,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,充分發揮了環氧樹脂和水泥膠結材料各自的作用,使其成為橋梁維護的一種新材料。