環(huán)氧樹脂的混凝土結(jié)構應用
混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構雖以經(jīng)久耐用而著稱,但其在使用過程中也常因各種因素(包括設計施工因素)而遭受不同程度的損傷,影響其使用壽命。因此近年來各國對已有混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構的評價鑒定和維修改造問題都越來越重視。各種建筑物及構筑物經(jīng)過多年的使用多數(shù)都會有不同程度損壞,需要進行維護和修補。
以環(huán)氧樹脂制成的環(huán)氧膠性能優(yōu)越,改性途徑較多,近年來發(fā)展較快。中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家說,這多用于混凝土構件的粘接和修補、橋梁工程、飛機跑道、公路修造、混凝土結(jié)構裂縫補強加固或防滲堵漏灌漿等領域。
一、混凝土構件的粘接和修補
1、新舊混凝土的粘接
傳統(tǒng)的新舊混凝土接槎方法是先在清洗好的槎口上澆一層稀砂漿,緊跟著澆灌新混凝土。該方法粘接度低、防水性差。為了獲得高強度的粘接,在混凝土槎口上涂敷環(huán)氧膠粘劑是目前較為流行的方法。
新舊混凝土的粘結(jié)難點是膠粘劑必須同含水率較高的新混凝土接觸。通過選用不溶于水的聚酰胺、多元芳香胺及潛性脂肪胺固化的環(huán)氧膠粘劑粘接潮濕混凝土可獲得滿意效果。此外,環(huán)氧膠粘劑如用煤焦瀝青改性并摻入適量吸水材料,如石棉纖維和氧化鈣等,則在潮濕介質(zhì)中也有很好的效果。
2、混凝土構配件的粘接混凝土構件粘接一般用環(huán)氧樹脂膠進行。粘接的兩表面要盡量平整配合。通過配方的調(diào)節(jié)可以滿足冬季和夏季的不同施工要求。冬季用可摻人胺基催化劑,夏季用可摻入氨基酚附加劑。中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家表示,當建筑物混凝土表面受到腐蝕、碳化,表面出現(xiàn)缺損或裂縫時,可用聚合物砂漿修補,一般選用環(huán)氧砂漿。施工時,缺損或裂縫處首先除去塵土和疏松物,在用布擦干凈,把配制好的聚合物砂漿填塞于修補處,按平壓實即可。
二、橋梁工程中的應用
橋梁是忍受應力很大的土木工程。大量的預應力鋼筋混凝土用于橋梁的制造。為了防止橋基下相鄰的預應力鋼筋混凝土將由于長期的振動而產(chǎn)生間隙,往往采用壓縮強度較高的膠粘劑進行粘接使其成為整體。一般都是用較高初期膠粘強度的環(huán)氧樹脂膠施工。在橋面與橋墩的混凝土連接處產(chǎn)生裂縫時,也可以用低黏度的環(huán)氧樹脂膠進行注入式修補。
三、飛機跑道、公路修造
飛機跑道要求耐磨,耐沖擊,一般可將環(huán)氧樹脂或適量增塑劑拌入水泥漿料中鋪制路面,這樣的跑道具有高度的耐磨、耐沖擊效果。中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會(www.epoxy-e.cn)專家表示,道路尤其是高速公路的耐磨要求也是相當高的。路面上以及道路接縫處,特別是在雨天,防止汽車在急轉(zhuǎn)彎處打滑非常重要??刹捎酶咝阅艿沫h(huán)氧樹脂膠粘劑與表面較硬的粗骨料配合制成防滑粘合層,涂敷在車輛急轉(zhuǎn)彎的顯要位置及接縫上,能有效地解決這個問題。
四、混凝土結(jié)構的補強
1、混凝土結(jié)構的損傷及其特征
引起鋼筋混凝土結(jié)構損壞的原因有多種,既有結(jié)構設計、施工方面的原因,又有原材料及結(jié)構使用環(huán)境方面的原因。中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家簡要歸納結(jié)構損傷原因,如果按混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構損壞的特征加以歸納分類,則可分為以下幾種。
(1)表面損壞 因環(huán)境作用、熱化學作用及機械作用等引起的混凝土表層風化、剝落、起鼓及集料外露等缺陷。
(2)開裂混凝土結(jié)構因收縮及溫度應力、堿集料反應、火災、地震,不均勻沉降等引起的各種裂縫。這種缺陷在混凝土結(jié)構中是比較普遍的。
(3)斷面損傷因混凝土強度不足或因環(huán)境作用及疲勞應力等引起混凝土強度下降,導致結(jié)構斷面受損。
(4)撓度增大因結(jié)構剛度不足或混凝土徐變變形,因此結(jié)構撓度增大。[Page]
2、混凝土結(jié)構的修補方法
混凝土結(jié)構的修補方法依其損傷類型來分,主要有裂縫修補法、表面修補法、斷面修補法及結(jié)構的加固補強法。有時也需綜合采用上述各種修補法。在結(jié)構修補之前一般應先進行調(diào)查并進行修補設計,其內(nèi)容包括:
(1)根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析混凝土結(jié)構受損壞的原因,確定受損程度及修補范圍與工作量;
(2)明確修補目的,如防止?jié)B漏水,恢復結(jié)構外觀質(zhì)量以及提高結(jié)構承載力與耐久性等。
(3)根據(jù)混凝土結(jié)構受損程度及修補目的與要求選擇合理的修補方法與修補材料;
(4)選定修補工具:
(5)設計或選用修補加固工程用的腳手架;
(6)選定必要的安全設施;
(7)確定施工工期及施工人員數(shù)量;
(8)完成工程概預算。
3、混凝土裂縫修補方法
裂縫是混凝土結(jié)構最常見的缺陷,依其產(chǎn)生的原因可分為以下幾種類型。選擇裂縫修補方法時應考慮裂縫的類型及尺寸。
(1)表面密封法。此法適于修補不再發(fā)展的寬度小于0.2mm的細裂縫??梢罁?jù)結(jié)構的使用要求選擇適宜的表面涂敷材料。這種表面涂敷材料必須具有密封性、不透水性和耐堿性、耐候性,其收縮膨脹性應該與被修補的混凝土相近。常選用低黏度的環(huán)氧樹脂液涂敷或用玻璃纖維布增強。如果裂縫有可能發(fā)展或?qū)Y(jié)構有一定防水要求時可選用焦油環(huán)氧樹脂(主要是應用其彈性達到可伸縮目的)。中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家指出說,當裂縫間距較小分布比較集中時,則應大面涂敷修補;當裂縫滲水或漏水,不能用環(huán)氧樹脂涂敷材料時,還可考慮用快速硬化水泥漿或其他水硬性粘結(jié)料。在進行表面密封修補前應用鋼絲刷將混凝土表面打毛,并用水清洗干凈。混凝土表面的氣孔應該用環(huán)氧樹脂膠泥予以找平。表面密封法施工簡單,即可涂敷,也可噴涂,但該法受氣候影響較大。
(2)充填法此法多用來修補水平面上的較寬裂縫(δ>0.3mm)。根據(jù)裂縫的情況可以直接向縫內(nèi)灌入不同黏度的環(huán)氧樹脂膠泥。如裂縫寬度較小,使用低黏度環(huán)氧樹脂膠泥;裂縫寬度較大時,則宜使用砂、粉填料較多的環(huán)氧樹脂膠泥。寬度小于0.3mm的裂縫則應開成V形或U形的槽口,然后清除掉浮灰。必要時先涂刷一層界面處理劑或低黏度環(huán)氧樹脂液,以增加環(huán)氧樹脂膠泥與混凝土的粘結(jié)力。此法適于修補樓板、橋面板及混凝土路面等。如用該法修補墻板、頂板時則應增大環(huán)氧樹脂膠泥的黏度。這種方法也比較簡單,不需專門施工機具。
(3)注漿法此法是用于修補較深的裂縫。根據(jù)注漿時壓力與速度可分為高壓快速注漿法和低壓慢速注漿法。前者適于以電動泵注漿,此時注漿壓力可達2MPa;后者適于以手動泵注漿,其壓力為0.4MPa。依注漿時是否設注漿管又分為有管注漿法及無管注漿法。多數(shù)情況都使用有管注漿法。
采用有管注漿法時,在裂縫修補之前首先要沿裂縫以10~30cm的間距設置注漿管,然后將裂縫的其他部位用膠粘帶予以密封,以防漏漿。注漿管有帶墊圈的與無墊圈的,前者用于不開V形槽的裂縫注漿,后者則適用于開V形槽的寬裂縫注漿。
五、應用舉例
環(huán)氧樹脂作為灌漿材料,初見于20世紀50年代末期。由于它具有防水、防潮、耐腐蝕、耐寒、耐熱、抗沖擊和振動等優(yōu)良性能,應用范圍從混凝土裂縫的補強發(fā)展到固結(jié)巖體裂縫和油井固砂。尤其對于在潮濕或水下修補建筑物(如鐵路隧道、公路隧道、涵洞及地下建筑物、構筑物等)的破損和滲漏部位,對恢復建筑物混凝土的整體性,延長使用壽命和保證安全運行有一定效果。
環(huán)氧樹脂膠粘劑在建筑工業(yè)中,能夠有效地解決新、舊水泥砂漿層及新、舊混凝土層之間界面粘接問題,以及粘結(jié)層表面水、濕度、堿性物質(zhì)等的影響。中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專門列舉幾個工程應用實例,以期能拓展環(huán)氧樹脂在建筑領域的應用。[Page]
實例1:1996年中國科學院廣州化學研究所采用彈性環(huán)氧化學灌漿材料對珠海某大橋的橋墩承臺進行裂縫灌漿補強。承臺裂縫最寬約為16mm,最細為0.01mm,呈龜裂狀,總長約250m。施工中根據(jù)進漿速度調(diào)節(jié)配方,分別用三種彈性環(huán)氧樹脂漿液進行灌注,在灌漿過程中可見一些極細的裂縫亦有漿珠冒出。灌漿結(jié)束后三天,用Ф150合金鉆頭鉆取混凝土裂縫芯樣觀察和檢查漿材充填情況,發(fā)現(xiàn)裂縫充填完整,粘結(jié)牢固,混凝土之間的局部間隙也被漿材擠滿包裹,裂縫內(nèi)環(huán)氧漿脈連續(xù)性較好。經(jīng)測試,現(xiàn)場粘結(jié)的水泥砂漿八字模的粘結(jié)強度超過4.0MPa,均為非粘結(jié)面破壞。
實例2:廣州市某大廈三層地下室停車場,混凝土壁厚40~50cm,因在高溫季節(jié)施工,澆注混凝土溫升較高,產(chǎn)生應力裂縫近300多條,大多數(shù)縫寬0.2mm以下,采用環(huán)氧樹脂漿液進行鑿槽封縫注漿處理,施工期間經(jīng)過1996年初的大寒潮,有部位出現(xiàn)新裂縫,但是補過的縫沒有發(fā)現(xiàn)重新開裂現(xiàn)象。
實例3:廣州市某大廈,設計采用箱形基礎,地板厚2m,分兩層澆注,在第二層鋼筋已扎好時發(fā)現(xiàn)第一層有開裂的縫。直接用針筒將環(huán)氧樹脂漿液注入縫內(nèi)。讓其自然滲透,直至縫面有漿液冒出為止。一星期后開挖檢查,發(fā)現(xiàn)漿液能滲透到基礎底部。
實例4:中鐵二局四處對內(nèi)昆鐵路線橫江1號大橋、橫江2號大橋橋墩裂縫的修補。內(nèi)昆鐵路線橫江1號大橋(DKl44+333)1號墩橫向裂縫在距承臺面2.0m處,呈水平走向,長度6.01m,最大寬度0.3mm,裂縫深度198~291mm;采用環(huán)氧樹脂漿液灌漿進行修補。而橫江2號大橋(D1K165+278)5號墩豎向裂縫,呈豎直走向。長度9.0m,最大寬度0.2mm,裂縫深度23~31mm;由于裂縫較淺,不作灌漿,而采用環(huán)氧樹脂砂漿進行修補。
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