环氧树脂在水工程应用中的质量控制措施探析

付文禹 刘福荣

1.宁夏汉延渠管理处，银川 750004；

2.宁夏红寺堡扬水管理处，宁夏银川 750000

环氧树脂在水工程应用中的质量控制措施探析

付文禹1刘福荣2

1.宁夏汉延渠管理处，银川 750004；

2.宁夏红寺堡扬水管理处，宁夏银川 750000

环氧树脂修补技术是利用环氧树脂与配置成的基本材料对建筑物构件进行修复补强的工程技术措施。在水工程中，常用于钢筋混凝土保护层的修复补强、渡槽（涵洞）伸缩缝橡胶粘贴和建筑物防水涂层。以宁夏汉延渠水利工程多年应用环氧树脂材料的实践为例，就西北地区气候、环境下，如何解决环氧树脂材料应用中常见的质量问题，从材料配制和应用技术方面进行探讨。

环氧树脂；质量控制

引言

汉延渠是宁夏引黄灌区主要干渠之一，全长86km，设计流量80m3/s，控制灌溉面积45万亩。汉延渠上共有渡槽9座，自上世纪90年代以来，先后新建2座，维修翻建7座。其中有3座采用环氧砂浆或环氧碳纤维加固补强T形梁、工字梁，有6座采用环氧砂浆粘贴U型橡胶处理伸缩缝。经过20多年运行，工程质量稳定，持续发挥作用，取得了良好的工程效益和经济效益。

但环氧树脂材料对施工工艺和温度控制的要求较高，往往由于采取的方法不当或工艺不精，容易出现渡槽伸缩缝橡胶粘贴不牢、维修混凝土保护层加固效果不理想等现象。本文在分析多年应用环氧树脂材料正反方面经验、并参考有关高分子化合物材料文献的基础上，就提高环氧树脂材料工程质量进行分析探讨，从环氧树脂材料配制方法和实际应用技术方面提出改进措施。

1 影响环氧树脂材料粘接质量的主要原因分析

在汉延渠水利工程最初应用环氧树脂材料施工中，因未具体分析影响工程质量的因素，如春秋冬季施工的气候特点、老旧混凝土表面的具体情况、施工工艺的针对性和适用性等，造成工程局部出现质量问题。经过认真分析研究和参考有关文献，总结出影响环氧树脂工程质量的主要原因，有以下几个方面：

1.1 环氧树脂材料配置方法不当。环氧树脂黏结剂根据用途的不同和工程施工环境气候的不同，因采用相应的配方和配制方法。如果配制程序、剂量、温度控制不好，不仅影响粘接质量，还会造成材料浪费。

1.2 被粘接物表面有缺陷。老旧混凝土表层存在的明显或隐藏的松动、裂缝现象，如不彻底清除，在采用环氧材料粘接后，会因为外力增加造成混凝土更大体积的脱落。

1.3 被粘接物表面处理不彻底。 老旧建筑物混凝土表面常常会存在氧化层，或附着泥沙、尘土、油污、水膜等物质，如不将这些杂物清除干净，会直接影响粘接效果。

1.4 被粘接物表面不平整。如被粘接物表面过于粗糙、起伏不平，会因为被粘接物的固体性和黏结剂的流动性造成粘接面不能完全贴合，出现大量空隙，从而降低界面的啮合力和黏结力[1]。

1.5 施工工艺不正确。不同的用途应采用不同的施工工艺，如不能因地制宜选择合适的施工方法，也会影响工程质量。

2 环氧树脂基础材料的配制方法及质量控制措施

2.1 环氧树脂基础材料的配方

环氧树脂只有通过掺用固化剂、稀释剂、增韧剂和各种填充料，按照一定的配方，配置成环氧胶液、环氧砂浆（或环氧混凝土）等基本材料才能发挥工程用途[2]。由于宁夏渠道水利工程施工一般在春、秋、冬季进行，期间正常气温一般在18℃以下，气温较低，且风沙天气较多。针对特殊的气候和环境，汉延渠水利工程主要采用双酚A型环氧树脂、牌号为E-44（6101#）的产品，并采用具有防渗、抗磨损、抗冻融，固化后收缩小等性能的环氧胶液和环氧砂浆配方（见下表1）。

表1 环氧胶液及环氧砂浆配方（重量比）

2.2 环氧树脂基础材料的配制及施工方法

2.2.1 环氧树脂的软化。由于E-44（6101#）型环氧树脂软化点为20℃，在春秋冬季施工中，如果气温低于20℃，树脂一般呈现固结状态，必须加温使环氧树脂软化。为了便于控制温度，施工中可采用简易的加热方法：环氧树脂出厂时一般采用金属桶灌装，在加热时可以整桶加热，用敞口容器注满水，将环氧树脂桶开盖后坐入水中，从容器底部加热，使容器内的水逐渐升温并保持在60℃左右，直到桶内树脂受热慢慢软化。在加热过程中，要注意用温度计测量环氧树脂的温度，当温度超过40℃时，应停止加热。

2.2.2 环氧胶液的配制。胶液不宜一次配制太多，因为树脂与固化剂的反应为放热反应，放热温度随反应物的数量增加而升高，每次用量以0.5～2千克为宜。将融化的环氧树脂用量杯计量后倒入拌和容器，再依次往加入量好的辅助材料。加入的顺序一般为：稀释剂→增韧剂→固化剂。在加入辅助材料的同时，应快速搅拌，以保证胶液充分散热。当胶液温度高于35℃～40℃是，应迅速将配制胶液的容器放入冷水中，搅拌胶液使其冷却，否则，当胶液局部温度过高时会产生快速聚合反应，在很短时间内固化，成为废料。温度太低时，也会因为胶液黏稠度增加而不易涂刷。

2.2.3 环氧胶液的涂刷。胶液一般用2.5～4寸板刷涂刷，涂刷厚度应不超过0.2毫米。涂刷胶液要注意粘接物表面的温度，温度低于20℃时，胶液变稠，很难刷开，温度超过40℃时，胶液虽易涂刷，但会很快固化，失去粘接。控制好粘接物表面温度的方法是：在涂抹胶液过程中注意两次烘热，第一次是在涂抹之前，用汽油喷灯将混凝土粘接面烘热；第二次是在胶液涂抹后，用喷灯轻轻烘热胶液，使胶液融开，渗入混凝土表层。烘热时必须使火焰与粘接面保持15cm～25cm距离，并匀速摆动火头，不要使火焰停留在某一个部位，造成局部温度升高。一般使粘接面温度保持在30℃～40℃。

2.2.4 环氧砂浆的配制。将称量好的填料置于薄铁板上，干拌均匀，然后倒入胶液，迅速拌和，使胶液与填料充分混合、融和。配制环氧砂浆应注意砂子的质量和温度，如果砂子中含有杂质，必须清除干净，其次要保持填料的温度与胶液的温度接近或略高，这样可使填料与胶液更好地融和。给填料加热的方法是：在薄铁板上把填料摊开，通过给铁板下加热，不断翻动填料，控制温度，一般用手抓握感觉温热即可。环氧砂浆也不宜一次配制太多，根据施工速度即用即配，如果配制好的砂浆不及时使用，超过1h，砂浆会出现初凝而不能再使用，成为废料。

2.2.5 环氧砂浆的涂抹。为了使环氧砂浆密实，提高砂浆强度，必须对砂浆进行压抹，一次涂抹厚度不宜超过0.8厘米。所谓压抹就是用抹刀反复用力抹，直到砂浆表面泛出光亮胶液为止。在涂抹砂浆时可以多准备几把抹刀，并在火上将抹刀烤热（不烫手为宜），交替使用，这样可以防止抹刀与砂浆粘黏而增加抹压施工难度。

3 环氧树脂实际应用工艺及质量控制措施

3.1 环氧砂浆修补钢筋混凝土保护层的施工方法及要点

采用环氧砂浆处理脱落的保护层，可以起到修补和加固的作用。处理混凝土构件底面和侧面保护层的施工步骤一般较简单，首先清除松动保护层，在修补面涂刷胶液，最后涂抹环氧砂浆。但处理顶面保护层，施工难度会大大增加。如修补面积较大，一般可采用模板施工。首先在混凝土粘贴面均匀涂抹环氧胶液，约30min后，胶液达到常温，并具有一定黏性，即可涂抹砂浆，涂抹厚度应比旧保护层稍厚一些，然后用内侧贴有聚乙烯薄膜的模板托顶，并从模板下方用立柱顶压，这样既可以起到固定模板的作用，又可以使环氧砂浆与混凝土紧密结合。待环氧砂浆24h固化后即可撤模。

3.2 环氧树脂粘贴碳纤维补强钢筋混凝土构件的施工方法及要点

碳纤维根据原料及生产方式的不同，主要分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维（高强度型）及沥青基碳纤维（高弹性型）。通过环氧胶液将碳纤维布层层黏附于钢筋混凝土结构表面并与之紧密地结合在一起形成整体，共同受力，达到对钢筋混凝土构件补强的目的。一般用于增加渡槽、桥梁主梁的应力强度。施工中，首先凿除松动的混凝土表层，用环氧砂浆修复平整，保养2d；对需要加固的界面进行处理，表面进行打磨，去除凸起部位，用丙酮进行彻底清洗；在处理过的混凝土表面均匀涂抹环氧胶液，约120min胶液固化后（手感干燥为准），再进行下一工序；粘贴碳纤维布，在固化的胶液底层上再涂抹一层胶液，用刮板刮平，随即把按照设计要求裁剪好的碳纤维布粘贴到设计部位，然后用专用滚子沿碳纤维布的受力方向来回滚压，挤出气泡。待干硬后，即可进行第二道碳纤维布的粘贴，方法同第一道。待达到设计层厚，表面再涂一层胶液，来回滚压，使胶液充分渗入碳纤维布中。最后待表面胶液干硬后，用喷涂法做一层水泥砂浆保护层[3]。

3.3 环氧树脂粘贴U型橡胶处理伸缩缝施工方法及要点

3.2.1 渡槽伸缩缝截面一般设计为15×3cm矩形槽。新建渡槽伸缩缝槽在粘贴前一般不需要作过多处理，只需用钢丝刷刷净表面混凝土浮灰，再用板刷刷干净即可。旧渡槽伸缩缝维修，矩形槽处理则需要凿除松动混凝土层，用钢丝刷彻底清除矩形槽内壁表面的泥垢、杂物、老化层，直到露出新的混凝土表面。为了提高粘接强度，还要对U型橡胶表面进行砂毛，一般采用电动钢丝砂轮进行处理，砂毛后的橡胶要用薄膜包裹好待用，防止粘上尘土。

3.2.2 在处理过的伸缩缝槽表面涂抹胶液后，用环氧砂浆打底。打底用的环氧砂浆在配制时应少量增加稀释剂，以增加和易性。打底砂浆涂抹层不宜过厚，一般不要超过0.5cm。新建渡槽打底砂浆涂抹好后，在没有初凝前，快速粘贴U型橡胶；如果是旧渡槽伸缩缝维修，伸缩缝槽有不平整、不规则或缺损的情况，则应先用环氧砂浆修补，使伸缩缝槽呈规则的15×3cm矩形槽，等修补砂浆24h完全固化后，再进行环氧砂浆打底。

3.2.3 打底砂浆涂抹好的同时，应在U型橡胶粘贴面均匀涂抹胶液，注意在橡胶上涂抹胶液时，也要保证橡胶表面的温度，也可用喷灯均匀烘热，用手触摸感觉温热即可。粘贴橡胶时一般要多人配合，动作迅速，以防止渡槽侧墙伸缩缝槽的打底砂浆塌落。将橡胶涂抹胶液的一面与涂有打底砂浆的伸缩缝槽紧密贴合。必须保证粘贴一次完成。橡胶按照设计位置贴好以后，渡槽侧墙橡胶应尽快用模板固定，以防止橡胶滑落。模板一般用木板制作，长、宽度与橡胶相同，厚度约为2.5cm。模板要采用垂直方向顶压，使橡胶受力与打底环氧砂浆充分贴合，并保持模板固定、不产生松动和位移。

3.2.4 经24h固化后，拆卸模板，查看橡胶粘贴效果，如果侧边有空洞，则用环氧砂浆填补。在确定橡胶粘贴完好后，用喷灯均匀烘烤橡胶表面至温热，在U型橡胶表面及伸缩缝矩形槽侧面刷胶液。待胶液有一定黏度后，涂抹环氧砂浆。这一层环氧砂浆主要是为了使橡胶与伸缩缝槽侧面粘接，并为橡胶表面起到保护层的作用。砂浆层厚度约0.5cm～1cm。注意要在环氧砂浆固化前，用抹刀沿U橡胶中缝将环氧砂浆划开一条通缝，以确保橡胶的伸缩功能。

4 结语

汉延渠水工程在应用环氧树脂材料施工中不断总结经验、研究探索，逐步形成一套适合宁夏引黄灌区水工程特点的环氧树脂材料施工方法，一些工程经过20多年的运行没有发生质量问题和重复维修的情况，一直发挥着良好的工程效益。另外，环氧树脂材料易得，投资少，施工方便快捷，有很强的适应性。实践证明，只要施工方法科学合理，施工工艺得当，环氧树脂材料仍然是一种值得推广和应用的工程建材，而且还可以采用不同的配方、制成各种高分子材料，发挥更多的用途，比如在防水防渗涂层、环氧混凝土浇筑、厂房地平处理等领域有更广阔的应用空间。

[1]刘志栋,曾力,高珍.新老混凝土界面修补现状综述[J].中国农村水利水电,2010（6）

[2]金玉杰,肖立光.环氧树脂混凝土现状与分析[J].吉林建筑工程学院学报,2009（4）

[3]刘福荣，杨金国，李宁. 碳纤维补强加固技术在水利工程建筑物中的应用[J].宁夏工程技术，2008（3）

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.23.015

1.付文禹，工程师，主要从事水利工程建设与管理工作；

2.刘福荣，正高级工程师，主要从事水利灌溉，工程建设与管理工作。