钢筋混凝土电杆修补用环氧树脂砂浆的研制

2015-03-23 01:13宣文丛花蕾

江苏建材 2015年3期

宣文，丛花蕾

（1.江苏苏豪建设集团有限公司，江苏南京 210012；2.可利亚多元醇(南京)有限公司，江苏南京 210047）

0 引言

钢筋混凝土电杆在制作、运输、吊装和运行过程中容易产生各种缺陷，其中最常见的便是裂缝，即使是预应力混凝土电杆也难以避免。这样电杆长年经受大气和雨水的侵蚀，尤其低温时裂缝中的水分冻结成冰又促使裂缝扩展，在反复冻融下导致了裂缝边缘的散裂；当水分接近钢筋以后就会逐渐破坏其四周的碱性保护层，钢筋便开始锈蚀。铁锈体积的膨胀同样也使裂缝扩大以致散裂，最终将使结构强度减弱，使安全运行受到威胁。对于存在各种缺陷的电杆，其可以继续服役的时间取决于修补方法的可靠性。本文根据钢筋混凝土电杆的裂缝特点，研制环氧树脂砂浆修复材料，结合对环形混凝土试件的病害检测，对部分受损在役钢筋混凝土电杆进行了修补，取得了良好效果。

1 试验

1.1 原材料

本试验用胶黏剂为无锡树脂厂生产的E-51环氧树脂，固化剂为江西省西南化工有限公司生产的低分子650 聚酰胺树脂，两者的实测密度分别为1.190 g/mL 和0.976 g/mL。用邻苯二甲酸二丁酯（DBP）作增韧剂, 掺加501 活性稀释剂和KH-550偶联剂。所用填料为南京海螺水泥有限公司生产的P.O 42.5 水泥和经冲洗、烘干、过筛的粒径小于0.63 mm 的江砂。

1.2 试验方法

根据设定配合比制备环氧树脂砂浆并成型相关试体。参照《环氧树脂砂浆技术规程》D L/ T 5193-2004 测定环氧砂浆的表观密度、固化时间、抗压强度、抗拉强度、弯曲强度。抗压强度测定采用40 mm 立方体试体，抗拉强度测定用“8”字形试体，弯曲强度测定用尺寸为40 mm×40 mm×160 mm 的棱柱型试体。参照《混凝土结构加固设计规范，附录F：粘结材料粘合加固材与基材的正拉粘结强度实验室测定方法及评价标准》GB 50367-2006 制作环氧树脂砂浆与混凝土粘结强度测试试件，测定环氧树脂砂浆与混凝土基体的粘结性能。混凝土基材的抗压强度为46.3 MPa。

2 试验结果与分析

2.1 可操作时间

2.1.1 固化剂掺量的影响

表1 是在25 ℃时不同环氧树脂：固化剂质量比是粘结剂的可操作时间。在一定范围内，随着固化剂掺量的增大（环氧树脂：固化剂质量比减小），粘结剂的固化加快，可操作时间缩短。当固化剂掺量超过一定值后，会对胶粘剂的力学性能产生不利影响。从表1 结果看，环氧树脂∶固化剂质量比在1.1∶1 到1.5∶1 之间时可操作时间都是可取的，从力学性能的角度考虑，以取环氧树脂：固化剂质量比为1.5∶1 比较合适。

表1 固化剂掺量对操作时间的影响

2.1.2 稀释剂掺量的影响

稀释剂可以降低胶黏剂的粘度，增加流动性、流平性、浸润性，改进施工工艺性能。表2 是25 ℃时，环氧树脂：固化剂质量比为1.5∶1 时不同稀释剂（501 活性稀释剂）掺量的胶粘剂的可操作时间。可以看出，稀释剂可以一定程度延缓固化，延长可操作时间。试验结果表明，掺加环氧树脂的15%的501 活性稀释剂可以使环氧树脂砂浆的可操作时间延长1/2 以上，超过1 h。

表2 稀释剂掺量对操作时间的影响

2.1.3 操作温度的影响

表3 是掺有环氧树脂质量的10%的501 活性稀释剂的不同温度时环氧树脂：固化剂质量比为1.5：1 的胶粘剂的可操作时间。从表3 中结果可以看出，温度对胶粘剂的固化时间影响很大，在夏天温度较高时，操作时间会缩短，应适当降低固化剂的掺量，而冬天气温较低时，固化和强度发展过慢，应适当提高固化剂掺量或添加固化促进剂。

表3 温度对可操作时间的影响

2.2 固化强度

2.2.1 固化剂掺量的影响

表4 是胶黏剂（环氧树脂+固化剂）与填料（水泥：石英砂=1∶3）质量比为1∶4 的不同环氧树脂：固化剂质量比的固化体在25 ℃时的力学性能。从表4结果可知，环氧树脂与固化剂质量比为1.5∶1 时胶粘剂有较好的力学性能。当固化剂含量偏低时，环氧基反应效率低；当固化剂过量时，则固化效率低；两者均会导致交联密度低，固化体不能形成理想网状交联状态，从而未能达到最佳性能。

表4 不同固化剂掺量的固化体性能

2.2.2 填料的影响

填料是建筑修补胶中不可缺少的组份。掺加适量的填料，不仅可以降低原材料成本，而且可以提高环氧固化体的抗压缩性能。表5 是环氧树脂与固化剂质量比为1.5∶1 的聚合物，填料为不同水泥和细砂掺量修补材料在25 ℃时的强度值。从表5 结果可知，每100 重量份胶黏剂（环氧树脂加聚酰胺树脂）加200～400 重量份填料（水泥和砂子），均有利于抗压缩强度的提高，过多掺入填料就会导致强度的下降。

不同填料掺量环氧固化体与设计值为C50 的旧混凝土抗拉粘结强度均大于2.5 MPa，且均为混凝土内聚破坏。聚合物分子扩散能力强，渗透到基层材料表面的毛细孔、裂缝中、毛面上对缝隙进行堵塞，聚合物凝聚时能与基体可靠相连，并形成机械粘接；同时，环氧固化剂与填料等牢牢地粘结成坚固的整体，大大提高了聚合物粘结强度。对面层材料而言，抗压、抗折强度也是阻止材料开裂的主要参数，当强度值较大时对收缩有一定的抑制作用，因此聚合物与填料按为1∶4，水泥与砂子按1∶3掺合是抑制开裂最合适的比例。

表5 不同填料掺量的环氧固化体性能

2.2.3 增韧剂的影响

增韧剂可以改善环氧固化体的脆性，提高其冲击韧性，但掺量过大会影响固化体的硬度和抗折、抗压强度。向环氧树脂固化体系中引入高分子质量的弹性体，对于改善胶黏剂的韧性效果最佳。表6是环氧树脂：固化剂质量比为1.5∶1，胶黏剂与填料按1∶4，水泥与砂子按1：3 掺合时再掺入不同量（环氧树脂的百分数）增韧剂邻苯二甲酸二丁脂（DBP）对固化体韧性的影响。在试验范围内，环氧固化体的柔韧性随着邻苯二甲酸二丁脂掺量的增加而提高，但强度值随邻苯二甲酸二丁脂掺量的增加而降低，对于混凝土修补材料而言，根据表6 所示增韧剂（DBP）掺量以环氧树脂的10%为宜。

表6 不同增韧剂（DBP）掺量的环氧固化体性能

2.2.4 偶联剂的影响

偶联剂引起分子结构中具有两种截然不同的基团，可分别与有机物和无机物结合，使有机物和无机物两种性质不同的材料能通过偶联剂的桥梁作用牢固结合起来，从而改善环氧固化体的性能。表7 是环氧树脂：固化剂质量比为1.5：1，胶黏剂与填料按1∶4，水泥与砂子按1：3 掺合时，掺入不同量KH-550 偶联剂的环氧砂浆固化体的性能，可见掺加环氧树脂重量4%的KH-550 偶联剂可以一定程度提高环氧砂浆固化体的抗拉强度。

3 钢筋混凝土电杆修补用环氧树脂砂浆组成及其应用

根据上述试验结果，确定混凝土电杆修补材料为环氧树脂修补砂浆的各组份配合比见表8，其中掺加少量炭黑是为了使得修补砂浆固化后的颜色接近水泥浆体，其性能检测结果见表9。应用该环氧树脂砂浆对苏北某在役输电线路部分受损钢筋混凝土电杆进行了修补。图1 和图2 分别是对在役钢筋混凝土电杆锈胀剥落和合缝漏浆演变成的缝隙的修补情况。使用结果表明，这种环氧树脂修补砂浆可操作性好，固化快，抗压、抗弯和与旧混凝土粘结强度高，适用于对在役钢筋混凝土电杆的缝隙和剥落的修复。