不中断交通条件下的板梁桥铰缝修复系统用胶粘剂的性能研究

薛雪雪 周洪芝 罗仕刚 宋少波 司家宁

摘 要：针对不中断交通条件下的板梁桥铰缝修复系统用胶粘剂，包括专用于铰缝灌注的环氧结构胶粘剂和封闭铰缝专用的环氧结构胶粘剂进行了实验探究，结果表明：对于铰缝灌注的环氧结构胶粘剂，稀释剂加量对凝胶时间几乎无影响，改性酚醛胺（D1）和改性聚醚胺（D2）的不同配比对凝胶时间影响较大，胶粘剂的黏度大小和凝胶时间的快慢影响施工效率。对于封闭铰缝专用的环氧结构胶粘剂，随着改性脂环胺固化剂添加量的增加，黏度逐渐变小，凝胶时间不断延长。在实际工况中，既要满足足够的施工时间，又要不能影响下一步注胶工序;触变剂的添加量会影响胶粘剂的触变指数和流挂性，随着触变剂添加量的增加，触变指数不断增大，流挂性越好。

关键词：铰缝修复;环氧结构胶粘剂;性能测试;加固

中图分类号：TQ437+.1       文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2022）02-0181-04

在我国公路桥梁建设中，广泛采用了装配式铰接板梁结构，各板梁之间通过现浇混凝土铰接相连[1]。随着城市桥梁交通量的日益增加，铰缝两侧板梁反复错动，加快了铰缝的破坏，所以应对其进行加固以确保桥梁结构和车辆安全通行[1-2]。目前针对板梁桥铰接缝破坏的加固方法主要有4种：重铺装钢筋网、增加锚固联结钢板、增加剪力钢筋和张拉横向预应力。这4种方法都需要中断交通，且需要凿除、清理既有桥面铺装及铰缝混凝土，工期较长[3]。铰缝修复系统是近几年新兴的一种处理铰缝病害的技术，较传统的整体更换桥面铺装方案更具经济性，工期短，整个施工过程均占用桥下空间，无需封闭交通，因此对通行及施工安全要求较高的功力桥梁尤为适用[4]。环氧树脂建筑结构胶因具有优异的力学性能和耐久性能得到广泛使用[5-7]。本文针对不中断交通条件下的板梁桥铰缝修复系统用胶粘剂，包括专用于铰缝灌注的环氧结构胶粘剂和封闭铰缝专用的环氧结构胶粘剂进行了实验探究，并进行性能测试。结果表明：稀释剂添加量、固化剂种类、固化剂比例、触变剂加量均对其施工性能和力学性能产生影响。本研究有助于为不中断交通条件下的板梁桥铰缝修复系统用的环氧胶粘剂配方设计和优化提供参考。

1 试验部分

1.1 试验原料

环氧树脂（CYD-128）（工业级，市售）;稀释剂：十二至十四烷基缩水甘油醚（工业级，市售）;硅烷偶联剂（KH560）（工业级，市售）;触变剂（工业级）;有机膨润土（工业级，市售）;石英粉（325目，工业级，天津燕东矿产品有限公司）;固化剂：D1（改性酚醛胺类）、D2（改性聚醚胺）（工业级，美国亨斯迈有限公司）;E1（特种酚醛胺）、E2（改性脂环胺）（工业级，广州瑞奇化工有限公司）。

1.2 试验仪器

双行星动力混合机（5L，佛山市金银河智能装备股份有限公司）;黏度计NDJ-5S（上海平轩科学仪器有限公司）;智能粘接强度检测仪（北京天地星火科技发展有限公司）;数显恒温水浴锅（湖南力辰仪器科技有限公司）;GTS标准型凝胶时间测定仪（上海瑞亿仪器有限公司）;微机控制电子万能试验机（济南万测电气设备有限公司）;鼓风干燥箱（上海博迅实业有限公司）;恒温恒湿箱（上海一恒科学仪器有限公司）;钢板尺，刻度单位为0.5 mm;下垂度模具，宽（20±0.2）mm，深度（3±0.2）mm，模具按GB13477.6—2002要求制作。

1.3 铰缝灌注的环氧结构胶粘剂

将准确计量的A组分：环氧树脂、稀释剂、硅烷偶联剂按照配比混合均匀;B组分：不同类型的固化剂按照比例混合均匀，固化剂选用D1（改性酚醛胺）和D2（改性聚醚胺）。A组分和B组分按照2∶1配比配制而成，即得铰缝灌注的环氧结构胶粘剂。表1为铰缝灌注的环氧结构胶粘剂配方。

1.4 封闭铰缝专用的环氧结构胶粘剂

将准确计量的A组分：环氧树脂、硅微粉、有机膨润土、硅烷偶联剂放入双行星搅拌釜中，常温常压下缓慢搅拌分散30 min;然后抽真空脱泡5 min，出料即可。

将准确计量的B组分：固化剂（E1、E2）、硅微粉、白炭黑放入双行星搅拌釜中，常温常压下缓慢搅拌分散30 min;然后抽真空脱泡5 min，出料即可。表2为封闭铰缝专用的环氧结构胶粘剂基础配方。

A组分和B组分按照2∶1配比配制而成，即得封闭铰缝专用的环氧结构胶粘剂。

1.5 测试与表征

（1）初黏度的测试：依照GB 50728—2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》附录Q进行初始粘度测试;

（2）固化体系凝胶时间：采用凝胶时间测定仪进行测定;

（3）触变指数的测试：使用旋转黏度计NXS-11A，依照GB 50728—2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》附录R进行触变指数测试;注意涂布型环氧粘钢结构胶为加填料的胶粘剂，应依照标准要求中的高黏度胶液进行触变指数的测试计算，触变指数It=η5.6/η65，式中：η5.6表示转速为5.6 r/min时的胶粘剂黏度;η65表示转速为65 r/min时胶粘剂黏度;

（4）下垂流度（抗流挂性）的测试：使用鼓风干燥箱、钢板尺、下垂度模具，依照GB/T 13477.6—2002标准进行测试，测试试件垂直放置时的垂流度;测试环境的实验温度应分别选取25 、35 和45 ℃;

（5）力学性能测试：采用微机控制电子万能试验机进行测定，制样标准和判定依据参照GB/T 2567—2008、GB/T 7124—2008和GB 50728—2011。

2 結果与讨论

2.1 稀释剂和改性聚醚胺质量分数对铰缝灌注的环氧结构胶粘剂的影响

试验考察了稀释剂和改性聚醚胺质量分数对铰缝灌注的环氧结构胶粘剂黏度以及凝胶时间的影响，确定稀释剂和改性聚醚胺最佳质量分数，结果如图1所示。

由图1可知，稀释剂和改性聚醚胺质量分数变化均会影响胶粘剂黏度，随着稀释剂和D2质量分数的增加，黏度逐渐降低。根据图1中凝胶时间测试结果可以得出，稀释剂质量分数变化对凝胶时间几乎无影响;改性聚醚胺质量分数变化对凝胶时间影响较大。胶粘剂的黏度大小和凝胶时间的快慢影响施工效率。综上所述，当稀释剂质量分数为3.0%，D2质量分数在20%～40%时，黏度在200～500 mPa·s，凝胶时间为40～70 min。

2.2 铰缝灌注的环氧结构胶粘剂力学性能测试结果

铰缝灌注的环氧结构胶粘剂力学性能测试数据结果如表3所示。

由表3可知，D1为改性酚醛胺，D2为改性聚醚胺，固化剂的种类和配比影响拉伸强度、断裂伸长率、受拉弹性模量、钢对钢拉伸抗剪强度。随着改性酚醛胺比例增加，拉伸强度和受拉弹性模量增大，伸长率降低。这是由于D2为改性聚醚胺，分子结构中含有醚键，属柔性固化剂所改。

2.3 改性脂环胺质量分数对封闭铰缝专用的环氧结构胶粘剂的影响

脂环胺为分子结构里含有脂环结构（环己基、杂氧、氮原子六元环）的胺类化合物。多数为低黏度液体，适用期比脂肪胺长，固化物的色度、光泽优于脂肪胺和聚酰胺[8]。所以，选用低黏度的改性脂环胺固化剂和固化速度较快的酚醛胺进行研究。改性脂环胺质量分数对封闭铰缝专用的环氧结构胶粘剂的影响，结果如图2所示。

由图2可知，E1为特种改性酚醛胺固化剂，E2为改性脂环胺固化剂，随着改性脂环胺固化剂质量分数的增加，黏度逐渐变小，凝胶时间不断增加。实际工况中，既要满足足够的施工时间，又要不能影响下一步注胶工序，所以，本研究中E2质量分数为40%时，允许施工时间15 min，同时满足4 h后可进行下一步注胶。

2.4 触变剂的质量分数和温度对封闭铰缝专用的环氧结构胶粘剂的影响

有机膨润土“触变性”作用机理：有机膨润土中存在的纳米级SiO2是无定型粉末，表面有不饱和残键和不同键及状态下的羟基，使其分子状态呈三维网状结构，由于其表面聚集的氢键之间的作用力较弱，在外部剪切力存在情况下，剪切变稀，剪切力消除后，结构迅速重组，这就是有机膨润土的“触变性”[9]。A组分触变剂质量分数和温度对封闭铰缝专用的环氧结构胶粘剂影响，结果如表4所示。

由表4可以看出，触变剂的质量分数会影响胶粘剂的触变指数和流挂性。随着触变剂质量分数增加，触变指数不断增大，流挂性越好。当触变剂质量分数为0.4%时，A、B组分混合后触变指数为5.21，在温度为25、35、45 ℃条件下，下垂度为0 mm。所以触变剂质量分数为0.4%时，可以满足施工要求。

2.5 封闭铰缝专用的环氧结构胶粘剂力学性能测试结果

根据封闭铰缝专用的环氧结构胶粘剂力学性能测试：E1为特种酚醛胺固化剂，E2为改性脂环胺固化剂，拉伸强度、受拉弹性模量、钢对钢拉伸抗剪强度数据结果如表5所示。

3 结语

（1）本研究有助于指导不中断交通条件下板梁桥铰缝修复系统用环氧胶粘剂配方设计和优化;

（2）对于铰缝灌注的环氧结构胶粘剂，胶粘剂的黏度大小和凝胶时间的快慢影响施工效率，稀释剂质量分数为3.0%，D2质量分数为20%～40%，黏度在200～500 mPa·s，凝胶时间为40～70 min;

（3）对于封闭铰缝专用的环氧结构胶粘剂，实际工况中，既要满足足够的施工时间，又要不能影响下一步注胶工序，本研究中E2质量分数为40%时，允许施工时间15 min，同时满足4 h后可进行下一步注胶;

（4）触变剂质量分数变化会影响胶粘剂的触变指数和流挂性。本研究中选用有机膨润土作为触变剂，随着触变剂质量分数增加，触变指数不断增大，流挂性越好。触变剂质量分数为0.4%时，可以满足施工要求。

【参考文献】

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