改性环氧修复剂修复潮湿环境下混凝土裂缝的固化时间影响

刘丽秋

(辽宁水利土木工程咨询责任公司，辽宁 沈阳 110000)

1 材料与方法

1.1 试验原料

此次试验中使用的改性环氧修复剂由以下材料制备：环氧树脂材料使用的是凤凰牌双酚A型环氧树脂E-44，固化剂为改性脂肪胺和聚酯胺，稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚，促进剂为DMP-30环氧树脂催化剂，表面活性剂为异构十三醇聚氧乙烯醚-3，有机溶剂为无水乙醇，填料为徐州中联水泥厂生产的普通硅酸盐水泥。其配合比为环氧树脂100.0 g，改性脂肪胺10.0 g，聚氨酯10.0 g，稀释剂40.0 g，乙醇20.0 g，促进剂2.0 g，活性剂1.5 g，增韧剂10.0 g。

试验中使用的水泥材料为P·O 42.5普通硅酸盐水泥，细骨料为天然中砂，粗骨料为粒径5～20 mm，级配良好的天然碎石，试验用水为普通自来水。

1.2 试验设计

试验中使用100 mm×100 mm×100 mm的标准试件，对养护好的混凝土试件利用万能试验机加载破坏的方式制造裂缝，利用模具和游标卡尺确定裂缝宽度[1]。考虑到裂缝宽度也是修复效果的重要影响因素，试验中设计了1 mm、3 mm和5 mm等3种不同的裂缝宽度，设计3 d、6 d、9 d、12 d和15 d等5种不同固化时长，设计出如表1所示的15种不同试验方案。

表1 裂缝修复试验方案设计

1.3 试验方法

试验中按照渠道衬砌混凝土中常用的C30混凝土进行配合比设计和试件制作。将制作好的试件在养护室内以标准养护条件养护至28 d龄期[2]。

对养护好的试件利用液压伺服万能试验机加压至劈裂。将试件裂缝表面的灰尘和残渣清理干净；利用游标卡尺和模具控制好裂缝宽度，然后，在裂缝的底部和两侧涂抹封缝胶，预留一面进行灌浆修补[3]。待缝胶凝固良好后，将试件放入清水中浸泡24 h以模拟潮湿环境。取出试件擦拭干净表面水分进行注浆修补处理，然后，养护至规定龄期。在试验之前，将封缝胶清理干净，以免其影响试验结果。

试件的抗压强度采用液压伺服万能试验机测试，在测试中采用带缝面为顶面的最不利试验方式。抗折强度的试验采用两点对称加载的方式。在渠道衬砌裂缝修复工程中，对水工混凝土结构而言，抗渗性也是重要的检验指标。因此，研究中测试混凝土试件的抗渗性，获得不同方案的抗渗系数。

2 试验结果与分析

2.1 抗压强度

对不同试验方案条件下的混凝土试件进行抗压强度测试，获取混凝土裂缝修补后试件的抗压强度值。为了进行横向对比，将没有裂缝的混凝土试件的抗压强度值作为试验标准值进行对比，结果如表2所示。根据试验数据，绘制出抗压强度随固化时长的变化曲线，结果如图1所示。

图1 抗压强度随固化时长变化曲线

表2 抗压强度及恢复率试验结果

从试验结果可以看出，混凝土试件的抗压强度及恢复率随着固化时长的增加呈现出先迅速增加之后逐渐趋于平稳的变化特点。具体来看，在固化时长小于9 d时，试件的抗压强度值较低，但是抗压强度的恢复率较快。抗压强度恢复率可以由40%左右迅速增加到80%～90%。在固结时长大于9 d时，抗压强度值的增加幅度相对较小。究其原因，主要是潮湿环境不利于改性环氧修复剂的完全反应，导致其早期的力学性能较差。从28 d试验结果来看，除了1 mm缝的抗压强度恢复率仍低于100%之外，其余两种缝宽方案的抗压强度恢复率均大于100%。由此可见，此次研究使用的改性环氧修复材料具有良好的潮湿界面修复性能，修复后的界面不会成为试件受压破坏过程中的薄弱处。

除此之外，缝宽因素也会对抗压强度产生一定的影响。从具体的试验数据来看，过小或过大的缝隙宽度，抗压强度值都相对较小。究其原因，可能是过窄的缝隙不利于提高修复剂的填充密实度，而过宽的缝隙需要更长的固化时间来提高修复剂固结体的强度。

2.2 抗折强度

对不同试验方案条件下的混凝土试件进行抗折强度测试，获取潮湿界面混凝土裂缝修补后的抗折强度值并计算出其抗折强度恢复率，结果如表3所示。根据试验数据，绘制出抗折强度随固化时长的变化曲线，结果如图2所示。从试验结果可以看出，抗折强度和抗压强度类似，随着固化时长的增加呈现出先迅速增大后趋于稳定的变化特点，当固化时长小于9 d时，抗折强度增加较为迅速，之后增加较为缓慢，其原因和抗压强度类似，这里不再敷述。

图2 抗折强度随裂缝宽度变化曲线

表3 抗折强度及恢复率试验结果

此外，从15 d试验结果来看，不同裂缝宽度方案的抗折强度恢复率均高于100%，说明改性环氧修复剂的混凝土试件抗折性能的提升作用更为有效。另一方面，随着裂缝宽度的增加，试件的抗折强度呈现出小幅增大的变化特点，原因可能是裂缝宽度的增加有利于修复质量的提升，修复剂和混凝土界面的黏结效果更佳。

2.3 抗渗性

研究中根据抗渗性试验数据，计算出不同试验方案试件的渗水系数，结果如表4所示。从试验结果可以看出，各方案条件下混凝土试件的渗水系数呈现出波动变化的特点，且波动范围相对较小，与对比方案的试验结果极为接近。由此可见，改性环氧树脂修复剂对混凝土裂缝修复之后的渗水系数并无显著变化，其部分波动性可能是由试验中的误差所致。因此，裂缝宽度和固化时长不会对混凝土的抗渗性产生显著影响。另一方面，修复后的混凝土试件渗水系数与对比方案极为接近，甚至存在微弱优势。因此，改性环氧修复剂在对混凝土裂缝修复之后，可以产生良好的堵漏作用，显示出良好的工程应用价值。

表4 抗折强度及恢复率试验结果

3 结 语

对衬砌结构裂缝进行科学有效的修复，可以有效提升渠道衬砌结构的耐久性和服役性能，具有重要的工程意义和价值。此次研究利用室内试验的方式，探讨了固化时长对不同宽度衬砌混凝土裂缝的修复效果。试验结果显示，修复之后混凝土试件的抗压强度、抗折强度和渗透性均有显著提升。鉴于抗压强度和抗折强度在9 d固化时长前的增速较快，且在9 d固化时长已经达到80%以上的修复率，因此，在工程应用中建议采用9 d的固化时长，这不仅可以保证修复质量，同时还有助于控制施工工期。当然，具体的固化时长与材料本身存在密切联系。因此，在今后的研究中需要针对环氧修复材料的工艺改进进行有针对性的试验，以获得更为科学和全面的研究成果。