水性環(huán)氧樹脂是環(huán)氧樹脂經(jīng)乳化后的樹脂材料。水性環(huán)氧樹脂的優(yōu)點是能真正水性化。它無氣味、不燃、安全性好，操作性佳。固化后的樹脂收縮小、硬度高、耐磨性好。除了具有溶劑型環(huán)氧樹脂的諸多優(yōu)點外，突出優(yōu)勢表現(xiàn)是可在室溫和潮濕或過濕的環(huán)境中固化，能與水泥、石灰、石膏等常用的水性膠結(jié)物配合，是橋梁維護(hù)的一種新材料 

    1、水性環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)工藝

    1.1環(huán)氧樹脂水性化的方法

    環(huán)氧樹脂水性化有三種方法：機(jī)械法、化學(xué)改性法和相反轉(zhuǎn)法。研究中是采用相反轉(zhuǎn)法。水性環(huán)氧樹脂乳液的生產(chǎn)過程，是在一定高溫高速剪切作用下將乳化劑和環(huán)氧樹脂混合均勻，隨后緩慢地向混合體中加入蒸餾水，隨著加水量的增加，整個體系逐步由油包水向水包油轉(zhuǎn)變，形成均勻穩(wěn)定的水可稀釋體系。

    1.2乳化劑的制作

    將一定比例的環(huán)氧樹脂E-44和表面活性劑加入到裝有攪拌器、溫度計的三頸瓶中。加熱到90℃，待環(huán)氧樹脂E-44和表面活完全溶解后停止加熱，加入催化劑�？刂品磻�(yīng)溫度在100℃左右反應(yīng)4小時。然后加入蒸餾水進(jìn)行溶解稀釋,，形成環(huán)氧樹脂水性乳化劑。

    1.3 水性環(huán)氧樹脂乳液的生產(chǎn)

    把環(huán)氧樹脂E-44的乙二醇單乙醚溶液和水性乳化劑按一定比例攪拌混合均勻，然后加入蒸餾水直到體系的粘度下降，此時的環(huán)氧樹脂溶液將轉(zhuǎn)變?yōu)樗�相，發(fā)生了相反轉(zhuǎn)，再加入適量蒸餾水稀釋至一定濃度即制得水性環(huán)氧樹脂。表1是水性環(huán)氧樹脂的各項指標(biāo)。

    2、水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的特性

    2.1水性環(huán)氧砂漿特性

    在建筑砂漿中摻入不同比例的水性環(huán)氧樹脂，可配制不同用途的水性環(huán)氧砂漿。表2是不同水性環(huán)氧樹脂摻量下水泥砂漿應(yīng)用情況。

    2.2水性環(huán)氧水泥漿液特性

    在橋梁維修加固中，新舊混凝土的粘結(jié)和裂縫的處理，都必須使用環(huán)氧樹脂漿液。把環(huán)氧樹脂水性化后，環(huán)氧樹脂既能隨水滲透進(jìn)結(jié)構(gòu)層內(nèi)形成粘結(jié)力，又能在潮濕的結(jié)構(gòu)層表面黏附與新的水泥混凝土粘結(jié)，形成一個粘結(jié)連續(xù)體。純的水性環(huán)氧液還可以對橋面鋪裝層裂縫進(jìn)行封縫處理，凡是水能到達(dá)的地方，環(huán)氧樹脂都能到達(dá)，這就起到很好的堵水和加固的作用。因此，水性環(huán)氧水泥漿液應(yīng)用廣泛，表3為水性環(huán)氧水泥漿的部分特性。

    2.3水性環(huán)氧水泥混凝土特性

    在配制的水泥混凝土中，摻入占水泥重量10%~25%的水性環(huán)氧樹脂，可配制成早強(qiáng)的水性環(huán)氧水泥混凝土。其用水量可參考下式計算：

      HSC=WC－Cβ(1—α)  

    上式中：HSC是水性環(huán)氧水泥混凝土的用水量；WC是水泥混凝土的用水量；C是水泥用量；β是水性環(huán)氧樹脂占水泥量的百分比；α是水性環(huán)氧中的固體含量百分比。

    在橋梁維護(hù)中，水性環(huán)氧水泥混凝土可用于橋面坑槽、橋面伸縮逢的應(yīng)急處理。其施工工藝與水泥混凝土修補(bǔ)工藝完全相同。表4是水性環(huán)氧水泥混凝土的部分特性。

    3、水性環(huán)氧樹脂在橋梁維護(hù)中的應(yīng)用

    3.1水性環(huán)氧水泥混凝土固化劑的改進(jìn)與應(yīng)用

    應(yīng)用前，在汕尾市公路工程質(zhì)量檢測站中心實驗室做了水性環(huán)氧樹脂混凝土的抗折和抗壓試驗，結(jié)果表明，水性環(huán)氧樹脂水泥混凝土（C30）的早期強(qiáng)度較為理想（3d強(qiáng)度達(dá)到15.2Mpa，占齡期強(qiáng)度的51%），但是后期強(qiáng)度即28d齡期強(qiáng)度不高（28d強(qiáng)度僅為31 Mpa），后期強(qiáng)度偏低。

    其原因是：水性環(huán)氧樹脂膠液是在高溫下將普通的環(huán)氧樹脂乳化，使環(huán)氧樹脂以顆粒或膠體的形式分散于以水為介質(zhì)的乳液中。使用前需在膠液中摻入一定量的固化劑，將水中的環(huán)氧樹脂固化，析出膠液中的水分。因此固化劑的粘聚性和析水能力很大程度上影響著水性環(huán)氧樹脂膠液的強(qiáng)度。在試驗中選取的是651胺類固化劑，之所以出現(xiàn)后期強(qiáng)度提高不大的情況，關(guān)鍵在于該類固化劑沒有將水性環(huán)氧樹脂膠液中的水全部析出，導(dǎo)致混凝土中殘留少量的水分，增大了水灰比，影響后期強(qiáng)度。

    針對上述出現(xiàn)的問題，我們將固化劑進(jìn)行了調(diào)整，選取新的三類固化劑進(jìn)行對比試驗，此三類固化劑分別為：（Ⅰ）DFN胺類；（Ⅱ）多乙烯多胺類；（Ⅲ）脂肪端氨基聚酰胺類。將三類分別加入水性環(huán)氧樹脂膠液中分別出現(xiàn)下述現(xiàn)象：（Ⅰ）類固化劑加入后，15分鐘后出現(xiàn)水油分層變色；1小時后分層結(jié)束，下部開始變硬，上部為水；24小時后去掉上部的水分，下部為純的環(huán)氧樹脂，強(qiáng)度達(dá)到4Mpa。（Ⅱ）類固化劑加入后，30分鐘仍為乳黃色的液體；4小時后開始變硬；24小時上部有少量的水析出，強(qiáng)度為2.2 Mpa。（Ⅲ）類固化劑加入后，試驗現(xiàn)象基本與（Ⅱ）類相似，只是強(qiáng)度相對較高，為2.7 Mpa。上述現(xiàn)象說明（Ⅰ）類固化劑固結(jié)效果最好，它能將水性環(huán)氧樹脂膠液中的水全部析出，把其中的環(huán)氧樹脂全部還原出來，而多余的水分可以用水泥去吸收，這樣就解決了強(qiáng)度偏低的缺點。在摻入該類固化劑的水性環(huán)氧樹脂混凝土抗壓試驗中，試塊3d強(qiáng)度為16.3Mpa，28d強(qiáng)度為43.4 Mpa，較之651類固化劑有了很大的提高。因此，在G324線汕尾路段南山立交橋、頭陂大橋的橋面鋪裝層坑槽修補(bǔ)中采用了摻入DFN胺類固化劑的水性環(huán)氧樹脂混凝土進(jìn)行修補(bǔ)，取得了良好的效果。

    3.2利用水性環(huán)氧樹脂配制灌縫漿的應(yīng)用

    課題組在G324線南山立交橋和頭陂大橋橋面水泥混凝土鋪裝層裂縫灌縫中采用水性環(huán)氧樹脂與DFN胺類固化劑配制的膠液進(jìn)行灌縫處理。在施工工藝上也做了較大的改進(jìn)：

    ①對于縫隙寬度為1～2 mm的裂縫，采用高壓風(fēng)清縫后，用刷子浸漬該膠液反復(fù)多次涂抹在裂縫表面，將裂縫封閉，使水不再浸入裂縫，避免水加速裂縫的擴(kuò)展和腐蝕鋼筋。②對于縫隙寬度在 2～5 mm的裂縫，采用自行研制的擴(kuò)縫機(jī)將裂縫兩邊各擴(kuò)展2cm，再用高壓風(fēng)清縫，然后反復(fù)多次灌入改性的水性環(huán)氧樹脂膠液，讓其在自重作用下沿著裂縫的縱深滲入下去，最后在其表面用摻入一定量的纖維環(huán)氧樹脂封面。③對于較深的裂縫，按50cm間距打入灌漿嘴，把裂縫封口后采用壓漿機(jī)將改性的水性環(huán)氧樹脂膠液壓入裂縫。

    3.3利用水性環(huán)氧樹脂配制環(huán)氧砂漿的應(yīng)用

    水性環(huán)氧砂漿在公路橋梁中的應(yīng)用，主要是對舊的橋梁和建筑構(gòu)造物進(jìn)行維修。如結(jié)構(gòu)物露筋、暴筋、蜂窩麻面以及局部的破損等處的維修。它與普通砂漿相比，粘結(jié)力大，防水，施工工藝與普通砂漿相似，但修補(bǔ)層厚度可以比普通砂漿厚度薄，修補(bǔ)前不用對舊混凝土用水沖洗或濕潤。

    對舊橋因鋼筋銹蝕混凝土脹裂的維修工藝如下：鑿除混凝土表面的碎片；用打磨機(jī)對混凝土表面和銹蝕鋼筋進(jìn)行打磨；用環(huán)氧樹脂漿對鋼筋進(jìn)行防護(hù)；用水性環(huán)氧砂漿對鑿開的混凝土表面進(jìn)行補(bǔ)平。修補(bǔ)過后無需對新補(bǔ)砂漿做特殊的養(yǎng)護(hù)。

    S241線汕尾段赤崗橋和東北橋均為水泥鋼筋混凝土矩形板橋，主要的病害是：1、橋面板底蜂窩較多；2、橋面板底下層受力主筋及箍筋銹蝕嚴(yán)重且外露�？紤]這兩座橋的實際情況，我們采用以下施工方法：1、在橋底搭設(shè)滿堂式腳手架；2、先將蜂窩處起殼的舊混凝土清除干凈，對外露的銹蝕嚴(yán)重的鋼筋用鋼刷進(jìn)行除銹；3、在露筋處焊接豎向鋼筋；4、在豎向鋼筋上加焊橫向的∠20×3的角鋼，作為放置木模板的支架；5、在蜂窩及露筋處涂抹水性環(huán)氧樹脂膠液2道（水性環(huán)氧樹脂乳液與DFG胺固化劑的重量比為4：1）；6、將木模板放置于鋼支架上，每塊木模板尺寸為2000mm×500mm。再在木模板上堆放水性環(huán)氧樹脂砂漿，根據(jù)橋底蜂窩麻面損壞程度，加鋪的砂漿厚度為3cm。7、在木模板上預(yù)留灌漿孔，將灌漿管先埋入灌漿孔中，灌漿管露出模板1cm；8、將木模板向上頂住橋底，在木模板下用鋼管或者木方支撐。要保證砂漿和橋底沒有孔隙，使砂漿盡可能的粘住橋底；9、待砂漿凝結(jié)達(dá)到28d強(qiáng)度后，用灌漿機(jī)將普通環(huán)氧樹脂乳液灌入孔內(nèi)（普通環(huán)氧樹脂乳液與固化劑的重量比為4：1）；10、灌漿結(jié)束后，用普通環(huán)氧樹脂膠封住灌漿孔。灌漿穩(wěn)定5d后再拆去木模板和下面的支撐。

    4、結(jié)論與展望

    水性環(huán)氧乳液是一種新型的建筑材料，由于乳液中的環(huán)氧樹脂含量不高，目前產(chǎn)品多應(yīng)用于建筑外墻涂料。本文通過試驗，選用與外墻涂料不同的固化劑，使乳液中的水在DFG胺固化劑的作用下，水與油較徹底地分離，充分發(fā)揮了環(huán)氧樹脂和水泥膠結(jié)材料各自的作用，使其成為橋梁維護(hù)的一種新材料。

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