水性环氧树脂在桥梁维护中的应用
水性环氧树脂是环氧树脂经乳化后的树脂材料。水性环氧树脂的优点是能真正水性化。它无气味、不燃、安全性好，操作性佳。固化后的树脂收缩小、硬度高、耐磨性好。除了具有溶剂型环氧树脂的诸多优点外，突出优势表现是可在室温和潮湿或过湿的环境中固化，能与水泥、石灰、石膏等常用的水性胶结物配合，是桥梁维护的一种新材料
1、水性环氧树脂的生产工艺
1.1环氧树脂水性化的方法
环氧树脂水性化有三种方法：机械法、化学改性法和相反转法。研究中是采用相反转法。水性环氧树脂乳液的生产过程，是在一定高温高速剪切作用下将乳化剂和环氧树脂混合均匀，随后缓慢地向混合体中加入蒸馏水，随着加水量的增加，整个体系逐步由油包水向水包油转变，形成均匀稳定的水可稀释体系。
1.2乳化剂的制作
将一定比例的环氧树脂E-44和表面活性剂加入到装有搅拌器、温度计的三颈瓶中。加热到90℃，待环氧树脂E-44和表面活完全溶解后停止加热，加入催化剂。控制反应温度在100℃左右反应4小时。然后加入蒸馏水进行溶解稀释,，形成环氧树脂水性乳化剂。
1.3 水性环氧树脂乳液的生产
把环氧树脂E-44的乙二醇单乙醚溶液和水性乳化剂按一定比例搅拌混合均匀，然后加入蒸馏水直到体系的粘度下降，此时的环氧树脂溶液将转变为水相，发生了相反转，再加入适量蒸馏水稀释至一定浓度即制得水性环氧树脂。表1是水性环氧树脂的各项指标。
2、水性环氧树脂复合材料的特性
2.1水性环氧砂浆特性
在建筑砂浆中掺入不同比例的水性环氧树脂，可配制不同用途的水性环氧砂浆。表2是不同水性环氧树脂掺量下水泥砂浆应用情况。
2.2水性环氧水泥浆液特性
在桥梁维修加固中，新旧混凝土的粘结和裂缝的处理，都必须使用环氧树脂浆液。把环氧树脂水性化后，环氧树脂既能随水渗透进结构层内形成粘结力，又能在潮湿的结构层表面黏附与新的水泥混凝土粘结，形成一个粘结连续体。纯的水性环氧液还可以对桥面铺装层裂缝进行封缝处理，凡是水能到达的地方，环氧树脂都能到达，这就起到很好的堵水和加固的作用。因此，水性环氧水泥浆液应用广泛，表3为水性环氧水泥浆的部分特性。
2.3水性环氧水泥混凝土特性
在配制的水泥混凝土中，掺入占水泥重量10%~25%的水性环氧树脂，可配制成早强的水性环氧水泥混凝土。其用水量可参考下式计算：
H
SC=W
C－Cβ（1—α）
上式中：H
SC是水性环氧水泥混凝土的用水量；W
C是水泥混凝土的用水量；C是水泥用量；β是水性环氧树脂占水泥量的百分比；α是水性环氧中的固体含量百分比。
在桥梁维护中，水性环氧水泥混凝土可用于桥面坑槽、桥面伸缩逢的应急处理。其施工工艺与水泥混凝土修补工艺完全相同。表4是水性环氧水泥混凝土的部分特性。
3、水性环氧树脂在桥梁维护中的应用
3.1水性环氧水泥混凝土固化剂的改进与应用
应用前，在汕尾市公路工程质量检测站中心实验室做了水性环氧树脂混凝土的抗折和抗压试验，结果表明，水性环氧树脂水泥混凝土（C30）的早期强度较为理想（3d强度达到15.2Mpa，占龄期强度的51%），但是后期强度即28d龄期强度不高（28d强度仅为31 Mpa），后期强度偏低。
其原因是：水性环氧树脂胶液是在高温下将普通的环氧树脂乳化，使环氧树脂以颗粒或胶体的形式分散于以水为介质的乳液中。使用前需在胶液中掺入一定量的固化剂，将水中的环氧树脂固化，析出胶液中的水分。因此固化剂的粘聚性和析水能力很大程度上影响着水性环氧树脂胶液的强度。在试验中选取的是651胺类固化剂，之所以出现后期强度提高不大的情况，关键在于该类固化剂没有将水性环氧树脂胶液中的水全部析出，导致混凝土中残留少量的水分，增大了水灰比，影响后期强度。
针对上述出现的问题，我们将固化剂进行了调整，选取新的三类固化剂进行对比试验，此三类固化剂分别为：（Ⅰ）DFN胺类；（Ⅱ）多乙烯多胺类；（Ⅲ）脂肪端氨基聚酰胺类。将三类分别加入水性环氧树脂胶液中分别出现下述现象：（Ⅰ）类固化剂加入后，15分钟后出现水油分层变色；1小时后分层结束，下部开始变硬，上部为水；24小时后去掉上部的水分，下部为纯的环氧树脂，强度达到4Mpa。（Ⅱ）类固化剂加入后，30分钟仍为乳黄色的液体；4小时后开始变硬；24小时上部有少量的水析出，强度为2.2 Mpa。（Ⅲ）类固化剂加入后，试验现象基本与（Ⅱ）类相似，只是强度相对较高，为2.7 Mpa。上述现象说明（Ⅰ）类固化剂固结效果最好，它能将水性环氧树脂胶液中的水全部析出，把其中的环氧树脂全部还原出来，而多余的水分可以用水泥去吸收，这样就解决了强度偏低的缺点。在掺入该类固化剂的水性环氧树脂混凝土抗压试验中，试块3d强度为16.3Mpa，28d强度为43.4 Mpa，较之651类固化剂有了很大的提高。因此，在G324线汕尾路段南山立交桥、头陂大桥的桥面铺装层坑槽修补中采用了掺入DFN胺类固化剂的水性环氧树脂混凝土进行修补，取得了良好的效果。
3.2利用水性环氧树脂配制灌缝浆的应用
课题组在G324线南山立交桥和头陂大桥桥面水泥混凝土铺装层裂缝灌缝中采用水性环氧树脂与DFN胺类固化剂配制的胶液进行灌缝处理。在施工工艺上也做了较大的改进：
①对于缝隙宽度为1～2 mm的裂缝，采用高压风清缝后，用刷子浸渍该胶液反复多次涂抹在裂缝表面，将裂缝封闭，使水不再浸入裂缝，避免水加速裂缝的扩展和腐蚀钢筋。②对于缝隙宽度在 2～5 mm的裂缝，采用自行研制的扩缝机将裂缝两边各扩展2cm，再用高压风清缝，然后反复多次灌入改性的水性环氧树脂胶液，让其在自重作用下沿着裂缝的纵深渗入下去，最后在其表面用掺入一定量的纤维环氧树脂封面。③对于较深的裂缝，按50cm间距打入灌浆嘴，把裂缝封口后采用压浆机将改性的水性环氧树脂胶液压入裂缝。
3.3利用水性环氧树脂配制环氧砂浆的应用
水性环氧砂浆在公路桥梁中的应用，主要是对旧的桥梁和建筑构造物进行维修。如结构物露筋、暴筋、蜂窝麻面以及局部的破损等处的维修。它与普通砂浆相比，粘结力大，防水，施工工艺与普通砂浆相似，但修补层厚度可以比普通砂浆厚度薄，修补前不用对旧混凝土用水冲洗或湿润。
对旧桥因钢筋锈蚀混凝土胀裂的维修工艺如下：凿除混凝土表面的碎片；用打磨机对混凝土表面和锈蚀钢筋进行打磨；用环氧树脂浆对钢筋进行防护；用水性环氧砂浆对凿开的混凝土表面进行补平。修补过后无需对新补砂浆做特殊的养护。
S241线汕尾段赤岗桥和东北桥均为水泥钢筋混凝土矩形板桥，主要的病害是：1、桥面板底蜂窝较多；2、桥面板底下层受力主筋及箍筋锈蚀严重且外露。考虑这两座桥的实际情况，我们采用以下施工方法：1、在桥底搭设满堂式脚手架；2、先将蜂窝处起壳的旧混凝土清除干净，对外露的锈蚀严重的钢筋用钢刷进行除锈；3、在露筋处焊接竖向钢筋；4、在竖向钢筋上加焊横向的∠20×3的角钢，作为放置木模板的支架；5、在蜂窝及露筋处涂抹水性环氧树脂胶液2道（水性环氧树脂乳液与DFG胺固化剂的重量比为4：1）；6、将木模板放置于钢支架上，每块木模板尺寸为2000mm×500mm。再在木模板上堆放水性环氧树脂砂浆，根据桥底蜂窝麻面损坏程度，加铺的砂浆厚度为3cm。7、在木模板上预留灌浆孔，将灌浆管先埋入灌浆孔中，灌浆管露出模板1cm；8、将木模板向上顶住桥底，在木模板下用钢管或者木方支撑。要保证砂浆和桥底没有孔隙，使砂浆尽可能的粘住桥底；9、待砂浆凝结达到28d强度后，用灌浆机将普通环氧树脂乳液灌入孔内（普通环氧树脂乳液与固化剂的重量比为4：1）；10、灌浆结束后，用普通环氧树脂胶封住灌浆孔。灌浆稳定5d后再拆去木模板和下面的支撑。
4、结论与展望
水性环氧乳液是一种新型的建筑材料，由于乳液中的环氧树脂含量不高，目前产品多应用于建筑外墙涂料。本文通过试验，选用与外墙涂料不同的固化剂，使乳液中的水在DFG胺固化剂的作用下，水与油较彻底地分离，充分发挥了环氧树脂和水泥胶结材料各自的作用，使其成为桥梁维护的一种新材料。
参考文献
[1]张荣辉，陈楚洲.水性环氧树脂在公路养护中的应用.公路.2006,（1）.
[2]刘小平.环氧树脂涂料的水性化技术,涂料工业，2000，（10）.
[3]钱立强．快干型双组分水性环氧树脂涂料的研究,涂料工业．1999．（11）.
[4]周天寿，沈志明，王宝根．水性环氧及其在建筑中的应用.新型建筑材料，2001，（5）.
[5]Alex Wegmann．Novel Waterbome Epoxy Resin Emulsion．Journal 0f Coating Technology，1993，65（827）.．
[6]白湘云等．uV固化水性环氧丙烯酸树脂的研究.信息记录材料.2000.（3）.
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