王敏　鄭水蓉　汪前莉　周風(fēng)

摘要：闡述了路面裂縫和麻面的形成原因，分析了環(huán)氧樹脂修補材料中粘料、固化劑、稀釋劑、填料及偶聯(lián)劑對修補材料性能的影響，對其發(fā)展前景做了展望。

關(guān)鍵詞：裂縫；麻面；環(huán)氧樹脂；固化劑

中圖分類號：TQ433.4+37 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2014）07-0082-03

1 前言

混凝土路面的養(yǎng)護是高速公路科技研究與攻關(guān)的重要課題[1]。路面的破壞成因復(fù)雜、影響因素多，傳統(tǒng)的瀝青混凝土修補法已經(jīng)不能滿足要求。裂縫一旦形成，易引起病害的進一步加劇，造成破壞性的后果[2]。有機高分子修補材料具有粘接性良好、固化速度快和耐腐蝕等優(yōu)點，在路面修補中得到了良好的應(yīng)用[3～13]。

混凝土的破壞機理不同，病害的呈現(xiàn)形態(tài)也不同。路面的常見病害包括裂縫和麻面。綜合各種影響因素，病害包含多種形式如干縮裂紋、沉陷裂紋、溫度裂紋、塑性收縮裂紋和蜂窩麻面、坑槽露石子等[14]。因為環(huán)氧樹脂體系對修補的病害要有針對性[15]，所以對于環(huán)氧樹脂修補材料的配方設(shè)計及工藝要求也會不同。本文通過對病害形成原因的分析，綜述了修補材料各個組分對其性能的影響。

2 損壞形成的原因

2.1 裂縫

形成混凝土裂縫的主要原因包括由混凝土原材料質(zhì)量引起的裂縫和施工過程中操作不當(dāng)引起的裂縫。

水泥在生產(chǎn)過程中煅燒不充分，會產(chǎn)生很多游離的碳酸鈣，使混凝土凝固后產(chǎn)生體積變化不均勻現(xiàn)象，導(dǎo)致路面出現(xiàn)裂紋；拌合物的溫度過高，出現(xiàn)"假凝"現(xiàn)象，使混凝土表面形成一層薄的硬殼，易引起混凝土開裂；砂和水中的有害雜質(zhì)與混凝土反應(yīng)生成易溶于水的產(chǎn)物，混凝土被腐蝕，強度下降，在車輛載重經(jīng)過時會遭到破壞；集料中的活性二氧化硅與水泥中堿性氧化物水解生成的氫氧化鈉和氫氧化鉀產(chǎn)生反應(yīng)，生成堿硅酸凝膠，吸水后膨脹，破壞混凝土結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)較深的網(wǎng)裂，即“堿骨料”反應(yīng)[16]。

另外，如果路面實際承受超過了設(shè)計年限內(nèi)的累計當(dāng)量軸次，就會產(chǎn)生裂縫[17]；基層松散以及地基的沉降都極易產(chǎn)生裂縫[18]；在施工過程中，會用模具對混凝土進行固定，若拉應(yīng)力大于混凝土本身的彎曲強度，也會產(chǎn)生裂縫；良好的養(yǎng)護能夠有效減少裂縫的產(chǎn)生，如高溫和風(fēng)速較大的情況下，路面極易缺水干燥，如果不及時補充水分，就易產(chǎn)生干縮裂縫。

2.2 麻面

麻面是指混凝土表面局部缺漿、粗糙或有許多小凹坑，但無露筋現(xiàn)象[21]。

混凝土的配合比不當(dāng)，混凝土過于黏稠，在振搗時難以將氣泡排除，導(dǎo)致凝固后的混凝土表面出現(xiàn)蜂窩狀的麻面；混凝土入模后振搗不充分、引氣劑質(zhì)量差等引起的氣體殘留，導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)蜂窩麻面。

不合理地使用脫模劑是造成凝固混凝土結(jié)構(gòu)表面蜂窩麻面的主要外部原因；施工時，澆注厚度偏大，即使振搗時間充分，氣泡也不能完全排出，也易造成蜂窩麻面；春秋季節(jié)晝夜溫差較大，因此附著在混凝土結(jié)構(gòu)表面的氣泡體積變化也很大，隨著時間的推移水泥漿體的強度不斷增加，當(dāng)氣泡周圍水泥漿體達到一定強度時，氣泡破裂，易造成麻面。

3 環(huán)氧體系各個組分對修補材料性能的影響

3.1 環(huán)氧樹脂基體的影響

環(huán)氧樹脂對產(chǎn)品的各項性能都有很大的影響。環(huán)氧值過高的EP強度較大，但較脆；環(huán)氧值中等的EP高低溫時強度均好；環(huán)氧值低的EP高溫強度較差。不需要耐高溫，對強度要求不高，希望環(huán)氧樹脂快干、不易流失，可選擇環(huán)氧值較低的樹脂；若要兼顧滲透性和強度，則可選用環(huán)氧值較高的樹脂[22]。李保紅等[23]研究發(fā)現(xiàn)，E-51在幾種常見的液體E型環(huán)氧樹脂中黏度最低，有利于在體系中加入較多的填料及助劑，提高其壓縮強度及耐磨性能，降低成本。郭文瑛[24]通過對環(huán)氧樹脂基修補材料進行研究，得到了功能性較好的修補材料，通過調(diào)整配方，可以使環(huán)氧樹脂的用量減少。

3.2 固化劑的影響

環(huán)氧樹脂的化學(xué)活性很大，在酸性或堿性固化劑的作用下，發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為不溶、不熔的體型結(jié)構(gòu)[25]。固化劑在反應(yīng)過程中的初凝時間以改性環(huán)氧樹脂混合料黏度開始升高為依據(jù)。黏度升高，混合料的和易性降低，導(dǎo)致混合料壓實困難。固化劑初凝時間短，無法滿足修補工程的施工要求；固化劑初凝時間較長，但后期固化緩慢，開放交通時間較長[26]。因此在制備修補材料時，應(yīng)綜合考慮操作環(huán)境、時間、黏度以及力學(xué)性能等方面，選擇合適的固化劑。張小博[27]等利用甲基丙烯酸酯改性多乙烯多胺制得一種新型EP固化劑，使EP的韌性和粘接強度增加。劉芳[28]等研究了不同養(yǎng)護條件下T31固化劑的用量對環(huán)氧樹脂體系的影響，通過對壓縮強度和彎曲強度的分析，說明當(dāng)養(yǎng)護條件為（20±2）℃和RH 80%、T31固化劑的摻量達到10質(zhì)量份時，90 d的壓縮強度為96.9 MPa。

3.3 稀釋劑的影響

稀釋劑主要作用是降低環(huán)氧樹脂體系的黏度，改善工藝性能，延長使用壽命。但加入稀釋劑會降低固化物的熱變形溫度、粘接強度、耐介質(zhì)及耐老化等性能[25]。稀釋劑分為活性稀釋劑和非活性稀釋劑2種，非活性稀釋劑不與環(huán)氧樹脂固化劑等反應(yīng)，多為高沸點的液體，如鄰苯二甲酸二丁酯、苯二甲酸二辛脂、苯乙烯等，用量以5%～20%為宜；活性稀釋劑一般指帶有1個或2個以上環(huán)氧基的低分子化合物，直接參與固化反應(yīng)。根據(jù)稀釋劑的種類和用量來調(diào)節(jié)黏度，例如細小裂紋的修補需要低黏度的產(chǎn)品以保證環(huán)氧樹脂可以完全注入裂縫，起到修補作用[29]。

3.4 填料的影響

填料的加入可以提高耐磨性等。周梅等[30]人研究了填料種類和用量對環(huán)氧樹脂體系強度的影響。通過研究體系的剪切強度，發(fā)現(xiàn)合適的填料能改善環(huán)氧樹脂體系的性能，降低體系的收縮率和熱線脹系數(shù)，增加熱導(dǎo)率和機械強度，提高尺寸穩(wěn)定性，避免發(fā)生裂縫。如何在提高修補材料機械加工性的同時降低修補材料線脹系數(shù)，改善填料在修補材料體系中的分散性等具有重要的研究價值[32]。王磊、劉方等[35]人以礦粉為填料，研究發(fā)現(xiàn)礦粉—環(huán)氧樹脂基修補材料具有優(yōu)異的耐久性。

3.5 偶聯(lián)劑的影響

環(huán)氧樹脂的偶聯(lián)劑通常有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑等，例如可以通過有機硅烷偶聯(lián)劑提高持粘性和粘附力等。在路面修補過程中，如果路面不能與樹脂體系很好地粘接，通?？紤]在體系中加入偶聯(lián)劑。在施工時直接將偶聯(lián)劑溶液涂在被修補的清潔表面處，待溶劑揮發(fā)或干燥后再施膠，也可將偶聯(lián)劑直接摻入環(huán)氧樹脂體系中使用。姚海松等[36]人的研究表明，偶聯(lián)劑的加入量在一定范圍內(nèi)會提高環(huán)氧樹脂的拉伸強度和斷裂伸長率，而沖擊強度有所下降。

4 結(jié)語

環(huán)氧樹脂體系在解決路面病害問題上具有針對性、特殊性和匹配性，可廣泛應(yīng)用于各種路面修補工程中。但是由于固化后的環(huán)氧樹脂存在質(zhì)脆、耐疲勞性、耐熱性、韌性差等缺點，使其應(yīng)用受到一定的限制。對環(huán)氧樹脂進行改性受到廣泛重視，通過加入各類助劑使環(huán)氧樹脂滿足不同工況下的修補要求，拓展了其在路面修補方面的應(yīng)用范圍。

參考文獻

[1]應(yīng)漢文， 楊劍偉， 陳衛(wèi)青，等. 混凝土路面主要病害類型及防治措施探討[J].硅谷，2010（1）：137-138.

[2]Slowik V，Saouma V.Water pressure on the propagating concrete cracks[J].Journal of Construction Engineering，2000，126（2）：235-242.

[3]Sicard V，F(xiàn)rancios R，Ringot E.Influence ofcreep and shrinkage on cracking in high strength concrete[J].Cement and Concrete Research，1992，22（1）：159-168.

[4]陳秀敏.雙酚A型環(huán)氧樹脂的改性研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2009.

[5]Andrea Saccani， Vittorio Magnahi. Durability of epoxy resin-based materials for the repair of damaged cementitious compos-Re [J].Cement and Concrete Research， 1999，29：95-98.

[6]Hassan K E，Robery P C，AI-Alawi L.Effect of hot-dry curing environment on the intrinsic properties of repair materials[J].Cement&Concrete Composites，2000， 22：453-458.

[7]Moetaz El-Hawary，Husain AI-Khaiat，Sami Fereig. Performance of epoxy-repaired concrete in a marine environment[J].Cement and Concrete Research，2000，30：259-266.

[8]李善君，虞濤，等.分散聚合制備有機硅改性環(huán)氧樹脂[J].熱固性樹脂，1997，12（1）：8-11.

[9]王平華， 嚴(yán)滿清， 唐龍祥，等.納米粒子表面修飾與改性——SiO2納米粒子表面接枝聚合[J].高分子材料科學(xué)與工程，2003，19（5）：183-186.

[10]程斌，尚小琴.硅橡膠共混改性環(huán)氧樹脂新方法的研究[J].熱固性樹脂，1991（3）：7.

[11]儲九榮.有機硅高聚物改性環(huán)氧樹脂的方法與機理[J].高分子通報，1999（2）：66.

[12]Cook M I.Advanced polyamine adduct epoxy resin curing agent for use in two component waterborne coating systems：US，5508324[P].1999.

[13]韋春，譚松庭.環(huán)氧樹脂/液晶聚合物體系的形態(tài)、力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性[J].高分子學(xué)報，2002（2）：187.

[14]謝廣慧.水泥混凝土路面施工及新技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2000.

[15]譚加儉.環(huán)氧樹脂在混凝土路面修補中的應(yīng)用[J].科技資訊，2008（26）：50-51.

[16]申會，劉剛，陳春和.公路水泥混凝土路面裂縫產(chǎn)生原因分析及對策[J].中國水運，2011，52（11）：173-175.

[17]杜茂虎.公路水泥混凝土路面裂縫產(chǎn)生原因及防范措施[J].科技資訊，2010，26：124-124.

[18]鄭玉民，關(guān)慶昌，等.水泥混凝土路面特點分析和施工工藝概述[J].科技信息，2008（30）：56-57.

[19]喬軍.水泥混凝土路面裂縫的原因及防治措施[J].發(fā)展，2010（5）：63-64.

[20]Minjian Y.Causes and control measures of mass concrete Crack of high-speed railway bridge[J].Value Engineering，2011.

[21]朱艷輝.混凝土結(jié)構(gòu)表面蜂窩麻面形成的原因及消除辦法[J].黑龍江科技信息，2010（11）：221.

[22]魯新玉.小議環(huán)氧樹脂在混凝土路面修補中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究，2011（36）.

[23]李保紅.水泥混凝土路面局部破損快速修補材料的研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2005.

[24]郭文瑛.環(huán)氧樹脂基修補材料配方優(yōu)化研究[J].新型建筑材料，2009，36（8）：58-62.

[25]孫曼靈.環(huán)氧樹脂應(yīng)用原理與技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[26]付小亮，曹雪娟.改性環(huán)氧混凝土鋼橋面修補材料及其性能研究[D].成都：四川大學(xué)，2009.

[27]張小博，劉海萍，等.室溫固化柔性環(huán)氧樹脂固化劑的制備與性能研究[J].化工新型材料，2008，36（7）：80-82.

[28]劉方，徐玲玲，張志賓，等.固化劑對環(huán)氧樹脂砂漿修補材料性能的影響[J].材料導(dǎo)報， 2009，23（21）：417-419，429.

[29]張雄.混凝土結(jié)構(gòu)裂縫防治技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[30]周梅，劉書賢.填料品種和用量對樹脂混凝土強度的影響[J].新型建筑材料，2001（3）：4-6.

[31]Tanabe Lkuo，Takada Koji，Akiyoshi.Thermal and mechanical characteristics of epoxy resin concrete used in machine tool structures[J].Nippon Kikai Gakkai Ronbunshu， C Hen/Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers，Part C，1990，56（525）：1314-1320.

[32]Kim H S，Park K Y，Lee D G.A study on the epoxy resin concrete for the ultra-precision machine tool bed[J].Journal of Materials Processing Technology，1995，48（1）：649-655.

[33]黃耀宗.膠粘材料修補貫流式水輪機轉(zhuǎn)輪室空蝕損壞面[J].水電站機電技術(shù)，2008，31（2）： 54-55，63.

[34]郭銳.關(guān)于樹脂粘結(jié)劑在泵站設(shè)備維修中的應(yīng)用[J].機械管理開發(fā)，2007（3）：72-73.

[35]王磊，劉方，徐玲玲，等.礦粉對環(huán)氧樹脂基混凝土修補材料性能的影響[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，32（2）：72-76.

[36]姚海松，劉偉區(qū)，侯孟華，等.高分子硅烷偶聯(lián)劑改性環(huán)氧樹脂性能研究[J].高分子材料科學(xué)與工程，2006，22（2）：133-136.