張富奎 王 暉 張軍林 魏 強(qiáng) 吳來(lái)帝

(1甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030；2甘肅暢隴公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730203)

我國(guó)早期建設(shè)的橋梁中，空心板橋梁占據(jù)了很大比重，這些橋梁最主要的病害是鉸縫連接處較為薄弱，滲水嚴(yán)重，并造成梁板混凝土侵蝕嚴(yán)重，最終形成單板受力，危害橋梁安全[1,2]。目前針對(duì)橋梁鉸縫病害，主要有粘貼鋼板加固、橫向體外預(yù)應(yīng)力加固、橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固和灌漿加固等幾種處治方法[3-5]。其中灌漿加固法具有施工過(guò)程方便，施工周期短，對(duì)交通和橋梁原有結(jié)構(gòu)無(wú)影響的優(yōu)點(diǎn)，消耗的人力物力少，具有最佳的經(jīng)濟(jì)性[6]。

當(dāng)前處治橋梁鉸縫病害常用的灌漿材料有水泥漿及化學(xué)膠結(jié)材料。采用化學(xué)膠結(jié)材料進(jìn)行灌漿加固，常用的化學(xué)材料有環(huán)氧樹(shù)脂、甲基丙烯酸酯等，這些化學(xué)材料粘結(jié)強(qiáng)度高、粘度低、收縮小，加固效果優(yōu)異[7,8]。然而這類(lèi)材料在施工時(shí)容易受到時(shí)間、配比和環(huán)境溫度等因素的影響[9,10]，在材料粘度、固化反應(yīng)速度和固化放熱上發(fā)生變化，從而對(duì)加固效果產(chǎn)生影響。

本文基于《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》GB50728-2011[11]中所述指標(biāo)，通過(guò)研究橋梁鉸縫加固用環(huán)氧樹(shù)脂在不同時(shí)間、溫度和配比下的固化情況，旨在探究上述條件對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂各力學(xué)指標(biāo)的影響，以對(duì)其在橋梁鉸縫加固施工中的應(yīng)用提出理論指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)部分

本文中所用材料為自主研發(fā)的橋梁鉸縫加固用環(huán)氧樹(shù)脂，性能測(cè)試方法均參考表1中所述規(guī)范[12-14]，且為了表征材料在不同溫度下固化的性能指標(biāo)發(fā)展趨勢(shì)，其養(yǎng)生溫度并未按照所參考規(guī)范設(shè)定為23±2℃，而是分別設(shè)定為20℃、30℃和40℃。此外，為了保證測(cè)試條件的統(tǒng)一，測(cè)試溫度均設(shè)定為23±2℃。

表1 性能指標(biāo)及參考試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與討論

圖1 不同養(yǎng)生溫度下樹(shù)脂的

如圖1所示，環(huán)氧樹(shù)脂的拉伸強(qiáng)度與樹(shù)脂的固化程度緊密相關(guān)。隨著養(yǎng)生溫度的升高，樹(shù)脂自身強(qiáng)度增加，彈性模量增大，斷裂伸長(zhǎng)率降低，樹(shù)脂發(fā)生脆斷所需拉伸力減小。

圖2 不同養(yǎng)生溫度下樹(shù)脂的

如圖2所示，養(yǎng)生溫度越高，樹(shù)脂固化時(shí)間越短，環(huán)氧樹(shù)脂抗彎、抗壓和劈裂強(qiáng)度越高。當(dāng)固化溫度較低時(shí)，無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)完成固化并達(dá)到通車(chē)所需強(qiáng)度，因此不建議在低溫下使用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行施工。

圖3 不同養(yǎng)生時(shí)間下樹(shù)脂的

圖4 不同養(yǎng)生時(shí)間下樹(shù)脂的

如圖3所示，20℃時(shí)，隨著養(yǎng)生時(shí)間的增長(zhǎng)，拉伸強(qiáng)度持續(xù)增大，7天斷裂伸長(zhǎng)率大于7%，40℃時(shí)拉伸強(qiáng)度隨時(shí)間增長(zhǎng)降低，同時(shí)12小時(shí)后斷裂伸長(zhǎng)率小于7%，隨時(shí)間減小，說(shuō)明升溫升高，固化速度加快，但是會(huì)對(duì)最終強(qiáng)度產(chǎn)生影響；適宜溫度下，樹(shù)脂的固化時(shí)間越長(zhǎng)，固化越完全。此外，拉伸強(qiáng)度不能衡量樹(shù)脂本身的強(qiáng)度，彈性模量更能反映樹(shù)脂的固化過(guò)程的強(qiáng)度變化。如圖4所示，不同溫度養(yǎng)生條件，抗彎、抗壓和劈裂強(qiáng)度隨養(yǎng)生時(shí)間的增長(zhǎng)，基本呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

圖5 不同養(yǎng)生溫度下樹(shù)脂的

圖5為不同養(yǎng)生溫度環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)強(qiáng)度變化，12小時(shí)以?xún)?nèi)抗剪強(qiáng)度隨著溫度的上升而增大，1天以后抗剪強(qiáng)度隨著溫度的升高反而有下降趨勢(shì)，環(huán)氧樹(shù)脂的固化實(shí)質(zhì)上是環(huán)氧基團(tuán)與胺類(lèi)固化劑的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)速率與體系溫度成正比，因此溫度的升高會(huì)加快樹(shù)脂的固化速度，表現(xiàn)為強(qiáng)度的快速增長(zhǎng)但是后期強(qiáng)度由于養(yǎng)生溫度高，樹(shù)脂可能存在老化，粘結(jié)性能反而下降，鋼-鋼抗拉與抗剪強(qiáng)度的發(fā)展趨勢(shì)相同。

如6所示，為不同養(yǎng)生時(shí)間環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)強(qiáng)度變化，20℃時(shí)，抗剪和抗拉強(qiáng)度都是隨著時(shí)間的增大而增強(qiáng)，40℃時(shí)，粘結(jié)強(qiáng)度隨著時(shí)間的增長(zhǎng)反而下降。

圖6 不同養(yǎng)生時(shí)間下樹(shù)脂的

如圖7、圖8所示，固化劑的含量增加，環(huán)氧樹(shù)脂的固化時(shí)間縮短，但是對(duì)前期環(huán)氧樹(shù)脂的粘結(jié)強(qiáng)度影響不大，3天以后的后期粘結(jié)強(qiáng)度隨著固化劑含量的增加，粘結(jié)強(qiáng)度增加。

圖7 不同配比樹(shù)脂在a)20℃、b)30℃和c)40℃下固化的鋼-鋼抗剪強(qiáng)度

圖8 不同配比樹(shù)脂在a)20℃、b)30℃和c)40℃下固化的鋼-鋼抗拉強(qiáng)度

綜上所述，粘結(jié)強(qiáng)度隨著養(yǎng)生時(shí)間和溫度增長(zhǎng)的變化趨勢(shì)基本是先增大后減小，可能與環(huán)氧樹(shù)脂的抗疲勞和耐久性相關(guān)。增加固化劑對(duì)前期環(huán)氧樹(shù)脂的粘結(jié)強(qiáng)度影響不大，3天以后的后期粘結(jié)強(qiáng)度隨著固化劑含量的增加，粘結(jié)強(qiáng)度增加。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文按照《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》GB50728-2011的要求，研究了不同條件下橋梁鉸縫加固用環(huán)氧樹(shù)脂的固化情況，試驗(yàn)結(jié)果表明時(shí)間、配比和溫度均會(huì)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的固化產(chǎn)生顯著影響。從膠體性能上看，隨著固化溫度的升高，樹(shù)脂自身強(qiáng)度增加，彈性模量增大，斷裂伸長(zhǎng)率降低，膠體發(fā)生脆斷所需拉伸力減??；溫度越高，膠體固化時(shí)間越短，加固膠抗彎、抗壓和劈裂強(qiáng)度越高；不同溫度下，抗彎、抗壓和劈裂抗拉強(qiáng)度隨時(shí)間的增長(zhǎng)，基本呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；膠體強(qiáng)度隨著養(yǎng)生時(shí)間和養(yǎng)生溫度的增大而增加。對(duì)于樹(shù)脂的粘結(jié)能力，升高溫度使加固膠的上強(qiáng)速度加快，但是后期強(qiáng)度由于養(yǎng)生溫度高，樹(shù)脂可能存在老化，粘結(jié)性能反而下降，鋼-鋼抗拉與抗剪強(qiáng)度的發(fā)展趨勢(shì)相同；固化劑的含量增加，加固膠的固化時(shí)間縮短，但是對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度影響不大。