婁巖

摘 要：在輸（儲(chǔ)）水工程中，由于其特殊的運(yùn)行條件，混凝土的老化形式和機(jī)理更為多樣和復(fù)雜，如裂紋、碳化、溶蝕、凍融剝蝕、化學(xué)腐蝕、沖磨破壞等，所以對(duì)防護(hù)和修補(bǔ)提出了更高的要求。隨著社會(huì)的發(fā)展和對(duì)修補(bǔ)防護(hù)作用認(rèn)識(shí)的加深，高性能環(huán)氧防護(hù)修補(bǔ)材料的應(yīng)用已越來(lái)越普遍。薄覆型環(huán)氧砂漿采用活性増韌體系，使材料具有良好的韌性，可避免應(yīng)用過(guò)程中環(huán)境溫度變化等因素引起的應(yīng)力積累，防止防護(hù)層開裂和脫空。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧砂漿;混凝土;防護(hù)

中圖分類號(hào)：X799.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）28-0112-04

Application of Thin Covered Epoxy Mortar in Protection

of Water Storage （Storage） Concrete

LOU Yan

（Management Department of Donggan Canal， Beijing South-North Water Transfer Project，Beijing 100176）

Abstract： In the transportation （storage） water project， due to its special operating conditions， the aging form and mechanism of concrete are more diverse and complex， such as crack， carbonization， dissolution， freeze-thaw erosion， chemical corrosion， erosion damage， etc. Higher requirements are placed on protection and repair. With the development of society and the deepening of understanding of repair and protection， the application of high-performance epoxy protective materials has become more and more popular. The thin-coated epoxy mortar adopts an active toughening system to make the material have good toughness， avoid stress accumulation caused by factors such as environmental temperature changes during application， and prevent cracking and voiding of the protective layer.

Keywords： epoxy mortar;concrete;protection

混凝土的破壞主要分為三類：機(jī)械破壞、化學(xué)破壞和物理破壞。機(jī)械破壞主要包括沖磨、疲勞、沖擊、過(guò)載、沉降等運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)形式;化學(xué)破壞包括堿骨料反應(yīng)、侵入性介質(zhì)引起的性能劣化;物理破壞包括凍融、熱效應(yīng)、鹽結(jié)晶、收縮、沖蝕、磨損等?；炷帘砻娴姆雷o(hù)材料主要分為三類，即疏水性浸漬材料、浸漬材料和涂層。其主要區(qū)別是混凝土表面形成的防護(hù)層狀態(tài)不同，疏水性浸漬是通過(guò)滲透作用使混凝土表面成為疏水性表面，包括混凝土孔隙的內(nèi)表面，但不填充混凝土表面的孔隙，品種多為硅烷和硅氧烷材料;浸漬材料可以完全或部分填充混凝土表面的孔隙和毛細(xì)管，并對(duì)混凝土表面具有補(bǔ)強(qiáng)作用，常在混凝土表面形成不連續(xù)的膜，多采用有機(jī)聚合物材料;涂層則在混凝土表面形成連續(xù)的防護(hù)膜，厚度在0.1～5mm，材料多為有機(jī)聚合物、聚合物砂漿及聚合物改性水泥砂漿等。涂層材料對(duì)化學(xué)破壞和物理破壞都具有很好的防護(hù)作用，部分涂層材料對(duì)機(jī)械破壞也有防護(hù)作用，所以涂層材料在防護(hù)中用途最為廣泛，尤其在浸水環(huán)境中，涂層防護(hù)能夠提供更好的阻隔作用，具有更可靠的物理和化學(xué)防護(hù)作用。針對(duì)水工混凝土的狀態(tài)和其運(yùn)行環(huán)境，其處理目的可以分為防護(hù)、修補(bǔ)和加固等。由于環(huán)氧樹脂材料具有突出的粘接、力學(xué)和耐介質(zhì)性能，本文對(duì)其進(jìn)行深入研究。

1 環(huán)氧材料在水工混凝土表面防護(hù)中的研究及應(yīng)用進(jìn)展

輸（儲(chǔ)）水工程運(yùn)行條件特殊，混凝土的老化形式和機(jī)理更為多樣和復(fù)雜，如裂紋、碳化、溶蝕、凍融剝蝕、化學(xué)腐蝕、沖磨破壞等，所以對(duì)防護(hù)和修補(bǔ)提出了更高的要求，而環(huán)氧樹脂材料優(yōu)異的綜合性能使其在水工防護(hù)修補(bǔ)中具有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿ΑＯ嚓P(guān)試驗(yàn)研究表明，環(huán)氧樹脂材料對(duì)于混凝土有優(yōu)異的防護(hù)效果。M Delucchi等[1]比較了不同材料類型涂層的防護(hù)性能，包括水性環(huán)氧樹脂體系、水性環(huán)氧+丙烯酸酯/聚氨酯體系、環(huán)氧/聚胺體系以及乳液橡膠等，試驗(yàn)結(jié)果表明，在滲透性、抗磨性、耐介質(zhì)腐蝕性能以及裂紋橋聯(lián)方面，環(huán)氧/聚胺體系具有非常出色的性能。盧永忠[2]研究了丙乳砂漿和環(huán)氧砂漿對(duì)混凝土的防護(hù)作用，結(jié)果表明，兩種材料對(duì)混凝土的抗氯離子和抗凍性均有利，而環(huán)氧砂漿在抗磨性方面更優(yōu)。

環(huán)氧基材料在混凝土薄層修補(bǔ)和防護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用。包叔平等[3]報(bào)道了某船閘混凝土采用環(huán)氧涂層材料（環(huán)氧膠泥）進(jìn)行防護(hù)取得的滿意效果。三峽大壩導(dǎo)流底孔、葛洲壩3號(hào)船閘反弧面利用環(huán)氧涂層材料進(jìn)行抗沖磨、抗氣蝕防護(hù)，效果良好[4]。江蘇省國(guó)營(yíng)淮海農(nóng)場(chǎng)利用環(huán)氧厚漿涂料對(duì)碳化嚴(yán)重的混凝土橋梁進(jìn)行修補(bǔ)和防護(hù)取得了較好效果，為今后水工防腐提供了經(jīng)驗(yàn)。

環(huán)氧防護(hù)材料的修補(bǔ)防護(hù)效果在應(yīng)用實(shí)踐中也得到了證明。Fowler[5]對(duì)聚合物材料在混凝土修補(bǔ)防護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行了回顧，指出限制其推廣利用的一個(gè)主要因素是價(jià)格，其成本一般是水泥的1～100倍。但隨著社會(huì)的發(fā)展和對(duì)修補(bǔ)防護(hù)作用認(rèn)識(shí)的加深，高性能環(huán)氧防護(hù)修補(bǔ)材料的應(yīng)用已越來(lái)越普遍。

2 水工混凝土環(huán)氧防護(hù)材料的環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)

WF薄覆型環(huán)氧砂漿采用活性增韌體系，使材料具有良好的韌性，可避免環(huán)境溫度變化等因素引起的應(yīng)力積累，防止防護(hù)層開裂、脫空。WF薄覆型環(huán)氧砂漿具有良好的施工性能，無(wú)須底涂，可直接在混凝土表面涂覆，形成1～2mm厚度的連續(xù)保護(hù)層，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、阻隔性能、粘接性能和長(zhǎng)期的耐水性能，是輸（儲(chǔ)）水建筑物混凝土防護(hù)的理想材料。

下面通過(guò)一系列的試驗(yàn)測(cè)試，考察薄覆型環(huán)氧砂漿的環(huán)境適應(yīng)性和耐久性，以期積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為工程應(yīng)用提供參考。

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1.1 高低溫干熱循環(huán)試驗(yàn)。為了評(píng)價(jià)薄覆型砂漿材料在混凝土防護(hù)過(guò)程中適應(yīng)環(huán)境溫度變化的能力，進(jìn)行了高低溫干熱循環(huán)試驗(yàn)。為了涵蓋我國(guó)極寒地區(qū)凍融防護(hù)的應(yīng)用條件，將循環(huán)的最低溫度設(shè)定為-40℃，最高溫度設(shè)定為55℃。其基本試驗(yàn)參數(shù)和過(guò)程如下。

準(zhǔn)備300mm×300mm×100mm混凝土試件，要求試件表面拉拔強(qiáng)度大于3MPa，基面打磨清理潔凈后涂覆2mm厚的薄覆型環(huán)氧砂漿涂層，在常溫下養(yǎng)護(hù)14d;一塊作為凍融試件，一塊作為空白試件進(jìn)行對(duì)比。

可編程高低溫實(shí)驗(yàn)箱，其設(shè)定的溫度變化程序?yàn)椋簭?1℃降溫至-40℃，降溫速率為3℃/min（需20min）;在-40℃下保持溫度153min;從-40℃升溫至55℃，升溫速率為3℃/min（需32min）;在55℃下保持153min;在降溫降溫至21℃，降溫速率為3℃/min（需12min）;一個(gè)循環(huán)過(guò)程約為370min。

本試驗(yàn)整個(gè)過(guò)程需經(jīng)過(guò)30個(gè)循環(huán)，試驗(yàn)結(jié)束后觀察涂層表面是否出現(xiàn)裂紋、起包、分層、剝落等外觀缺陷，同時(shí)測(cè)試試驗(yàn)后的粘接強(qiáng)度，并與空白比對(duì)試件的粘接強(qiáng)度進(jìn)行比較。

2.1.2 濕熱-浸泡循環(huán)試驗(yàn)。本試驗(yàn)?zāi)M考察混凝土薄覆型環(huán)氧砂漿防護(hù)涂層材料突遇雷陣雨熱沖擊或水位上升引起的溫度下降時(shí)涂層材料與混凝土基層的熱相容性能。其基本試驗(yàn)條件及過(guò)程如下。

準(zhǔn)備300mm×300mm×100mm混凝土試件，試件表面拉拔強(qiáng)度大于3MPa，基面打磨清理干凈后刮涂2mm厚環(huán)氧砂漿防護(hù)涂層，養(yǎng)護(hù)14d;一塊作為凍融試件，一塊作為空白試件進(jìn)行對(duì)比。

在內(nèi)徑為50cm、高度大于20cm的水浴容器中放入14cm高的自來(lái)水，水溫不超過(guò)20℃;烘箱設(shè)定溫度為70℃;將試件放入70℃烘箱中5.5h后取出，馬上放入水浴容器中，水沒(méi)過(guò)試件表面50mm，攪拌容器中的水，使水溫均勻，15min后取出，完成一個(gè)循環(huán)，合計(jì)時(shí)間為6h。

本試驗(yàn)整個(gè)過(guò)程需要經(jīng)過(guò)30個(gè)循環(huán)，試驗(yàn)結(jié)束后觀察涂層表面是否出現(xiàn)裂紋、起包、分層、剝落等外觀缺陷，同時(shí)測(cè)試試驗(yàn)后的粘接強(qiáng)度，并與空白比對(duì)試件的粘接強(qiáng)度進(jìn)行比較。

2.1.3 凍融循環(huán)試驗(yàn)。為了評(píng)價(jià)環(huán)氧防護(hù)材料對(duì)混凝土抗凍融防護(hù)作用，依據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL 352—2006）抗凍性試驗(yàn)要求，采用混凝土快速凍融試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行凍融試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)試凍融循環(huán)前后環(huán)氧防護(hù)涂料與混凝土的拉拔粘接強(qiáng)度，檢驗(yàn)該材料的抗凍性以及對(duì)混凝土的防護(hù)作用?；驹囼?yàn)參數(shù)和過(guò)程如下。

準(zhǔn)備100mm×100mm×400mm混凝土試塊（C30F300），表面打磨清理后涂刷2mm厚環(huán)氧砂漿防護(hù)涂層，常溫養(yǎng)護(hù)14d。一塊作為凍融試件，一塊作為空白試件進(jìn)行對(duì)比。凍融條件為：凍融液溫度為-25～20℃;循環(huán)一次3h，降溫1.5h。

本試驗(yàn)整個(gè)過(guò)程需要經(jīng)300個(gè)凍融循環(huán)，觀察涂層表面是否出現(xiàn)裂紋、起包、分層、剝落等外觀缺陷，并測(cè)試試驗(yàn)前后粘接強(qiáng)度變化。

2.1.4 基本力學(xué)性能試驗(yàn)。測(cè)試薄覆型砂漿材料的本體力學(xué)性能試驗(yàn)，參考《環(huán)氧樹脂砂漿技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5193—2004）中規(guī)定的拉伸強(qiáng)度測(cè)試方法;砂漿粘接強(qiáng)度測(cè)試，參考《建筑防水涂料試驗(yàn)方法》（GB/T 16777—2008）中規(guī)定的粘接強(qiáng)度測(cè)試方法。

2.1.5 低溫性能試驗(yàn)。由于施工季節(jié)或環(huán)境條件的多變，施工溫度變化很大，特別是溫度較低會(huì)影響材料的正常性能發(fā)展。本試驗(yàn)以8～10℃為環(huán)境溫度，考察薄覆型砂漿的低溫固化性能和粘接性能。其試驗(yàn)過(guò)程如下：將薄覆砂漿樣品及水泥砂漿試塊放置在溫度為8～10℃的低溫箱中，靜置4h以上;取出樣品按比例要求混合均勻，成型粘接拉拔試件，即在高強(qiáng)水泥砂漿試件表面涂覆薄覆型環(huán)氧砂漿，厚度約1.5mm，放回低溫箱中固化養(yǎng)護(hù);2d后在拉拔試件上打孔粘接拉拔頭。按計(jì)劃時(shí)間進(jìn)行粘接拉拔測(cè)試。

2.2 結(jié)果與討論

2.2.1 力學(xué)性能與粘接性能。表1為薄覆型環(huán)氧砂漿的基本力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。由測(cè)試數(shù)據(jù)可知，薄覆型環(huán)氧砂漿具有良好的力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度通常為混凝土材料抗拉強(qiáng)度的2～3倍，且剛性與韌性均衡。薄覆型砂漿與混凝土的粘接效果非常出色，其破壞形式通常為基層混凝土的內(nèi)聚破壞，即其粘接強(qiáng)度大于基層混凝土的本體強(qiáng)度，這是環(huán)氧砂漿修復(fù)混凝土在耐久性方面的保障。另外，薄覆型環(huán)氧砂漿具有很好的濕面粘接效果，可在環(huán)境濕度較大、基面干燥不良的條件下正常施工，大大提高了施工環(huán)境適應(yīng)性。

2.2.2 適應(yīng)性試驗(yàn)。表2為薄覆型砂漿適應(yīng)性系列試驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果。涂層材料能夠發(fā)揮保護(hù)作用的基礎(chǔ)是防護(hù)層保持連續(xù)、完好，在工程實(shí)踐中經(jīng)常出現(xiàn)的防護(hù)層開裂、脫空、脫落等問(wèn)題，是防護(hù)作用失效的主要原因。本試驗(yàn)進(jìn)行了3種工況的測(cè)試，高低溫干熱循環(huán)試驗(yàn)用于表征材料在無(wú)水環(huán)境下耐受溫差的能力，濕熱浸泡循環(huán)試驗(yàn)用于評(píng)價(jià)冷水熱沖擊及濕熱的耐受能力，凍融循環(huán)試驗(yàn)用于評(píng)價(jià)材料在寒冷地區(qū)耐受冰-水融化循環(huán)過(guò)程的性能。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，經(jīng)過(guò)干熱循環(huán)試驗(yàn)、濕熱循環(huán)試驗(yàn)以及凍融循環(huán)試驗(yàn)后，防護(hù)層外觀正常，未出現(xiàn)開裂、起包、脫落等缺陷。粘接測(cè)試中，所有粘接破壞形式均為混凝土基層內(nèi)聚破壞，其中干熱循環(huán)和濕熱浸泡循環(huán)的拉拔強(qiáng)度變化不明顯，凍融循環(huán)后強(qiáng)度有一定降低，原因可能是經(jīng)過(guò)300次凍融循環(huán)后混凝土的本體強(qiáng)度受到一定的影響。從整體測(cè)試結(jié)果看，薄覆型環(huán)氧砂漿具有出色的環(huán)境適應(yīng)性和耐久性。

2.2.3 低溫性能測(cè)試。表3為低溫固化3d和7d的粘接拉拔結(jié)果。從試驗(yàn)結(jié)果看，3d粘接拉拔強(qiáng)度均值為2.44MPa，破壞形式為薄覆砂漿內(nèi)聚破壞，此時(shí)由于低溫固化時(shí)間短，薄覆砂漿的內(nèi)聚強(qiáng)度還比較小;7d后的拉拔強(qiáng)度均值增長(zhǎng)為5.56MPa，破壞形式轉(zhuǎn)化為基層混凝土的內(nèi)聚破壞，表明此時(shí)薄覆型環(huán)氧砂漿的強(qiáng)度已大于5.56MPa，性能已滿足工程要求，這對(duì)溫度較低、工程緊張的施工環(huán)境來(lái)說(shuō)有重要的意義。

圖1為粘接拉拔試驗(yàn)照片。圖1（a）為低溫固化3d的拉拔破壞情況，破壞形式均為薄覆型砂漿內(nèi)聚破壞;圖1（b）圖為低溫固化7d的拉拔破壞照片，破壞形式均為混凝土基層內(nèi)聚破壞。

3 結(jié)論

混凝土應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，對(duì)防護(hù)材料的要求較高，僅對(duì)材料的基本力學(xué)性能和隔離性能進(jìn)行評(píng)價(jià)是不全面的。大量工程經(jīng)驗(yàn)表明，良好的環(huán)境適應(yīng)性和耐久性才是防護(hù)層達(dá)到防護(hù)目的的關(guān)鍵，也是其防護(hù)性能能夠發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，薄覆型環(huán)氧砂漿具有出色的環(huán)境適應(yīng)性，由于材質(zhì)本身的高隔離性質(zhì)，其在復(fù)雜環(huán)境中可以用于混凝土表面防護(hù)，能起到防碳化、抗凍融、防腐蝕等多功能防護(hù)作用，可作為混凝土防護(hù)工程的一種優(yōu)秀備選材料。

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