彭杰，胡鐵剛，單韌，彭勃

（湖南固特邦土木技術(shù)發(fā)展有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410205）

混凝土長(zhǎng)期經(jīng)受雨雪侵蝕、除冰鹽腐蝕，表面容易出現(xiàn)麻面、起粉、脫落、露筋等缺陷，影響混凝土美觀和長(zhǎng)期耐久性[1]，需要對(duì)混凝土表面進(jìn)行薄層修補(bǔ)，起到防碳化、防腐的作用，提高混凝土的耐久性并達(dá)到美觀效果。聚合物改性砂漿由于粘接強(qiáng)度高、干縮變形小、耐介質(zhì)侵蝕性能好，具有廣闊的應(yīng)用前景[2]。水性環(huán)氧樹脂改性水泥砂漿不同于普通聚合物乳液物理成膜的特性，水性環(huán)氧乳液在水泥砂漿中會(huì)進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)固化，形成不溶、不熔具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物，其改性的水泥砂漿對(duì)復(fù)雜的化學(xué)和干濕交替環(huán)境具有更好的抵抗能力[3-4]。在高速鐵路、公路、城市交通等一些快速修補(bǔ)改造工程中，由于工期緊、要求高、中斷交通時(shí)間短，需要使用快速修補(bǔ)材料，不僅應(yīng)具有良好的力學(xué)性能、粘結(jié)性能、體積穩(wěn)定性及耐久性能，還需具有快硬性以滿足快速施工[5-6]。目前快速修補(bǔ)砂漿已經(jīng)在土木工程各領(lǐng)域有大量工程應(yīng)用，但對(duì)于水性環(huán)氧在快速修補(bǔ)砂漿的配方設(shè)計(jì)及系統(tǒng)性能的研究較少。本研究初步篩選了不同的水性環(huán)氧固化劑，對(duì)優(yōu)選出的固化劑改性快速修補(bǔ)砂漿的力學(xué)、粘結(jié)性能進(jìn)行了研究。并已應(yīng)用于快速修補(bǔ)工程。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水性環(huán)氧乳液：BSA-EW1200，上海帆嘯化工科技有限公司；1#水性固化劑：G328，改性胺，三菱瓦斯化學(xué)；2#水性固化劑：LJ1788，改性胺，上海綠嘉水性涂料有限公司；3#水性固化劑：330W80，脂肪胺，常州山峰化工有限公司；水泥：P·O42.5，南方桃江水泥有限公司；快硬硫鋁酸鹽水泥：42.5級(jí)，鄭州市中泰水泥有限公司；砂：天然砂，0.3~0.6 mm；粉煤灰：Ⅱ級(jí)，河北友勝耐火材料有限公司；膨潤(rùn)土觸變劑：鈉基膨潤(rùn)土，安吉益國(guó)膨潤(rùn)土廠；聚羧酸減水劑：198，山東鴻泉化工科技有限公司；水：自來水。

1.2 主要試驗(yàn)儀器

微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)：WDW-20型，濟(jì)南科盛試驗(yàn)設(shè)備有限公司；微機(jī)控制恒加載抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)：TYA-300B型，無錫新路達(dá)儀器設(shè)備有限公司。

1.3 水性環(huán)氧改性快速修補(bǔ)砂漿的制備方法

先將水性環(huán)氧乳液與水性固化劑按質(zhì)量比10∶6混合均勻，再將其與快速修補(bǔ)砂漿粉料按質(zhì)量比6.4∶100進(jìn)行混合，加入適量水?dāng)嚢杈鶆颍粗频盟原h(huán)氧改性快速修補(bǔ)砂漿（以下簡(jiǎn)稱快速修補(bǔ)砂漿）。其中快速修補(bǔ)砂漿粉料的配合比為：m（普通硅酸鹽水泥）∶m（快硬硫鋁酸鹽水泥）∶m（粉煤灰）∶m（砂）∶m（減水劑）∶m（觸變劑）=50∶40∶10∶150∶0.3∶0.6。聚灰比=m[水性環(huán)氧乳液質(zhì)量（含固化劑）×水性環(huán)氧乳液固含量]/m（普通硅酸鹽水泥+快硬硫鋁酸鹽水泥+粉煤灰）。

1.4 性能測(cè)試方法

水泥砂漿流動(dòng)度：依據(jù)GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》進(jìn)行測(cè)試；抗壓、抗折強(qiáng)度：依據(jù)DL/T 5126—2001《聚合物改性水泥砂漿試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行測(cè)試；正拉粘結(jié)強(qiáng)度：依據(jù)GB 50728—2011《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》附錄G進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 水性環(huán)氧固化體系的篩選

快速修補(bǔ)砂漿由有機(jī)水性環(huán)氧乳液和無機(jī)快硬膠凝材料體系組成，為了獲得最佳的力學(xué)性能，水性環(huán)氧與水性固化劑間化學(xué)反應(yīng)固化的時(shí)間須與快硬膠凝材料體系的水化時(shí)間相一致，兩者硬化時(shí)間差過大將導(dǎo)致快速修補(bǔ)砂漿的性能下降。文獻(xiàn)顯示[7]，聚合物改性水泥砂漿的抗折和抗拉強(qiáng)度比空白樣都有一定提高，而抗壓強(qiáng)度則會(huì)有一定的下降，這是因?yàn)榫酆衔锉旧韽椥阅Ａ枯^低且具有較好的抗拉性能，聚合物的摻入提高了水泥水化產(chǎn)物和骨料的粘結(jié)力。試驗(yàn)固定無機(jī)快硬膠凝材料體系的水灰比為0.35，分別采用3種不同水性固化劑，配制聚灰比為0.08的快速修補(bǔ)砂漿，測(cè)試其性能，結(jié)果見表1。

表1 不同水性固化劑對(duì)快速修補(bǔ)砂漿性能的影響

由表1可見：

（1）不同固化劑配制的水性環(huán)氧樹脂改性快速修補(bǔ)砂漿的流動(dòng)度各不相同，1#水性固化劑配制的流動(dòng)度最大，3#水性固化劑配制的流動(dòng)度最小。由于不同水性環(huán)氧固化體系的黏度不同，導(dǎo)致其對(duì)快速修補(bǔ)砂漿流動(dòng)性有較大的影響。

（2）水性環(huán)氧改性快速修補(bǔ)砂漿的抗折強(qiáng)度普遍高于空白砂漿，可見，水性環(huán)氧體系可以顯著提高改性砂漿的抗折強(qiáng)度。各個(gè)齡期快速修補(bǔ)砂漿的抗壓強(qiáng)度相比于空白砂漿均有一定程度的下降，采用不同水性固化劑的快速修補(bǔ)砂漿的抗壓強(qiáng)度在各個(gè)齡期發(fā)展速度有一定差別。1#水性固化劑配制的修補(bǔ)砂漿抗壓強(qiáng)度發(fā)展趨勢(shì)與空白砂漿的抗壓強(qiáng)度類似，而2#和3#水性固化劑配制的修補(bǔ)砂漿的抗壓強(qiáng)度均較1#配制的低。其原因可能是，1#水性固化劑配制的修補(bǔ)砂漿的終凝時(shí)間與空白砂漿基本相同，水性環(huán)氧樹脂與水性固化劑的固化時(shí)間與無機(jī)快硬膠凝材料的硬化時(shí)間相匹配，環(huán)氧三維互穿網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)聚合物反應(yīng)完全且與膠凝材料水化產(chǎn)物結(jié)合緊密，表現(xiàn)出1#水性固化劑配制的快速修補(bǔ)砂漿具有最佳的力學(xué)性能。

2.2 聚灰比對(duì)快速修補(bǔ)砂漿力學(xué)性能的影響

2.2.1 對(duì)抗折和抗壓強(qiáng)度的影響

環(huán)氧改性水泥砂漿的硬化包括水泥水化、環(huán)氧樹脂固化和環(huán)氧顆粒交聯(lián)3個(gè)過程，水泥漿體水化的同時(shí)，環(huán)氧樹脂也在進(jìn)行固化反應(yīng)，水泥漿體中微小球形環(huán)氧顆粒被擠壓與外面聚集的環(huán)氧樹脂相互交聯(lián)，形成不規(guī)則但是連續(xù)貫穿水泥石的的三維網(wǎng)絡(luò)[8]。環(huán)氧三維互穿網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)對(duì)硬化水泥石的性能有很大影響，水性環(huán)氧的摻量決定了硬化水泥石中柔性聚合物與剛性水泥水化產(chǎn)物的分布，影響三維互穿網(wǎng)絡(luò)中聚合物的連續(xù)性。試驗(yàn)選用1#水性固化劑，考察聚灰比對(duì)水性環(huán)氧改性快速修補(bǔ)砂漿性能的影響，結(jié)果見表2。

表2 聚灰比對(duì)快速修補(bǔ)砂漿抗折和抗壓強(qiáng)度的影響

從表2可以看出：聚灰比在0~0.30范圍內(nèi)，隨著聚灰比的增大，快速修補(bǔ)砂漿的抗折強(qiáng)度逐漸提高，而抗壓強(qiáng)度則逐漸降低，聚灰比為0.08時(shí)，抗折強(qiáng)度明顯提高，而抗壓強(qiáng)度則下降不明顯。其原因可能是，在此聚灰比下部分水性環(huán)氧發(fā)生固化反應(yīng)開始形成連續(xù)的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)骨料和膠凝材料的水化產(chǎn)物起到了粘結(jié)架橋作用。當(dāng)聚灰比從0.12增大至0.30時(shí)，抗折強(qiáng)度持續(xù)提高，但增幅趨緩；抗壓強(qiáng)度下降化趨緩。聚灰比過大，導(dǎo)致砂漿硬化產(chǎn)物中聚合物的比例過大，形成水泥石顆粒被聚合物包裹的情況，影響膠凝材料水化產(chǎn)物的連續(xù)性，同時(shí)聚灰比過大導(dǎo)致砂漿成本的升高。從力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性方面考慮，聚灰比為0.08時(shí)綜合效果最佳，最優(yōu)水性環(huán)氧樹脂改性快速修補(bǔ)砂漿的配比為：水性環(huán)氧乳液與1#水性固化劑按10∶6混合；再將水性環(huán)氧乳液與快速修補(bǔ)砂漿粉料按6.4∶100混合，加入10.8份水?dāng)嚢杈鶆颉?/p>

2.2.2 對(duì)粘結(jié)性能的影響

在快速修補(bǔ)工程實(shí)際應(yīng)用中，快速修補(bǔ)砂漿與基層的粘結(jié)強(qiáng)度是重要的指標(biāo)之一，粘結(jié)性能的好壞關(guān)系到后期修補(bǔ)層是否出現(xiàn)空鼓、脫落等。為了達(dá)到良好的粘結(jié)效果，普通快速修補(bǔ)水泥砂漿在施工時(shí)對(duì)混凝土基面的要求較高，一般需要基面為飽和面干潤(rùn)濕狀態(tài)，而油性環(huán)氧砂漿則需要基面為干燥狀態(tài)。水性環(huán)氧改性快速修補(bǔ)砂漿的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是在潮濕和干燥環(huán)境下都能固化，適應(yīng)范圍廣，并且與基面具有較高的粘結(jié)強(qiáng)度。試驗(yàn)考察較優(yōu)聚灰比下，水性環(huán)氧改性快速修補(bǔ)砂漿對(duì)干、濕基面的粘結(jié)性能，結(jié)果見表3。潮濕基面為基準(zhǔn)混凝土在（23±2）℃水中浸泡48 h后達(dá)到飽和面干狀態(tài)的基面，干燥基面為基準(zhǔn)混凝土在溫度為（23±2）℃、相對(duì)濕度85%的環(huán)境中放置48 h的非潮濕基面。

表3 聚灰比對(duì)快速修補(bǔ)砂漿與干濕基面粘結(jié)強(qiáng)度的影響

由表3可見：

（1）對(duì)于空白砂漿（聚灰比為0）而言，對(duì)潮濕基面的粘結(jié)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于對(duì)干燥基面的粘結(jié)強(qiáng)度，其主要原因是干燥基層吸附了界面處水泥漿體中的水分，導(dǎo)致界面處水泥漿體水化不完全，粘結(jié)強(qiáng)度偏低。

（2）隨環(huán)氧乳液摻量的增加，粘結(jié)強(qiáng)度提高，且對(duì)潮濕基面的粘結(jié)強(qiáng)度比對(duì)干燥基面的粘結(jié)強(qiáng)度稍高。主要原因是水性環(huán)氧改性快速修補(bǔ)砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度依靠含有活性基團(tuán)的環(huán)氧樹脂分子滲透入基層的孔隙中，并與固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，待環(huán)氧樹脂固化完全形成大分子后填充在孔隙中，與孔隙之間形成很大的機(jī)械咬合力，在基塊與砂漿之間起到架橋的作用，同時(shí)環(huán)氧活性基團(tuán)與基層上的極性基團(tuán)反應(yīng)形成化學(xué)鍵，從而提高了粘結(jié)強(qiáng)度。所以，水性環(huán)氧改性快速修補(bǔ)砂漿對(duì)干、濕基面都能適用。綜合考慮力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)適用性，水性環(huán)氧改性快速修補(bǔ)砂漿的最佳聚灰比為0.08。

2.3 快速修補(bǔ)砂漿的工程應(yīng)用

某高速公路橋梁防撞護(hù)欄基座的混凝土出現(xiàn)麻面、蜂窩、石子裸露等缺陷，采用水性環(huán)氧樹脂改性快速修補(bǔ)砂漿對(duì)混凝土表面進(jìn)行薄層修補(bǔ)。按2.2.1中快速修補(bǔ)砂漿的最優(yōu)配比，用手持式攪拌機(jī)將水性環(huán)氧改性砂漿攪拌均勻，進(jìn)行涂抹施工（見圖1）。經(jīng)3年的監(jiān)測(cè)，修補(bǔ)層平整、無剝落和開裂現(xiàn)象，耐久性良好。

圖1 某高速公路橋梁防撞護(hù)欄基座

3 結(jié)論

（1）當(dāng)環(huán)氧的固化時(shí)間與無機(jī)膠凝材料的硬化時(shí)間相匹配時(shí)，水性環(huán)氧改性快速修補(bǔ)砂漿具有最佳的力學(xué)性能，其中采用1#水性固化劑配制的環(huán)氧乳液對(duì)快速修補(bǔ)砂漿的改性效果最佳。

（2）隨著聚灰比的增大，快速修補(bǔ)砂漿的抗折強(qiáng)度逐漸提高，而抗壓強(qiáng)度則逐漸降低。綜合考慮力學(xué)性能與經(jīng)濟(jì)適用性，水性環(huán)氧改性快速修補(bǔ)砂漿的最佳聚灰比為0.08。

（3）水性環(huán)氧改性快速修補(bǔ)砂漿對(duì)干、濕基面均有較高的粘結(jié)強(qiáng)度，適用范圍廣。

（4）該快速修補(bǔ)砂漿已應(yīng)用于混凝土表面薄層快速修補(bǔ)工程，經(jīng)3年監(jiān)測(cè)，修補(bǔ)層平整、無剝落和開裂現(xiàn)象，耐久性良好。