摘 要：針對傳統(tǒng)混凝土橋梁裂縫修復困難的問題，提出通過改性石蠟、碳纖維布與內置鋼絲網水泥砂漿板對混凝土橋梁裂縫進行協(xié)同修復。試驗對工業(yè)石蠟的改性條件進行優(yōu)化，研究了改性石蠟、碳纖維布與內置鋼絲網水泥砂漿板對混凝土橋梁裂縫的修復效果。試驗結果表明，工業(yè)石蠟∶石墨粉∶乳化劑∶環(huán)氧樹脂=100∶1.5∶12∶12時，對工業(yè)石蠟的改性效果最好，在改性石蠟厚度為9 mm，側面單面鋪設2層碳纖維布，底面鋪設一層內置鋼絲網水泥砂漿板的條件下，橋梁混凝土開裂載荷提升至15.8 kN，破壞載荷提升至16.9 kN，裂縫的最終修復率約為32.1%，表現(xiàn)出良好的增韌效果和修復效果。

關鍵詞：橋梁修復；混凝土裂縫修復；加固材料；改性石蠟

中圖分類號：

TQ178

文獻標志碼：

A文章編號：

1001-5922（2024）01-0110-04

Performance test and effect study of modified new materials for repairing cracks in highway bridges

MOU Shouguo1，XIE Tuanjie2

（1.Dongying Municipal Engineering Co.，Lid.，Dongying 257091，Shandong China；

2.Dongying River Dim Service Center，Dongying 257091，Shandong China）

Abstract：To solve the problem of difficult crack repair for traditional concrete bridges，a collaborative repair method using modified paraffin，carbon fiber cloth and embedded steel wire mesh cement mortar board for concrete bridge cracks was proposed.The experiment optimized the modification conditions of industrial paraffin，and then studied the repair effect of modified paraffin，carbon fiber cloth，and embedded steel wire mesh cement mortar board on concrete bridge cracks.The experimental results showed that the modification effect of industrial paraffin was the best when the ratio of industrial paraffin∶graphite powder∶emulsifier∶epoxy resin was 100∶1.5∶12∶12.Under the condition of modified paraffin with a thickness of 9 mm，two layers of carbon fiber cloth on one side and one layer of embedded steel wire mesh cement mortar board on the bottom，the cracking load of bridge concrete increased to 15.8 kN，and the failure load increased to 16.9 kN，and the final repair rate of cracks was about 32.1%，showing good toughening and repair effects.

Key words：bridge repair;repair of concrete cracks;reinforcement materials;modified paraffin

混凝土橋梁開裂問題已經成為了現(xiàn)代橋梁最值得關注的問題之一，若不及時進行處理，則會造成巨大的安全隱患。尋找一種適合的橋梁裂縫修復加固方式對橋梁的使用有重要意義。對此，部分學者也進行了很多研究，如制備了一種新型無機的海泡石基混凝土裂縫自修復劑，并對其混凝土修復效果進行研究［1］。制備了一種超高性能混凝土用于橋梁的加固［2］。制備了一種新型高性能環(huán)氧樹脂（PA-EP）混凝土裂縫修復膠，并對其基礎性能進行了研究［3］。提出一種新的橋梁裂縫化學材料灌漿修復技術，并展開實例應用分析［4］。以上學者的研究為混凝土橋梁裂縫的修復提供了一些參考，但是在修復效果方面還有進一步增強的空間，基于此，試驗以林慧東［5］論文中的方法，提出通過改性石蠟、碳纖維布與內置鋼絲網水泥砂漿板對混凝土橋梁裂縫進行協(xié)同修復，并對其修復效果進行研究。

1 試驗部分

1.1 材料與設備

主要材料：工業(yè)石蠟（CP），銘鋒生物科技；環(huán)氧樹脂（CP），榮威防腐材料；乳化劑（CP），金晟新材料）；石墨粉（CP），貴通石墨；水泥（P·O42.5），康輝耐材；碎石（Ⅱ級），永順礦產品；砂（Ⅱ級），澤創(chuàng)礦產品 ；碳纖維布（Ⅱ級），果宛新材料。

主要設備：HH-1型恒溫水浴鍋（金壇良友儀器）； JS1000型混凝土攪拌機（鯤之躍建筑工程機械）；NDJ-1C型旋轉黏度計（英檢達儀器）。

1.2 試驗方法

1.2.1 石蠟的改性

分別選擇石墨、環(huán)氧樹脂和乳化劑對工業(yè)石蠟進行改性，提升石蠟的性能。以改性后石蠟作為公路橋梁的修復材料。

（1）石墨改性石蠟。

按照100∶2、100∶1.5、100∶1的比例分別稱取工業(yè)石蠟和石墨粉。先將工業(yè)石蠟放入燒杯中，在45 ℃條件下水浴熔融，然后按照比例分別添加石墨粉，恒溫攪拌冷卻，得到石墨石蠟，攪拌時間為1 h；

（2）乳化劑改性石蠟。

按照100∶5、100∶8、100∶12、100∶17的比例稱取石蠟和乳化劑。在36 ℃水浴條件下將石蠟熔融后，加入乳化劑，恒溫攪拌60 min后倒入模具中冷卻，得到乳化石蠟；

（3）環(huán)氧樹脂改性石蠟。

按照100∶4、100∶8、100∶12、100∶16的比例稱取石蠟和環(huán)氧樹脂。在36 ℃水浴條件下將石蠟熔融后加入環(huán)氧樹脂和固化劑，固化劑添加量為環(huán)氧樹脂的1/10，恒溫攪拌60 min后倒入模具中冷卻，得到環(huán)氧石蠟。

1.2.2 混凝土試件的制備

參照GB 50204—1992［6-7］中對于C50混凝土的要求，對基礎混凝土的配比進行設計，具體見表1。

（1）按照表1配合比將砂石和水泥放入混凝土攪拌機內，打開攪拌機干拌90 s后，加入所需用水的一半，繼續(xù)攪拌60 s后，倒入剩余用水，繼續(xù)攪拌1.5 min，得到混凝土拌合物;

（2）將混凝土拌合物倒入提前刷油的模具中，然后用刮刀將模具上多余的砂漿刮去，在標準養(yǎng)護的條件下養(yǎng)護2 d后脫模。

1.2.3 主動修復試驗

（1）將工業(yè)石蠟、石墨粉、乳化劑和環(huán)氧樹脂按比例進行混合，得到改性石蠟。分別以改性石蠟和普通石蠟作為修復材料進行主動修復試驗;

（2）將混凝土打磨清洗后將熔融狀態(tài)的修復材料覆涂在混凝試件底部，修復材料厚度分別為3、6、9和12 mm，分別對應編號為A1-A4，B1-B4，A表示改性石蠟作為修復材料，B表示以普通石蠟作為修復材料;

（3）將涂覆有修復材料的混凝土置于陰涼干燥的環(huán)境養(yǎng)護至指定齡期。

1.2.4 修復效果增強試驗

確定改性主動修復試驗的最佳條件后，通過碳纖維布和內置鋼絲網水泥砂漿板對混凝土裂縫修復效果進行進一步增強，構件設計見表2。

1.3 性能測試

1.3.1 熔點及熱傳導性測試

熔點：將待測石蠟放入恒溫水浴鍋中，根據溫度變化導致的石蠟狀態(tài)的變化確定石蠟熔點。

熱傳導性：固定溫度為石蠟的熔點溫度，根據石蠟熔化的時間確定其熱傳導性。

1.3.2 膨脹率測試

通過膨脹后體積變化計算膨脹率。

1.3.3黏性測試

通過旋轉黏度計測試。

1.3.4 修復率測試

根據GB/T 50081—2002進行抗折試驗，在裂縫產生后，通過讀數(shù)顯微鏡來觀察裂縫寬度的變化，并計算修復率［8-9］。

2 結果與討論

2.1 改性石蠟配比優(yōu)化

2.1.1 石墨粉用量優(yōu)化

表3為改性石蠟配比優(yōu)化結果。

由表3可知，添加了石墨粉的石蠟材料融化速率明顯快于純石蠟材料。石蠟與石墨粉比例為100∶2與100∶1.5時，改性石蠟的熔點和熱傳導性基本保持一致，這說明了石墨粉對石蠟的熔點和熱傳導性均有改善作用。當石蠟與石墨粉比例為100∶1.5時，已經達到了最好的改善效果。因此，在后續(xù)試驗中，選擇適合的石蠟與石墨粉比例為100∶1.5。

2.1.2 乳化劑用量優(yōu)化

石蠟與乳化劑混合后，可同時吸收親水基團和油性基團，使這些基團無法腐蝕混合物，進而增強混合物的機械強度。表4為乳化劑對改性石蠟的影響。

由表4可知，當石蠟與乳化劑比例為100∶12時，其膨脹率達到了最高，約為19.57%。因此，在后續(xù)試驗中，選擇該比例繼續(xù)進行試驗。

2.1.3 環(huán)氧樹脂用量優(yōu)化

通過環(huán)氧樹脂對工業(yè)石蠟的粘接性能進行優(yōu)化，結果見表5。

由表5可觀察到，石蠟的粘性隨環(huán)氧樹脂用量的增加而增加。當工業(yè)石蠟與環(huán)氧樹脂比例為100∶12時，其黏度已經達到了200 MPa·s，繼續(xù)增加環(huán)氧樹脂用量，其黏度達到250 MPa·s，這會對后續(xù)的試驗產生不良影響。因此，選擇適合的工業(yè)石蠟與環(huán)氧樹脂比例為100∶12。

2.2 自修復試驗結果

圖1為自修復試驗結果。

由圖1可知，在同樣的加熱時間內，改性石蠟對于混凝土裂縫的修復效果明顯優(yōu)于普通石蠟。其平均修復率較普通石蠟提升了約5%，最終修復率較普通石蠟提升了約10%。這是因為石蠟經過石墨粉、乳化劑和環(huán)氧樹脂改性后，其導熱性能、流動性能和粘聚力均明顯優(yōu)于普通石蠟，在加熱量與環(huán)境散熱量相同的條件下，改性石蠟熔融速度更快，可更好的對混凝土裂縫進行彌合［12-13］。從圖1還可以觀察到，隨自修復材料的增加，其修復效果先增強后減弱。當修復厚度達到9 mm時，對混凝土裂縫的修復效果最好，其修復率較普通石蠟提升了約15%。但改性石蠟厚度存在最佳值，當其厚度超過最佳值后，對熱量的傳遞效果產生影響，進而對混凝土裂縫的修復效果產生影響［15-16］。

2.3 強化修復優(yōu)化結果

通過抗折試驗和自修復試驗對碳纖維布與內置鋼絲網水泥砂漿板增強混凝土自修復效果進行研究，結果見表6、表7。

由表6可知，在碳纖維布和內置鋼絲網水泥砂漿板協(xié)同作用下，混凝土的韌性得到明顯提升。因此，其抗折強度明顯增加［19-20］。

裂縫修復情況結果如表7所示。

由表7可知，碳纖維布與內置鋼絲網水泥砂漿板協(xié)同作用對裂縫的修復情況最好，其最終修復率可以達到32.1%，進而增強了混凝土自修復效果。

3 結語

（1）石墨粉對石蠟的熔點和融化速率均有改善作用，可有效提升工業(yè)石蠟的熱傳導性，提升其修復混凝土橋梁裂縫的能力;

（2）乳化劑可以有效提升石蠟的吸水能力，在修復過程中，可以吸收水分，避免水分對混凝土內部的構建產生腐蝕， 進而增強了混凝土的機械強度;

（3）環(huán)氧樹脂可有效增強工業(yè)石蠟的粘聚力，提升石蠟對混凝土的自修復性能;

（4）改性石蠟對混凝土裂縫的修復效果明顯優(yōu)于普通石蠟，當改性石蠟鋪設厚度為9 mm時，對混凝土裂縫的修復率較普通石蠟提升了約15%;

（5）在碳纖維布與內置鋼絲網水泥砂漿板協(xié)同作用下，混凝土的韌性得到有效提升，最終修復率達到32.1%，可對混凝土裂縫進行有效修復。

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