一种高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料的制备
随着我国经济的高速发展，轨道交通运输领域进入了高速度、低污染、大运输量的基础设施建设时代。在地铁、高铁等基础设施建设过程中，由于水文、地质环境复杂，往往会引发诸多问题，其中地下水对建筑的侵蚀、劣化最为严重且难以根治，渗漏已成为除建筑结构之外影响建筑质量的第二大问题，被称为“建筑癌症”。渗漏水既会影响混凝土结构的使用功能，又会降低其使用寿命，因此，渗漏水及混凝土结构缺陷的修复性治理，已成为轨道交通建设发展与安全运营的重大保障。
本研究开发了一种具有较高延伸率的高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料，通过对环氧树脂分子进行柔性链段的化学接枝，在保留环氧树脂分子结构高强度的基础上，提高固化后交联网络结构的柔性，大幅度改善了环氧树脂的脆性。该灌浆材料可有效抵御列车运行过程中引起的振动和温差变化引起的热胀冷缩，起到了很好的修复性堵漏与补强加固作用。
高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料的制备
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A组分：将一定量的环氧树脂倒入烧杯并置入60 ℃油浴锅中，保温20 min，加入活性稀释剂，搅拌20 min至混合均匀，用真空泵抽真空至气泡完全消除；将上述材料置于80 ℃恒温油浴锅中，保温20 min，搅拌条件下分批次加入称量好的改性剂、改性助剂，在80 ℃下反应3 h，冷却至室温，即得到高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料A组分。
B组分：将一定量的固化剂倒入烧杯并置入40 ℃油浴锅中，保温20 min，搅拌条件下分批次加入称量好的固化剂改性剂、改性助剂，升温至100 ℃反应4 h，冷却至室温，得到高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料B组分。
灌浆材料：将上述制备好的A、B组分按质量比2∶1混合均匀，即得高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料。参考JC/T 1041—2007《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》、GB/T 2567—2008《树脂浇铸体性能试验方法》等标准，着重测试其抗压与抗拉强度、断裂伸长率、剪切强度、干粘结与湿粘结强度、抗渗压力等性能。
抗压强度 2
抗压强度测试样品规格尺寸为20 mm×20 mm×20 mm，试验速度为5 mm/min，仲裁试验速度为2 mm/min。将高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料A、B组分按质量比2∶1混合均匀，直接浇注到内部尺寸为20 mm×20 mm×20 mm的模具中，在室温条件下养护28 d。采用万能试验机对样品进行抗压强度测试，结果见表1和图1。
表1 灌浆材料的抗压强度测试结果
图1 灌浆材料的抗压强度试验力-变形曲线
根据图1和表1分析可知，高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料的抗压强度为72.5 MPa，大于C60混凝土的抗压强度（60 MPa），而且其压缩变形率至约52.5%时本体才会受到破坏，说明该灌浆材料具有良好的压缩弹性，在主体结构混凝土变形而对材料进行压缩时，可以非常好地抵御这种形变，起到永久堵漏修复的作用。
抗拉强度 3
抗拉强度测试样品为20 cm长的哑铃试件，试验速度为5 mm/min，仲裁试验速度为2 mm/min。将高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料A、B组分按质量比2∶1混合均匀，直接浇注到模具中，在室温条件下养护28 d。采用万能试验机对样品进行抗拉强度测试，结果见表2和图2。
表2 灌浆材料的抗拉强度测试结果
图2 灌浆材料的抗拉强度试验力-变形曲线
根据图2和表2分析可知，高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料的抗拉强度为17.2 MPa，远大于C60混凝土本身的抗拉强度，也高于JC/T 1041—2007《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》中干裂缝用环氧灌浆材料抗拉强度不小于15 MPa的要求。该灌浆材料的断裂伸长率可达13.8%，说明经过改性后环氧树脂的脆性得到了极大的改善，在主体结构混凝土变形而对材料进行拉伸时，可以非常好地抵御这种形变，起到永久堵漏修复的作用。
剪切强度 4
剪切强度测试样品采用两块长10 cm的试件相叠粘接，粘接部位长12.5 mm，粘接用金属片材质为45碳钢，试验速度为5 mm/min，仲裁试验速度为2 mm/min。将高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料A、B组分按质量比2∶1混合均匀，将金属片粘贴在一起并固定，在室温条件下养护28 d。采用万能试验机对样品进行剪切强度测试，结果见表3和图3。
表3 灌浆材料的剪切强度测试结果
图3 灌浆材料的剪切强度试验力-变形曲线
根据图3和表3分析可知，高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料的剪切强度为12.2 MPa，高于JC/T 1041—2007中干裂缝用环氧灌浆材料剪切强度不小于8.0 MPa的要求。剪切强度在混凝土缺陷修复中的主要作用是抵御主体结构在地质运动、列车高速运行以及温差造成的各向异性剪切力对薄弱部位的破坏，该灌浆材料的剪切强度远大于标准要求，可以对混凝土起到很好的保护作用。
粘结强度 5
干粘结强度和湿粘结强度测试样品规格尺寸为8字形砂浆块，采用P.O.42.5水泥按照一定比例制备，在水中养护28 d，试验速度为5 mm/min，仲裁试验速度为2 mm/min。将准备进行粘结试验的水泥砂浆试件拉断，然后涂抹高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料，再次拉断，读取粘结强度数值，其中：干粘结强度为上述拉断的水泥砂浆块从水中取出后，在室温下放置2 d，然后涂上高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料，在室温下养护28 d；湿粘结强度为上述拉断砂浆块从水中取出后用抹布把游离水抹去，直接涂抹高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料，在室温下养护28 d。干粘结强度和湿粘结强度试验结果见表4和图4—5。
表4 灌浆材料的粘结强度测试结果
图4 灌浆材料的粘结强度试验力-变形曲线
图5 灌浆材料的粘结强度测试样块
根据图4和表4分析可知，高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料的干粘结强度为4.4 MPa、湿粘结强度为3.3 MPa，均高于JC/T 1041—2007中干裂缝用环氧灌浆材料对粘结强度的要求。粘结强度特别是湿粘结强度是决定堵漏材料对混凝土修复效果最重要的指标之一，高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料湿粘结强度为3.3 MPa，且破坏形式均为混凝土本体破坏，说明该灌浆材料在水中固化良好，修补材料与混凝土粘结强度均大于混凝土本身强度，能起到很好的堵漏修复作用。
抗渗压力与渗透压力比 6
抗渗压力测试样品规格尺寸为上口直径70 mm、下口直径80 mm、高30 mm，采用本体抗渗压力约为0.3~0.5 MPa的截头字形砂浆块，在试件的上口表面均匀涂抹高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料，养护28 d。测试时，从0.2 MPa开始计量水压，恒压2 h后升至0.3 MPa，此后每隔1 h升压0.1 MPa，升压至1.6 MPa恒压1 h未出现渗漏水即可停止试验。高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料的抗渗压力与渗透压力比见表5。
表5 灌浆材料的抗渗压力与渗透压力比测试结果
根据表5分析可知，高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料的抗渗压力为1.3 MPa，渗透压力比为433%，均高于JC/T 1041—2007中干裂缝用环氧灌浆材料对抗渗压力的要求。抗渗压力是堵漏材料最直观的性能，决定了材料能抵抗的地下水压力，该灌浆材料的抗渗压力大于混凝土最高抗渗等级P12的要求，对裂缝进行封堵后，可以使缺陷部位恢复到和主体结构一样的强度，能起到很好的堵漏修复作用。
与其他灌浆材料的性能对比 7
表6所示为高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料与市面通用的堵漏用改性环氧灌浆材料的性能对比。分析可知：高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料与通用改性环氧灌浆材料的固化物性能都能满足JC/T 1041—2007的要求，但高弹性改性环氧灌浆材料的断裂伸长率可达到13.8%，而通用改性环氧灌浆材料的断裂伸长率仅为2.7%，可见改性后高弹性改性环氧灌浆材料的断裂性能得到了明显提升。
表6 两种改性环氧灌浆材料性能对比
工程应用 8
广州地铁某号线是广州市城市轨道交通线网构架中X形对角线中西北-东南的结构骨干线，也将会是广州市第一条无人驾驶的地铁线路，全长37.6 km，共设置25座车站，全部为地下线与地下车站。由于在施工期间需穿越全风化混合花岗岩、硬塑状砂黏性土、风化泥质砂岩、硬岩、灰岩、断裂带、溶土洞发育等地层，上跨或下穿铁路、既有地铁线路、河涌和山脉、高大建筑物集中区等敏感区域，安全管控标准高，施工风险极高。施工过程中混凝土结构厚度较大，由于内外温差大、混凝土自收缩、地下水水位高等原因，混凝土结构产生裂缝，结构发生渗漏水。地下车站为现浇混凝土结构，由于混凝土的收缩导致裂缝出现，裂缝贯穿后出现渗漏水，从而引发混凝土劣化、钢筋锈蚀，进一步导致混凝土结构的耐久性受影响。
针对产生的结构裂缝，采用专利工法“修复性堵漏”方案，灌浆材料采用高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料，实现快速堵水的同时，固结后又可满足混凝土结构的微小变形。图6所示为采用高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料对隧道的裂缝渗漏水进行修复性堵漏治理的效果：治理前裂缝渗漏水非常严重，导致在挖隧道存在大量积水；治理后裂缝位置不再漏水且隧道变得干燥。
图6 隧道裂缝修复前后对比
在现场进行抽芯并做抗压测试，得到的结果见图7。测试结果显示，抽芯试块已恢复至混凝土本体强度，原先的裂缝位置充满灌浆材料的固化物，且试块破坏位置为本体破坏而非裂缝位置，这说明原缺陷部位得到修复后已经比主体结构本体强度更高，高弹性堵漏用改性环氧灌浆材料起到了非常好的渗漏水治理与补强加固作用。
图7 抽芯试样
