乙烯基酯树脂在大桥混凝土防护上的应用
乙烯基酯树脂在大桥混凝土防护上的应用
杜葆光1 蒋志庭2 杜沁阳1
（ 1.无锡光明化工厂，无锡 214128 ； 2. 宜兴宇星防腐中心，宜兴 214221 )
摘 要：介绍了乙烯基酯树脂在大桥混凝土桥墩墩柱防护上的应用。
关键词：乙烯基酯树脂；大桥；混凝土；防护
乙烯基酯树脂自六十年代末问世至今已有三十余年的历史，由于乙烯基酯树脂具有优良的耐蚀性和施工工艺性，八十年代起乙烯基酯树脂已成为国外新一代耐腐蚀树脂的代表而广泛应用于石油、化工、造纸、冶金、热电、医药、食品、交通、环保、建筑等行业。
国内乙烯基酯树脂在七十年代末开始开发生产，但由于产品价格较高、普及宣传不够等原因，在较长一段时间里国内年生产量在几千吨左右徘徊。近几年来随着我国经济迅猛发展，国内乙烯基酯树脂的生产应用量呈现迅速增长的势头。由于其优良的性能，且产品价格逐步降低，现已越来越被人们了解和接受。本文就乙烯基酯树脂在虎门大桥混凝土墩柱防护上应用的成功实例作一探讨和交流。
1.工程概况
广东虎门大桥位于珠江入海口，其上下游各有一个火力发电厂，大气中二氧化碳及盐类含量较高。虎门大桥桥墩等部位由于经受多年大气腐蚀，混凝土表面已产生不同程度的碳化、钢筋外露锈蚀、混凝土松裂，急需进行防护处理。大桥混凝土防护的目的，一是要考虑保护混凝土能抵御大气的进一步侵蚀，不进一步碳化；二是要考虑能对混凝土表面有一定的增强作用。
对此，用何种防护方案曾经过细致的研究。方案之一考虑用涂料，缺点是涂料对混凝土几乎无增强作用。另一种方案是采用玻璃钢防护，玻璃钢包裹桥墩，增强作用明显，但树脂品种的选择又是一个问题。
乙烯基酯树脂是一种强度高、耐水性和耐腐蚀性好的优良树脂品种，当属首选的树脂品种，但其耐候性如何？就此问题虎门大桥有限公司管理中心组织了人员到南京扬子乙烯，上海等地的乙烯基酯树脂应用单位作了实地考察，考察发现一些应用单位的乙烯基酯树脂玻璃钢在室外经过热晒雨淋并在有腐蚀介质的状况下使用已达8年以上仍保持良好。最后确定了以乙烯基酯树脂作为大桥防护的主体材料，用玻璃纤维增强制成玻璃钢保护层的的具体方案。
第一期工程的施工范围是大桥西引桥22 - 51号桥墩，墩柱直径1.6-2.2 m，墩柱最高高度离江面37m ，施工总面积约为16000m2。
施工期为2002年8月20日至2002年12月20日，施工单位是具有丰富施工经验的宜兴宇星防腐中心。
第一期工程完工后，防护层经过一年的使用考察，确认了方案实施的效果良好，在此基础上进行了第二期工程施工。
第二期工程的施工范围是副航道18-21号桥墩，为矩形墩柱，宽2.5-3.5m，长7m，墩柱最高高度离江面52m ，施工总面积约为8600m2。
施工期为2003年9月19日至2003年12月5日，施工单位也是宜兴宇星防腐中心。
2.树脂类型的确定
乙烯基酯树脂是用不饱和一元酸与环氧化合物加成制得的在端基带有不饱和双键的一类聚合物。选择不同的环氧化合物和不同的不饱和一元酸为反应物，加上采用不同化合物改性，使乙烯基酯树脂成为一大类品种繁多的树脂系列。目前已实现工业化批量生产的基本类型有双酚Ａ环氧丙烯酸类，双酚Ａ环氧甲基丙烯酸类和酚醛环氧类乙烯基酯树脂[1]。
本工程用树脂类型的选择主要考虑树脂的强度要高，浸润性要好，耐候性要好，价格要较低，对温度的要求不高。因此确定采用双酚Ａ环氧丙烯酸类的乙烯基酯树脂。
双酚Ａ环氧丙烯酸类的乙烯基酯树脂的典型的分子结构式为：
（略）
它由环氧树脂与丙烯酸加聚而成，兼有不饱和聚酯树脂与环氧树脂两种树脂之优点。
其工艺性能与不饱和聚酯树脂一样，树脂粘度低，操作方便，可用引发剂、促进剂常温固化，施工不受季节限制。树脂中含有羟基（—OH），对玻璃纤维等有优良的浸润性和粘结力。
乙烯基酯树脂中酯基含量比不饱和聚酯树脂低，因而其耐水性、耐碱性比不饱和聚酯树脂好[2]。
双酚Ａ环氧丙烯酸类乙烯基酯树脂的典型物理力学性能如下：
a浇铸体： 抗拉强度60~90Mpa 弯曲强度110~150Mpa 抗压强度 110~120Mpa
冲击强度5-8KJ/m2 玻璃化温度 ~100℃ 热变形温度 ~90℃
b玻璃钢： 抗拉强度350-500Mpa 弯曲强度280~320Mpa 抗压强度 200~300Mpa
c胶泥： 抗拉强度 ≥9Mpa 抗压强度 ≥70Mpa
工程实际应用的牌号为无锡光明化工厂生产的BRT2002乙烯基酯树脂，其质量符合企业标准Q/320283GUGT02-2000中的规定，质量指标如表1
表1 BRT2002乙烯基酯树脂质量指标
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型 号 | BRT2002乙烯基酯树脂 |
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外 观 | 淡黄色至黄色透明液体 |
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粘 度（25℃ ，pa.s） | 0.2-0.85 |
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固体含量 （％） | 59-65 |
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酸 值（mgKOH/g） | <30 |
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凝胶时间（25℃，min） | 10-50 |
3.防腐蚀层结构及材料配比
3.1桥墩混凝土表面先用高压水枪进行喷射冲洗，除去青苔、浮砂等杂物。对桥墩外露的钢筋和型钢进行表面除锈处理，涂刷环氧树脂底涂料二道。
环氧底涂料配方：E-44环氧树脂 100 改性胺固化剂 20-30 丙酮 20
邻苯二甲酸二丁酯 7 瓷粉 20
3.2清除混凝土表面部分疏松物。先对凹陷、孔洞处用丙烯酸乳液水泥砂浆局部填补，再大面积批刮丙烯酸乳胶水泥腻子。
丙烯酸共聚乳液采用美国国民淀粉有限公司的cembond401B，该产品是水泥及水泥砂浆的优良改性剂，具有良好的分散性和稳定性，强度高，有优良的粘结力和耐久性。
其技术指标如表2
表2 丙烯酸乳液的质量指标
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型 号 | Cembond 401 B |
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外观 | 白色乳液 |
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粘 度 | 1000-2000 cps（2＃ 20rpm 27℃） |
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固体含量 | 55±1％ |
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PH值 | 8.5-9.5 |
为了保证丙烯酸水泥腻子的密实性，添加了适合于乳胶体系的消泡剂。
丙烯酸乳胶水泥腻子与混凝土基体有很强的粘结力，且自身强度高，硬化速度快，与玻璃钢层也有可靠的粘结力，同时对混凝土表面也起到了补强作用。
腻子和砂浆的配比如表3
表3 丙烯酸乳液腻子和砂浆的参考配比
| 材料名称 | 丙烯酸乳液腻子 | 丙烯酸乳液砂浆 |
| 42.5R普通硅酸盐水泥 | 100 | 100 |
| 丙烯酸乳液 | 30 | 33 |
| 消泡剂 | 0.3 | 0.3 |
| 甲基纤维素 | 0.6 | - |
| 碳酸钙粉 | 100-200 | - |
| 黄砂 | - | 100-150 |
| 水 | 适量 | 适量 |
3.3满刮乙烯基酯树脂腻子一道
混凝土墩柱表面粗糙，布满了砂眼和小孔，满刮乙烯基酯树脂腻子一道对提高玻璃钢和混凝土基层的粘结强度至关重要，可确保玻璃钢层的施工质量。
3.4用乙烯基酯树脂衬布胶料贴0.18mm中碱玻璃布一层玻璃纤维布采用常州天马集团253厂生产的中碱玻璃纤维布。
玻璃纤维布的技术指标如表4
表4 玻璃纤维布的技术指标
| 型 号 | CW140-90 |
| 质 量 g/m2 | 140±14 |
| 断裂强力（经，纬向）N/2.5cm | ≥345 |
| 组 织 | 平纹 |
| 织物密度 （经，纬向） 根/cm | 7.0±0.5 |
| 含水率 ％ | < 1.0 |
3.5用乙烯基酯树脂衬布胶料贴玻璃纤维表面毡一层
玻璃纤维表面毡能大量吸收树脂，可大大增加玻璃钢表面的含胶量，使玻璃钢表面致密平滑，能起到提高玻璃钢耐腐蚀性和耐候性的作用。
玻璃纤维表面毡采用常州天马集团产品，其技术指标如表5
表5 玻璃纤维表面毡的技术指标
| 型号 | BMT-30 |
| 单位面积质量g/m2 | 30±3.0 |
| 含胶率％ | ≦8.0 |
| 纵向拉伸强度N/5cm | ≥25 |
| 浸透时间 s | ≦10.0 |
| 含水率 ％ | ≦0.2 |
3.6刷乙烯基酯树脂面层胶料一道
每道胶料中加入适当比例的颜料糊，以提高观赏效果。颜色为浅中灰。
乙烯基酯树脂腻子，胶料，面涂料的配比如表6
表6 乙烯基酯树脂腻子，胶料，面涂料参考配比
| 名称 | 树脂腻子 | 树脂胶料 | 面涂料 |
| BRT2002乙烯基酯树脂 | 100 | 100 | 100 |
| 过氧化环己酮糊 | 3-4 | 3-4 | 3-4 |
| 环烷酸钴液 | 2-3.5 | 2-2.5 | 2-2.5 |
| 颜料糊 | - | 0.6 | 0.6-1 |
| 瓷粉 | 150-250 | 10 | - |
4.施工工序和质量控制措施
4.1前期工作
4.1.1表面处理
搭设脚手，安装吊船，经安全检查后用电动角磨机打磨混凝土表面，除去表面疏松层。凿去胀裂或松动的混凝土。用高压水枪喷射冲洗墩柱混凝土表面，冲洗后自然干燥。
质量要求为：冲洗后混凝土表面洁净、牢固密实无松动，局部混凝土凸面磨平，方能进入下一工序。
4.1.2对桥墩外露的钢筋和型钢进行表面除锈处理，涂刷环氧树脂底涂料二道。
4.1.3对混凝土大的凹陷、孔洞处用丙烯酸乳胶水泥砂浆进行局部修补，再用丙烯酸乳胶水泥腻子批刮。
4.2玻璃钢施工
4.2.1满刮乙烯基酯树脂腻子一道
丙烯酸乳胶水泥腻子经养护干燥后方可进入该工序。乙烯基酯树脂腻子批刮后表面应平顺光滑，经过中间检查后进入下一工序。
4.2.2用乙烯基酯树脂衬布胶料贴玻璃纤维布一层
先铲除表面棱角毛刺，用砂布打磨平滑，去除浮灰。正确裁剪布并留有搭接余量。配好的胶料应在45分钟内用完。贴布先上后下，贴实并赶尽气泡，不得皱褶。做好中间检查。
4.2.3用乙烯基酯树脂衬布胶料贴玻璃纤维表面毡一层
贴布和毡时要求胶料浸透布和毡，同层的搭接应大于50mm，上下层的接缝错开50mm以上。不得有漏胶和气泡，发现问题及时修补。做好中间检查。
4.2.4涂刷乙烯基酯树脂面层胶料一道
先除去表面毛刺，用砂布打磨平滑，去除浮灰，涂刷乙烯基酯树脂面层胶料一道。
4.3最终检查
本工程执行如下规范和标准：
“建筑防腐蚀工程施工及验收规范” GB50212-91
“建筑防腐蚀工程质量检验评定标准” GB50224-95
5.工程施工的难点
虎门大桥的大部分墩柱立在珠江中，柱的高度离江面最高达52米，施工难度大。经过反复研究和试验，确定用吊船和脚手相结合的办法，江中墩柱的玻璃钢施工用吊篮与脚手相结合的方法得到解决。
施工时墩柱的阴面和阳面温度差异较大，同时施工作业树脂固化速度不一样，配料人员认真配料，仔细调节固化体系的量。
施工期间，特别是9-10月分，广州地区天气多变，雨天较多。经常忽晴忽雨，给施工带来困难。
广州沿海大风多，尤其是在江面上。风大造成吊船晃动，并使玻璃布，毡起皱褶，破裂，增加了施工难度。
玻璃钢施工时，贴布和毡是一个边衬贴边修正的过程，吊篮，脚手的操作面小，限制了正常施工作业。
以上困难在宜兴宇星防腐中心和广州华南特种涂装实业有限公司的共同努力下一一得到克服和解决。
6.结语
乙烯基酯树脂大面积用于大桥墩柱混凝土防护在我国尚属首次。虎门大桥墩柱混凝土防护方案考虑周密，工程经过近二年的使用考验，至今完好。
用丙烯酸乳液加强基层混凝土，既提高基层与玻璃钢的粘结力，又降低了工程成本，方法可行。
BRT2002乙烯基酯树脂是属于双酚A环氧丙烯酸类的乙烯基酯树脂，具有强度高，与混凝土的粘结力高，施工工艺性好，对玻璃纤维的浸润性好，耐水性、耐腐蚀性好等特点。用BRT2002乙烯基酯树脂制作的玻璃钢对大桥墩柱混凝土起到了加强和防护的双重作用，达到了预期的效果。
玻璃钢采用了玻璃纤维毡，形成了富树脂表面层，提高了整体的防护性能。
环氧丙烯酸类乙烯基酯树脂由于在环氧树脂骨架两端连接上了丙烯酸分子，与环氧树脂相比耐候性有了明显提高，其持久性如何有待继续考验观察。
可以相信，乙烯基酯树脂作为一种优良的合成树脂品种将越来越广泛地被应用于我国的经济建设事业中。
参考文献
[1]杜葆光，乙烯基酯树脂的开发与应用. 上海涂料，2000，（4）
[2]柴田议治，三浅克弘，羽田利明，化学结构对不饱和聚酯树脂和乙烯基酯树脂的耐蚀性的影响
[杜葆光 高级工程师 手机：013906170482 传真:0510-5742022 Email：dbg0482@msn.com ]