彭勃+馮李+黃燎

文章編號(hào)：16742974(2014)04006606

收稿日期：20130502

基金項(xiàng)目：長(zhǎng)沙市重大科技專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目(K120401031)

作者簡(jiǎn)介：彭勃（1968-），男，湖南永州人，湖南大學(xué)教授，博士

通訊聯(lián)系人，E-mail:pungbo@sina.com

摘要：針對(duì)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)較厚，且容易出現(xiàn)病害等問(wèn)題，對(duì)橋面鋪裝材料力學(xué)性能進(jìn)行分析，提出了一種橋面環(huán)氧薄層結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了防滑薄層彈性環(huán)氧膠黏劑的開(kāi)發(fā).通過(guò)對(duì)增韌劑、稀釋劑和固化劑的研究、選擇及配方優(yōu)化，制得了一種性能良好的防滑薄層彈性環(huán)氧膠黏劑.通過(guò)拉伸測(cè)試可知，其拉伸強(qiáng)度可達(dá)21MPa，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)50%.同時(shí)其與混凝土粘接強(qiáng)度可達(dá)2.5MPa，且熱相容性通過(guò).試驗(yàn)結(jié)果表明，橋面防滑薄層彈性環(huán)氧膠黏劑綜合性能優(yōu)異，適用于橋面鋪裝工程.

關(guān)鍵詞：薄層環(huán)氧；增韌劑；稀釋劑；固化劑；拉伸性能



中圖分類(lèi)號(hào)：TU532.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

StudyofElasticEpoxyResinAdhesive

forBridgeDeckAntiskidOverlay

PENGBo1，F(xiàn)ENGLi1，HUANGLiao2

(1.CollegeofCivilEngineering,HunanUniv,Changsha,Hunan410082,China;

2.HunanGoodbondConstructionTechnicDevelopmentCo,Ltd,Changsha,Hunan410205,China)

Abstract:Toaddresstheproblemofthethickpavementstructureandthedamageofthebridgedeck,thispaperanalysedthemechanicalpropertiesofthebridgedeckpavementmaterial,proposedakindofthinepoxyoverlaystructureanddevelopedelasticepoxyresinadhesive.Throughtheselectionandformulationoptimizationofflexibilizer,diluentandcuringagent,akindofelasticepoxyresinadhesivewithgoodperformancewasobtained.Tensiletestinghasshownthatthetensilestrengthoftheelasticadhesiveis21MPa,andtheelongationis50%.Meanwhile,itsbondstrengthisupto2.5MPaandthethermalcompatibilityisappropriate.Theresultshavealsoshownthatthecomprehensiveperformanceoftheelasticepoxyresinadhesiveisexcellent,anditcanbeappliedtobridgedeckpavementengineering.

Keywords:thinepoxyoverlay;flexibilizer;diluent;curingagent;tensileproperties



橋面防滑薄層環(huán)氧鋪裝材料是一種新型的橋面面層材料，由雙組分環(huán)氧膠黏劑與防滑耐磨骨料組成.環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑具有良好的力學(xué)性能及耐候性，與水泥混凝土、骨料、鋼板等基材粘結(jié)性能良好，因此，環(huán)氧覆層不僅可以減少鋪裝層厚度，而且還具有防滑耐磨、抗裂、防水、防氯離子滲透等功能[1].但是普通環(huán)氧膠黏劑與混凝土熱膨脹系數(shù)相差大，兩者之間熱相容性差，在環(huán)境溫度變化的情況下，面層材料與基材變形的不一致會(huì)產(chǎn)生較大的層間內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致橋面混凝土被拉裂或者薄層環(huán)氧鋪裝層發(fā)生剝離脫落.經(jīng)驗(yàn)表明，低彈性模量與良好的變形能力能有效降低薄層環(huán)氧鋪裝層與橋面混凝土之間的內(nèi)應(yīng)力，所以有必要對(duì)薄層環(huán)氧材料進(jìn)行增柔改性.根據(jù)美國(guó)ACI548.8M07規(guī)范要求，用于環(huán)氧覆層的環(huán)氧膠黏劑的抗拉強(qiáng)度應(yīng)為12~34MPa，斷裂伸長(zhǎng)率應(yīng)為30%~70%.本文通過(guò)對(duì)增韌劑、稀釋劑以及固化劑對(duì)環(huán)氧膠黏劑拉伸強(qiáng)度和柔韌性能影響的研究，制得了一種滿(mǎn)足橋面鋪裝要求的環(huán)氧鋪裝材料.

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)原材料

環(huán)氧樹(shù)脂：液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂E51，工業(yè)級(jí)，岳化樹(shù)脂廠；

增韌劑：R1,R2,R3和R4，其中R1為自制增韌劑，其余為市售增韌劑；

稀釋劑：X1,X2和X3，工業(yè)級(jí)，市售；

固化劑：G1，G2，G3，G4，G5和G6，其中G6為自制固化劑，其余為市售固化劑.

1.2實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)WDW100,中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春科新公司試驗(yàn)儀器研究所；研磨分散機(jī)；恒溫箱；旋轉(zhuǎn)粘度計(jì).

1.3測(cè)試項(xiàng)目

1.3.1拉伸性能

拉伸性能包括拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和彈性模量.按照GB/T2567-2008《樹(shù)脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行澆鑄與測(cè)試.

1.3.2粘度

環(huán)氧膠黏劑的粘度按照GB/T22314-2008《塑料、環(huán)氧樹(shù)脂黏度測(cè)定方法》進(jìn)行測(cè)試.

1.4實(shí)驗(yàn)試件的制備

本文的配方如無(wú)特殊說(shuō)明，均以E51樹(shù)脂100份為標(biāo)準(zhǔn).

1.4.1拉伸試件的制備

將稀釋劑或增韌劑加入至環(huán)氧樹(shù)脂中，在研磨分散機(jī)中進(jìn)行攪拌，攪拌速度為2000r/min，攪拌時(shí)間為10min；再加入固化劑進(jìn)行攪拌至均勻混合，倒入拉伸模具中進(jìn)行澆注成型.

1.4.2固化方式

固化方式分為2種：一種是恒溫（23±2）℃固化7d；另一種是在經(jīng)過(guò)23℃/7d固化后再進(jìn)行80℃/24h固化.

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1增韌劑對(duì)環(huán)氧膠黏劑拉伸性能的影響?yīng)?/p>

增韌劑通過(guò)物理作用降低聚合物的玻璃化溫度，減少固化樹(shù)脂交聯(lián)點(diǎn)間鏈運(yùn)動(dòng)的勢(shì)壘以達(dá)到賦予固化產(chǎn)物柔韌性的目的[2].一般來(lái)說(shuō)，可在環(huán)氧樹(shù)脂基體中加入長(zhǎng)鏈脂肪族化合物、互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物或者橡膠彈性體等來(lái)進(jìn)行增韌.周宏群等[3]通過(guò)電鏡實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，增韌劑可通過(guò)誘發(fā)銀紋或原位分相生成海島結(jié)構(gòu)等來(lái)實(shí)現(xiàn)增韌.本文選取R1，R2，R3和R4等4種不同類(lèi)型增韌劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以考察增韌劑對(duì)環(huán)氧固化體系拉伸性能的影響.其中R1屬于自制反應(yīng)型長(zhǎng)鏈脂肪族增韌劑，R2屬于含端巰基液態(tài)聚硫橡膠，R3屬于改性聚氨酯，R4為端環(huán)氧基反應(yīng)型液態(tài)丁腈橡膠.實(shí)驗(yàn)選取E51作為基體樹(shù)脂，分別測(cè)試（23±2）℃7d固化后的拉伸性能，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1，圖2和圖3.

增韌劑摻量/%

圖1增韌劑摻量對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響?yīng)?/p>

Fig.1Effectofflexibilizercontentontensilestrength



增韌劑摻量/%

圖2增韌劑摻量對(duì)伸長(zhǎng)率的影響?yīng)?/p>

Fig.2Effectofflexibilizercontentonelongation



增韌劑摻量/%

圖3增韌劑摻量對(duì)彈性模量的影響?yīng)?/p>

Fig.3Effectofflexibilizercontentontheelasticmodulus



從圖1~圖3可以看出，R1和R2的摻入對(duì)固化產(chǎn)物柔韌性能的改善相當(dāng)顯著.當(dāng)其摻入到環(huán)氧樹(shù)脂中，參與固化反應(yīng)時(shí)，會(huì)在環(huán)氧樹(shù)脂的交聯(lián)結(jié)構(gòu)中引入了柔性良好的分子鏈段，很大程度上提高了環(huán)氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的自由活動(dòng)能力，極大地改善了固化產(chǎn)物的柔韌性能.當(dāng)R1和R2摻量為40%時(shí)，固化產(chǎn)物的伸長(zhǎng)率均達(dá)到最大，分別為60%和48%，較未改性前環(huán)氧固化產(chǎn)物的斷裂伸長(zhǎng)率增長(zhǎng)了約30倍和25倍.此時(shí)彈性模量也從3.28GPa降到分別為0.65GPa和0.54GPa，下降幅度分別為80%和83%.同時(shí)長(zhǎng)鏈段分子的引入也會(huì)降低其內(nèi)聚強(qiáng)度，導(dǎo)致固化產(chǎn)物的抗拉強(qiáng)度降低.當(dāng)R1和R2的摻量大于40%后，固化產(chǎn)物的抗拉強(qiáng)度與彈性模量仍然持續(xù)降低，但是斷裂伸長(zhǎng)率呈下降趨勢(shì)，原因可能是由于內(nèi)聚強(qiáng)度過(guò)低所致.

R3的摻入對(duì)固化產(chǎn)物的柔韌性能改善不顯著.固化產(chǎn)物的抗拉強(qiáng)度和彈性模量會(huì)隨著改性聚氨酯摻量的增加呈現(xiàn)先升高后逐漸降低的趨勢(shì).當(dāng)摻量為10%時(shí)，固化產(chǎn)物的抗拉強(qiáng)度和彈性模量均達(dá)到最大值.其主要原因可能是未改性的環(huán)氧樹(shù)脂體系表現(xiàn)為脆性，當(dāng)加入改性聚氨酯后，聚氨酯與環(huán)氧樹(shù)脂基體“強(qiáng)迫互溶”，聚氨酯的軟段分子穿插于樹(shù)脂基體中，降低了體系的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)固化產(chǎn)物受到拉伸時(shí)，這種互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用就能得到體現(xiàn)，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度與彈性模量提高[4].但是當(dāng)R3摻量超過(guò)10%時(shí)，固化產(chǎn)物的抗拉強(qiáng)度與彈性模量均會(huì)逐漸下降，主要原因可能是當(dāng)聚氨酯摻量增多時(shí)，固化產(chǎn)物中聚合物的協(xié)同作用減弱，更多地向聚氨酯的柔韌性能方向發(fā)展，導(dǎo)致強(qiáng)度下降，柔韌性能上升.隨著聚氨酯摻量的增大，固化產(chǎn)物的斷裂伸長(zhǎng)率也隨之增大，當(dāng)其摻量為50%時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到14%，較未改性前固化產(chǎn)物的斷裂伸長(zhǎng)率增長(zhǎng)了7倍左右.

R4的摻入使得固化產(chǎn)物抗拉強(qiáng)度和彈性模量下降，當(dāng)摻量為30%時(shí)，固化產(chǎn)物的抗拉強(qiáng)度和彈性模量分別下降到43.02MPa和2.76GPa，下降幅度分別為23%和16%.當(dāng)其摻入量超過(guò)30%以后，由于其本身粘度相當(dāng)大，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)體系拌合性能變得很差，故不宜繼續(xù)增加摻量.隨著R4的增加，其固化產(chǎn)物的斷裂伸長(zhǎng)率先升高后下降，在摻量為20%時(shí)達(dá)到最大，為9%.這可能是由于當(dāng)R4含量為20%時(shí)與環(huán)氧樹(shù)脂具有較好的相結(jié)構(gòu)，當(dāng)超過(guò)這一摻量時(shí)，橡膠體與環(huán)氧樹(shù)脂不能形成完全的相分離結(jié)構(gòu)，所以導(dǎo)致伸長(zhǎng)率下降.

綜上所述，R3和R4雖然能夠較好地保持拉伸強(qiáng)度，但是其柔韌性能仍顯不足，考慮到薄層環(huán)氧鋪裝材料對(duì)固化產(chǎn)物柔韌性的要求較高，故不宜采用.R1和R2的摻入能引入較長(zhǎng)的分子鏈段，賦予固化產(chǎn)物良好的柔韌性能，適宜用于薄層環(huán)氧的增韌.綜合比較R1和R2的拉伸強(qiáng)度和柔韌性能可知，R1優(yōu)于R2，故R1更為適宜.當(dāng)R1摻量為40%時(shí)，固化產(chǎn)物抗拉強(qiáng)度為16.59MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為60%，彈性模量為0.65GPa.

2.2稀釋劑對(duì)環(huán)氧固化體系性能的影響?yīng)?/p>

未摻入稀釋劑的環(huán)氧樹(shù)脂粘度較大，難于攪拌均勻，同時(shí)產(chǎn)生的氣泡也難以逸出，施工性能差，因此需摻入稀釋劑來(lái)降低環(huán)氧膠黏劑體系的粘度，改善膠液的施工性能.選用稀釋劑原則上優(yōu)先選用活性稀釋劑，因?yàn)槠浞肿咏Y(jié)構(gòu)上帶有一個(gè)或兩個(gè)及以上環(huán)氧基，它們可以直接參與環(huán)氧樹(shù)脂的固化反應(yīng)，成為環(huán)氧樹(shù)脂固化物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一部分.本研究采用3種不同環(huán)氧基的活性稀釋劑：正丁基縮水甘油醚X1(單環(huán)氧)、間苯二酚二縮水甘油醚X2(雙環(huán)氧)和三羥甲基丙烷三縮水甘油醚X3(三環(huán)氧).分別測(cè)試不同稀釋劑的粘度以及其固化體系在（23±2）℃/7d固化后的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率與拉伸彈性模量.

在E51環(huán)氧樹(shù)脂中分別加入3種不同種類(lèi)不同摻量的稀釋劑，混合均勻后在25℃的條件下測(cè)試其粘度，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4.

用于橋面鋪裝的薄層環(huán)氧膠黏劑的粘度不能太大，否則會(huì)導(dǎo)致施工性能不佳，氣泡難以逸出，造成固化產(chǎn)物性能下降.經(jīng)驗(yàn)表明，環(huán)氧樹(shù)脂A液的粘度最好在4000mPa?s以下.從圖4可以看出，稀釋劑的加入能顯著降低環(huán)氧樹(shù)脂的粘度.隨著稀釋劑摻量的增加，環(huán)氧體系的粘度逐漸下降，且下降的幅度均呈變緩的趨勢(shì).其中X1的稀釋效果最好，當(dāng)其摻量為30%時(shí)，粘度僅為220mPa?s，可以得出單環(huán)氧稀釋劑稀釋效果最好.

選取m（E51）∶m(R1)=100∶40作為環(huán)氧樹(shù)脂基體，分別加入不同摻量不同種類(lèi)的稀釋劑，測(cè)試其進(jìn)行23℃/7d固化后的拉伸性能，包括拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和彈性模量.測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖5~圖7.

稀釋劑摻量/%

圖4稀釋劑摻量對(duì)粘度的影響?yīng)?/p>

Fig.4Effectofdiluentscontentonviscosity

稀釋劑摻量/%

圖5稀釋劑摻量對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響?yīng)?/p>

Fig.5Effectofdiluentscontentontensilestrength



稀釋劑摻量/%

圖6稀釋劑摻量對(duì)伸長(zhǎng)率的影響?yīng)?/p>

Fig.6Effectofdiluentscontentonelongation

稀釋劑摻量/%

圖7稀釋劑摻量對(duì)彈性模量的影響?yīng)?/p>

Fig.7Effectofdiluentscontentonelasticmodulus

從圖5~圖7可以看出，X1的加入雖然顯著降低了整個(gè)固化體系的彈性模量，但是同時(shí)其抗拉強(qiáng)度也隨著X1摻量的增加呈直線下降的趨勢(shì)，當(dāng)X1的摻量為30%時(shí)，固化產(chǎn)物的抗拉強(qiáng)度下降至1.13MPa，降幅高達(dá)93%.隨著X1摻量的增加，固化產(chǎn)物的斷裂伸長(zhǎng)率則表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì).

X2的加入雖然增加了原固化體系的抗拉強(qiáng)度，但是顯著降低了其伸長(zhǎng)率.當(dāng)X2摻量為30%時(shí)，固化產(chǎn)物的抗拉強(qiáng)度為32.5MPa，彈性模量為1.48GPa，增長(zhǎng)幅度為195%和220%，此時(shí)斷裂伸長(zhǎng)率為6%，下降幅度為90%.這是由于X2分子結(jié)構(gòu)中在含有兩個(gè)環(huán)氧基的同時(shí)還含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，所以在固化時(shí)能提高固化產(chǎn)物的交聯(lián)密度和剛度，從而導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度和彈性模量明顯上升，斷裂伸長(zhǎng)率明顯下降.

隨著X3摻量的增加，雖然固化產(chǎn)物抗拉強(qiáng)度會(huì)呈現(xiàn)小幅度下降的趨勢(shì)，但是其柔韌性能有明顯的提高，表現(xiàn)為斷裂伸長(zhǎng)率持續(xù)增加，彈性模量則持續(xù)下降.這可能是由于X3屬于三環(huán)氧基稀釋劑，且分子結(jié)構(gòu)中不含苯環(huán)，所以將X3摻入E51樹(shù)脂中進(jìn)行固化反應(yīng)后，固化產(chǎn)物的交聯(lián)密度不會(huì)有太大降低，而固化產(chǎn)物的剛度下降明顯，導(dǎo)致固化產(chǎn)物的抗拉強(qiáng)度下降不明顯，而彈性模量有所下降.當(dāng)X3摻量選用30%時(shí)，固化產(chǎn)物的抗拉強(qiáng)度為14.73MPa，下降幅度為11%，彈性模量為0.13GPa，下降幅度達(dá)80%，斷裂伸長(zhǎng)率為69%，增長(zhǎng)幅度為115%.

綜上所述，以選取的m（E51）∶m(R1)=100∶40環(huán)氧樹(shù)脂基體來(lái)看，雖然X1的稀釋效果最好，但是會(huì)顯著降低固化產(chǎn)物的抗拉強(qiáng)度，不宜采用.雖然X2能較好地保持其抗拉強(qiáng)度，但是稀釋效果差，且會(huì)明顯降低固化產(chǎn)物的柔韌性能，也不宜采用.綜合抗拉強(qiáng)度與柔韌性?xún)煞矫鎭?lái)看，X3的效果較為優(yōu)異，同時(shí)X3的加入可以使環(huán)氧樹(shù)脂的粘度降低且符合要求，有利于施工操作，所以選定摻量為30%的X3作為環(huán)氧樹(shù)脂基體的稀釋劑.

2.3固化劑對(duì)環(huán)氧固化體系拉伸性能的影響?yīng)?/p>

一般來(lái)說(shuō)，固化劑的鏈段越長(zhǎng)，固化產(chǎn)物的柔韌性越好.環(huán)氧樹(shù)脂柔性固化劑的種類(lèi)較多，主要有聚醚胺、脂肪族胺、脂環(huán)族胺、柔韌性酸酐、聚合物類(lèi)環(huán)氧樹(shù)脂柔性固化劑等等.本實(shí)驗(yàn)在已選定好的環(huán)氧樹(shù)脂基體上，對(duì)G1，G2，G3，G4，G5和G6等6種不同類(lèi)型的固化劑進(jìn)行了考察.其中G1為改性脂環(huán)胺、G2為聚酰胺、G3為改性脂肪胺、G4為酚醛胺、G5為聚醚胺、G6為自制改性胺.實(shí)驗(yàn)分別測(cè)試其固化體系在23℃/7d固化后以及23℃/7d+80℃/24h固化后的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率與彈性模量，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1.

環(huán)氧膠黏劑在環(huán)境作用下，會(huì)發(fā)生老化現(xiàn)象，導(dǎo)致環(huán)氧膠黏劑固化產(chǎn)物柔韌性能下降.本文研究了經(jīng)過(guò)80℃/24h高溫固化后，固化產(chǎn)物拉伸性能的變化情況，以變化幅度表示(即80℃/24h固化后的性能數(shù)值與未進(jìn)行80℃/24h固化的性能數(shù)值的比值)，此數(shù)據(jù)可在一定程度上反映環(huán)氧膠黏劑耐老化的情況，分析結(jié)果見(jiàn)圖8.

從表1可以看出，當(dāng)固化劑為G3時(shí)，在2種固化條件下，固化產(chǎn)物的抗拉強(qiáng)度均最高，分別為24.78和37.35MPa.當(dāng)固化劑為G5時(shí)，在2種固化條件下，固化產(chǎn)物的伸長(zhǎng)率均最大，分別為69%和54%.當(dāng)固化劑為G1時(shí)，在2種固化條件下，其彈性模量均最低，分別為0.03和0.13GPa.以實(shí)驗(yàn)選取的環(huán)氧樹(shù)脂A液體系的斷裂伸長(zhǎng)率來(lái)看，所選取的固化劑柔韌性能的排序?yàn)镚5＞G1＞G3＞G6＞G4＞G2.

表1固化劑種類(lèi)對(duì)拉伸性能的影響?yīng)?/p>

Tab.1Effectofcuringagenttypeontensileproperties

固

化

劑

23℃/7d

23℃/7d+80℃/24h

抗拉強(qiáng)度

/MPa

伸長(zhǎng)率

/%

彈性模量

/GPa

抗拉強(qiáng)度

/MPa

伸長(zhǎng)率

/%

彈性模量

/GPa

G1

12.69

56

0.05

16.79

54

0.13

G2

20.58

15

0.88

33.07

5

1.39

G3

24.78

54

1.02

37.35

20

1.68

G4

19.93

26

0.75

36.19

7

1.62

G5

14.73

69

0.13

24.22

54

1.06

G6

21.32

50

0.60

31.15

30

1.31

固化劑種類(lèi)

圖8固化劑種類(lèi)對(duì)變化幅度的影響



Fig.8Effedofcuringagenttypeontherange

由圖8可以看出，在進(jìn)行80℃/24h固化后，聚醚胺體系固化劑G5的抗拉強(qiáng)度與彈性模量變化最為明顯，不僅其抗拉強(qiáng)度大幅上升，而且其彈性模量的增加更為顯著，為未進(jìn)行后固化彈性模量的8倍以上.其主要原因是聚醚胺系固化劑在常溫下固化反應(yīng)不完全，進(jìn)行80℃/24h高溫固化以后，固化反應(yīng)趨于完全，固化產(chǎn)物的交聯(lián)密度上升，導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度和彈性模量上升明顯.酚醛胺系固化劑G4的斷裂伸長(zhǎng)率在進(jìn)行80℃/24h后固化后下降的最為明顯，下降幅度達(dá)到75%，可能原因是由于酚醛胺分子結(jié)構(gòu)中含有苯環(huán)，導(dǎo)致固化產(chǎn)物的剛度上升，斷裂伸長(zhǎng)率隨之下降.

綜合考慮固化產(chǎn)物在進(jìn)行23℃/7d固化以后及80℃/24h后的拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率，自制改性胺固化劑表現(xiàn)出良好的性能.23℃/7d固化以后其抗拉強(qiáng)度為21.32MPa，伸長(zhǎng)率為50%，彈性模量為0.60GPa；80℃/24h固化以后其抗拉強(qiáng)度為31.15MPa，伸長(zhǎng)率為30%，彈性模量為1.31GPa.

3應(yīng)用

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)鮮有關(guān)于橋面薄層環(huán)氧鋪裝材料的報(bào)道，而且尚無(wú)關(guān)于此方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).本文參考國(guó)外文獻(xiàn)和對(duì)比國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品性能可知，一般用于橋面薄層環(huán)氧鋪裝的環(huán)氧膠黏劑抗拉強(qiáng)度應(yīng)為12MPa以上，斷裂伸長(zhǎng)率應(yīng)為30%以上［5-6］.

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮薄層環(huán)氧各項(xiàng)性能，在選定了增韌劑R1，稀釋劑X3以及固化劑G6的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了優(yōu)化配方設(shè)計(jì)，制得了一種用于橋面鋪裝的力學(xué)性能和柔韌性良好，耐久性能優(yōu)異的薄層環(huán)氧材料.其環(huán)氧膠黏劑的綜合性能如表2所示.

由表2可以看出，本文所研制的橋面防滑薄層彈性環(huán)氧膠黏劑在斷裂伸長(zhǎng)率為50%，彈性模量?jī)H為0.60GPa的同時(shí)，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到21MPa.且在與混凝土的熱相容實(shí)驗(yàn)中，試件經(jīng)過(guò)5次高低溫循環(huán)后，混凝土仍未開(kāi)裂，表明膠黏劑與混凝土熱相容性良好.

表2環(huán)氧膠黏劑性能

Tab.2Thepropertiesofepoxyresinadhesive

測(cè)試項(xiàng)目

測(cè)試條件

測(cè)試結(jié)果

外觀

(23±2)℃

A,B組分為透明液體

粘度/(mPa?s)

GB/T22314-2008

1200

可操作時(shí)間/min

GB/T7123.1-2002

30

抗拉強(qiáng)度/MPa

GB/T2567-2008

21

斷裂伸長(zhǎng)率/%

GB/T2567-2008

50

彈性模量/GPa

GB/T2567-2008

0.6

粘接強(qiáng)度/MPa

GB50728

＞2.5，C40砼破壞

熱相容性

JTJ/T271-99

通過(guò)

本文所研制的薄層環(huán)氧材料已成功應(yīng)用于潭耒高速公路部分橋梁提質(zhì)改造中.其施工步驟如下：橋面表面處理→區(qū)域劃分→接縫處理→涂刷第1層環(huán)氧膠→鋪撒第1層耐磨骨料→養(yǎng)護(hù)→收砂→涂刷第2層環(huán)氧膠→鋪撒第2層耐磨骨料→養(yǎng)護(hù)→收回余砂→通車(chē)→通車(chē)7d后回收余砂［7］.

在環(huán)氧薄層完成鋪設(shè)48h后，本文對(duì)鋪裝層進(jìn)行了粘接性能與防滑性能的檢驗(yàn)測(cè)試.其中鋪裝層的拉拔強(qiáng)度大于2.5MPa，且為混凝土基材破壞，表明薄層環(huán)氧材料與混凝土基材粘接牢固.鋪裝層面層的摩擦系數(shù)為65，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于公路設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)高等級(jí)公路摩擦系數(shù)的要求(≥45)，構(gòu)造深度為1.2mm，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于中國(guó)公路工程設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)于高等級(jí)公路構(gòu)造深度的要求(≥0.55mm)，說(shuō)明薄層環(huán)氧鋪裝層具有優(yōu)異的抗滑性能.

表3是傳統(tǒng)超薄瀝青磨耗層與本文所研制的薄層環(huán)氧鋪裝材料的對(duì)比情況［8］．

表32種鋪裝材料的對(duì)比

Tab.3Thecomparisonoftwokindsofpavementmaterial

傳統(tǒng)超薄瀝青磨耗層

自制薄層環(huán)氧鋪裝材料

厚度/mm

15~25

5~7

粘接強(qiáng)度/MPa

＜1.5

＞2.5

施工操作

需使用大型機(jī)械施工

無(wú)需使用大型機(jī)械施工

耐久性

透水且耐油蝕性能欠佳

不透水且耐化學(xué)腐蝕

構(gòu)造深度/mm

約1

1.2

從表3可以看出，薄層環(huán)氧鋪裝材料具有更加優(yōu)異的力學(xué)性能及路面使用性能，且其施工操作更簡(jiǎn)便，耐久性更好，適用于橋面鋪裝.

4結(jié)論

1)增韌劑的加入能使固化產(chǎn)物的柔韌性能較大改善，尤其是自制反應(yīng)型長(zhǎng)鏈脂肪族增韌劑的摻入，能大大提高固化產(chǎn)物的柔韌性能，適宜用于環(huán)氧膠黏劑增韌.

2)單環(huán)氧稀釋劑的摻入雖然能大幅降低環(huán)氧樹(shù)脂基體粘度和彈性模量，但是同時(shí)大幅降低了固化產(chǎn)物的抗拉強(qiáng)度，所以不宜采用.三環(huán)氧稀釋劑能較好地保持環(huán)氧固化產(chǎn)物的抗拉強(qiáng)度與柔韌性能，適合用于環(huán)氧體系的稀釋.

3)不同固化劑對(duì)固化產(chǎn)物柔韌性能的影響各不相同，在經(jīng)過(guò)80℃/24h固化后，固化產(chǎn)物拉伸性能的變化亦不相同，抗拉強(qiáng)度和彈性模量均有不同程度地上升，斷裂伸長(zhǎng)率則呈不同程度地下降.自制改性胺固化劑在經(jīng)過(guò)23℃/7d和80℃/24h固化以后，均表現(xiàn)出良好的抗拉強(qiáng)度與柔韌性能，適宜用作薄層環(huán)氧體系的固化劑.

4)通過(guò)配方優(yōu)化設(shè)計(jì)，制得了一種力學(xué)性能良好，柔韌性能優(yōu)異的環(huán)氧膠黏劑，可應(yīng)用于橋面鋪裝，具有很好的市場(chǎng)前景.

參考文獻(xiàn)［1］ 李灝.薄層環(huán)氧橋面鋪裝材料的研究應(yīng)用現(xiàn)狀[J].建材世界，2012，33(1):42-45.LI Hao. Current situation of applications and research on thin epoxy bridge deck overlay materials[J]. The World of Building Materials, 2012，33(1):42-45.(In Chinese)[2] 孫曼靈.環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用原理與技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002：268-271.SUN Manling.The epoxy application of the principle and technology[M].Beijing: Machinery Industry Press,2002：268-271. (In Chinese)[3] 周宏群.環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠的增韌改性研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，2011：48-51.ZHOU Hongqun. Study on the toughening for epoxy resin structural adhesive[D]. Changsha：College of Civil Engineering, Hunan University，2011:48-51. (In Chinese)[4] 李芝華，盧健體，丑紀(jì)能,等. 高性能TDE.85/E.51環(huán)氧樹(shù)脂的聚氨酯增韌改性[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008,39(6)：1240-1243.LI Zihua，LU Jianti,CHOU Jineng,et al. High performance TDE85/E51 resin toughened by polyurethane[J]. Journal of Central South University：Natural Science, 2008,39(6)：1240-1243. (In Chinese) [5] MO L T，F(xiàn)ANG X，YAN D P，et al. Investigation of mechanical properties of thin epoxy polymer overlay materials upon orthotropic steel bridge decks[J]. Construction and Building Materials，2012,33:41-47. [6] 趙鋒軍，李宇峙.鋼橋面薄層環(huán)氧樹(shù)脂混凝土鋪裝材料路用性能試驗(yàn)研究[J]. 公路，2010(2)：74-78.ZHAO Fengjun，LI Yuzhi. Experiment and study on service performance of steel bridge deck thin pavement using epoxy resin concrete[J]. Highway, 2010(2)：74-78. (In Chinese)[7] STENKO M S, CHAWALWALA A J. Thin polysulfide epoxy bridge deck overlays[J]. Transportation Research Record, 2007,31(1):64-67．[8] 趙峰軍，李宇峙，易偉建，等. 鋼橋面鋪裝環(huán)氧防水粘結(jié)層材料與結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究[J].公路，2006(7):81-84.ZHAO Fengjun，LI Yuzhi, YI Weijian,et al. Test and research on material and structure of epoxy water proof adhesive layer in steel bridge pavement[J]. Highway, 2006(7)：81-84. (In Chinese)

3)不同固化劑對(duì)固化產(chǎn)物柔韌性能的影響各不相同，在經(jīng)過(guò)80℃/24h固化后，固化產(chǎn)物拉伸性能的變化亦不相同，抗拉強(qiáng)度和彈性模量均有不同程度地上升，斷裂伸長(zhǎng)率則呈不同程度地下降.自制改性胺固化劑在經(jīng)過(guò)23℃/7d和80℃/24h固化以后，均表現(xiàn)出良好的抗拉強(qiáng)度與柔韌性能，適宜用作薄層環(huán)氧體系的固化劑.

4)通過(guò)配方優(yōu)化設(shè)計(jì)，制得了一種力學(xué)性能良好，柔韌性能優(yōu)異的環(huán)氧膠黏劑，可應(yīng)用于橋面鋪裝，具有很好的市場(chǎng)前景.

參考文獻(xiàn)［1］ 李灝.薄層環(huán)氧橋面鋪裝材料的研究應(yīng)用現(xiàn)狀[J].建材世界，2012，33(1):42-45.LI Hao. Current situation of applications and research on thin epoxy bridge deck overlay materials[J]. The World of Building Materials, 2012，33(1):42-45.(In Chinese)[2] 孫曼靈.環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用原理與技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002：268-271.SUN Manling.The epoxy application of the principle and technology[M].Beijing: Machinery Industry Press,2002：268-271. (In Chinese)[3] 周宏群.環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠的增韌改性研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，2011：48-51.ZHOU Hongqun. Study on the toughening for epoxy resin structural adhesive[D]. Changsha：College of Civil Engineering, Hunan University，2011:48-51. (In Chinese)[4] 李芝華，盧健體，丑紀(jì)能,等. 高性能TDE.85/E.51環(huán)氧樹(shù)脂的聚氨酯增韌改性[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008,39(6)：1240-1243.LI Zihua，LU Jianti,CHOU Jineng,et al. High performance TDE85/E51 resin toughened by polyurethane[J]. Journal of Central South University：Natural Science, 2008,39(6)：1240-1243. (In Chinese) [5] MO L T，F(xiàn)ANG X，YAN D P，et al. Investigation of mechanical properties of thin epoxy polymer overlay materials upon orthotropic steel bridge decks[J]. Construction and Building Materials，2012,33:41-47. [6] 趙鋒軍，李宇峙.鋼橋面薄層環(huán)氧樹(shù)脂混凝土鋪裝材料路用性能試驗(yàn)研究[J]. 公路，2010(2)：74-78.ZHAO Fengjun，LI Yuzhi. Experiment and study on service performance of steel bridge deck thin pavement using epoxy resin concrete[J]. Highway, 2010(2)：74-78. (In Chinese)[7] STENKO M S, CHAWALWALA A J. Thin polysulfide epoxy bridge deck overlays[J]. Transportation Research Record, 2007,31(1):64-67．[8] 趙峰軍，李宇峙，易偉建，等. 鋼橋面鋪裝環(huán)氧防水粘結(jié)層材料與結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究[J].公路，2006(7):81-84.ZHAO Fengjun，LI Yuzhi, YI Weijian,et al. Test and research on material and structure of epoxy water proof adhesive layer in steel bridge pavement[J]. Highway, 2006(7)：81-84. (In Chinese)

3)不同固化劑對(duì)固化產(chǎn)物柔韌性能的影響各不相同，在經(jīng)過(guò)80℃/24h固化后，固化產(chǎn)物拉伸性能的變化亦不相同，抗拉強(qiáng)度和彈性模量均有不同程度地上升，斷裂伸長(zhǎng)率則呈不同程度地下降.自制改性胺固化劑在經(jīng)過(guò)23℃/7d和80℃/24h固化以后，均表現(xiàn)出良好的抗拉強(qiáng)度與柔韌性能，適宜用作薄層環(huán)氧體系的固化劑.

4)通過(guò)配方優(yōu)化設(shè)計(jì)，制得了一種力學(xué)性能良好，柔韌性能優(yōu)異的環(huán)氧膠黏劑，可應(yīng)用于橋面鋪裝，具有很好的市場(chǎng)前景.

參考文獻(xiàn)［1］ 李灝.薄層環(huán)氧橋面鋪裝材料的研究應(yīng)用現(xiàn)狀[J].建材世界，2012，33(1):42-45.LI Hao. Current situation of applications and research on thin epoxy bridge deck overlay materials[J]. The World of Building Materials, 2012，33(1):42-45.(In Chinese)[2] 孫曼靈.環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用原理與技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002：268-271.SUN Manling.The epoxy application of the principle and technology[M].Beijing: Machinery Industry Press,2002：268-271. (In Chinese)[3] 周宏群.環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠的增韌改性研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，2011：48-51.ZHOU Hongqun. Study on the toughening for epoxy resin structural adhesive[D]. Changsha：College of Civil Engineering, Hunan University，2011:48-51. (In Chinese)[4] 李芝華，盧健體，丑紀(jì)能,等. 高性能TDE.85/E.51環(huán)氧樹(shù)脂的聚氨酯增韌改性[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008,39(6)：1240-1243.LI Zihua，LU Jianti,CHOU Jineng,et al. High performance TDE85/E51 resin toughened by polyurethane[J]. Journal of Central South University：Natural Science, 2008,39(6)：1240-1243. (In Chinese) [5] MO L T，F(xiàn)ANG X，YAN D P，et al. Investigation of mechanical properties of thin epoxy polymer overlay materials upon orthotropic steel bridge decks[J]. Construction and Building Materials，2012,33:41-47. [6] 趙鋒軍，李宇峙.鋼橋面薄層環(huán)氧樹(shù)脂混凝土鋪裝材料路用性能試驗(yàn)研究[J]. 公路，2010(2)：74-78.ZHAO Fengjun，LI Yuzhi. Experiment and study on service performance of steel bridge deck thin pavement using epoxy resin concrete[J]. Highway, 2010(2)：74-78. (In Chinese)[7] STENKO M S, CHAWALWALA A J. Thin polysulfide epoxy bridge deck overlays[J]. Transportation Research Record, 2007,31(1):64-67．[8] 趙峰軍，李宇峙，易偉建，等. 鋼橋面鋪裝環(huán)氧防水粘結(jié)層材料與結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究[J].公路，2006(7):81-84.ZHAO Fengjun，LI Yuzhi, YI Weijian,et al. Test and research on material and structure of epoxy water proof adhesive layer in steel bridge pavement[J]. Highway, 2006(7)：81-84. (In Chinese)