張曉華，朱華，陳曉龍

（蘇州市姑蘇新型建材有限公司，江蘇 蘇州　215132）

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環(huán)氧砂漿性能影響的研究

張曉華，朱華，陳曉龍

（蘇州市姑蘇新型建材有限公司，江蘇 蘇州215132）

摘要：主要分析了稀釋劑對(duì)環(huán)氧砂漿體系強(qiáng)度的影響，并探討了不同固化劑對(duì)操作時(shí)間的控制及其力學(xué)性能的影響，以及從不同種類填料的配比和摻量方面研究其力學(xué)性能的變化，對(duì)環(huán)氧砂漿的研制具有參考和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹(shù)脂；環(huán)氧砂漿；石英砂

環(huán)氧砂漿是由有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料組成的多相復(fù)合材料，其有機(jī)材料為環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑反應(yīng)后生成的固化物，在整個(gè)體系中充當(dāng)膠結(jié)材料；無(wú)機(jī)材料主要為惰性的填料，如石英砂、水泥等。為了優(yōu)化性能還可加入稀釋劑、增韌劑等。這種砂漿具有良好的和易性，而且強(qiáng)度高、抗沖擊性和耐磨性好、粘結(jié)力強(qiáng)以及耐水和化學(xué)溶劑侵蝕［1］。正是由于環(huán)氧砂漿的這些特點(diǎn)，因此其廣泛適用于混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)、加固、灌漿、錨固、地坪等施工。

本文主要分析了稀釋劑對(duì)體系強(qiáng)度的影響，并探討了不同固化劑對(duì)操作時(shí)間的控制及其力學(xué)性能的影響，以及從不同種類填料的配比和摻量方面研究其力學(xué)性能的變化，對(duì)環(huán)氧砂漿的研制具有參考和指導(dǎo)意義。

1　試驗(yàn)

1.1主要原料

環(huán)氧樹(shù)脂（EP），E-51，工業(yè)級(jí)，無(wú)錫藍(lán)星新材料有限公司；稀釋劑AGE，工業(yè)級(jí)，安微新遠(yuǎn)化工有限公司；固化劑QS-J004（R），工業(yè)級(jí)，北京金島奇士材料有限公司；固化劑2758，工業(yè)級(jí)，空氣化工產(chǎn)品（中國(guó)）投資有限公司；42.5級(jí)普

通硅酸鹽水泥，安徽海螺水泥股份有限公司；河沙，50～70目，蘇州某沙廠；石英砂，20目，浙江某沙廠。

1.2試驗(yàn)儀器

JB90-D型強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)，上海標(biāo)本模型廠；HZF-A1000型電子天平，福州華志科學(xué)儀器有限公司；0～200mm游標(biāo)卡尺，上海量具刃具廠；TYB-300B型壓力試驗(yàn)機(jī)，無(wú)錫建儀儀器機(jī)械有限公司；WE-100型液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，北京時(shí)代潤(rùn)寶科技發(fā)展有限責(zé)任公司。

1.3試驗(yàn)方法

先將所需不同類型的固化劑按照要求比例混合好，然后再將環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑按不同比例混合，最后加入預(yù)先混合好的骨料，攪拌均勻，參考GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》，制作40mm×40mm×160mm樣塊，待其固化后拆模，標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)7d后測(cè)試其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。

2　結(jié)果與討論

2.1固化劑對(duì)體系性能的影響

固化劑是建筑膠粘劑中最主要的配合材料，它直接或通過(guò)催化劑與基料進(jìn)行反應(yīng)，使原來(lái)熱塑性的線型樹(shù)脂或活性單體通過(guò)固化反應(yīng)變成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或大分子聚合物。固化結(jié)果使分子間距離、形態(tài)、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性等都發(fā)生顯著的變化，獲得了更好的粘結(jié)與物理機(jī)械性能［2］。在環(huán)氧樹(shù)脂建筑膠中常用的固化劑主要有脂環(huán)胺、芳香胺、脂肪胺及其相應(yīng)的改性胺類固化劑。考慮到反應(yīng)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度

QS-J004（R）屬于改性脂環(huán)胺及液體芳香胺固化劑，綜合力學(xué)性能優(yōu)異，但是其反應(yīng)活性溫和，為了彌補(bǔ)和調(diào)整反應(yīng)速度，采用了反應(yīng)活性較高的固化劑2758進(jìn)行調(diào)節(jié)。基礎(chǔ)研究配方為：100份環(huán)氧樹(shù)脂E-51、20份稀釋劑AGE、50份固化劑。固化劑QS-J004（R）和固化劑2758的質(zhì)量比對(duì)體系反應(yīng)時(shí)間及其性能的影響見(jiàn)表1。

表1　固化劑質(zhì)量比對(duì)體系反應(yīng)時(shí)間及其性能的影響

由表1可以看出，隨著固化劑2758的用量增大，體系的反應(yīng)時(shí)間也隨著加快，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作需要，一般會(huì)選擇操作時(shí)間在60～120min，所以QS-J004（R）和2758的質(zhì)量比在1∶（0.8～1.2）較為適宜。

從表1還可以看出，體系的抗壓強(qiáng)度隨著固化劑QS-J004 （R）用量的減小而提高，這是因?yàn)镼S-J004（R）屬于柔性固化劑，在固化產(chǎn)物強(qiáng)度方面沒(méi)有固化劑2758高，所以表現(xiàn)出隨著QS-J004（R）用量的增加而降低；體系的抗折強(qiáng)度隨著QSJ004（R）用量的增加先提高后降低，這是因?yàn)?758屬于剛性強(qiáng)度比較好的固化劑，隨著QS-J004（R）柔性固化劑的加入，體系的韌性慢慢上升，相應(yīng)的會(huì)損失一些抗壓強(qiáng)度，在QS-J004 （R）和2758質(zhì)量比為1∶1時(shí)抗折強(qiáng)度達(dá)到最高為60MPa（此時(shí)，抗折實(shí)驗(yàn)的結(jié)果都是折斷的），隨著QS-J004（R）用量繼續(xù)增加，由于體系的柔性繼續(xù)上升，剛性持續(xù)下降，抗折強(qiáng)度越來(lái)越低，同時(shí)表現(xiàn)出的破壞效果為實(shí)驗(yàn)樣品由于柔性太高而無(wú)法折斷。綜上，QS-J004（R）和2758質(zhì)量比為1∶1最佳。

2.2稀釋劑對(duì)體系性能的影響

在環(huán)氧砂漿中加入一定量的稀釋劑，不但可以降低體系的黏度，增加流動(dòng)性，提高對(duì)填料的浸潤(rùn)性和對(duì)基材的滲透能力，而且還可以提高骨料的添加量，從而達(dá)到降低成本的目的。常用的溶劑可以分為活性的和非活性的，非活性的一般有二甲苯、丙酮、DBP等，其中二甲苯和丙酮等是揮發(fā)性比較大的，在施工過(guò)程中對(duì)環(huán)境和施工者都不環(huán)保，并且環(huán)氧砂漿層本身具有一定的厚度，固化后，會(huì)有一些溶劑未揮發(fā)而殘留在體系內(nèi)，由于其不參與固化反應(yīng)，仍然以原來(lái)的分子形勢(shì)存在，游離于砂漿層中，而影響砂漿層的整體強(qiáng)度性能。而高沸點(diǎn)酯類DBP等非活性溶劑雖然不揮發(fā)，但不參與體系反應(yīng)，因此也會(huì)殘留在體系內(nèi)而影響環(huán)氧砂漿的力學(xué)強(qiáng)度?；钚匀軇┮话闶呛?個(gè)或2個(gè)環(huán)氧基的低分子化合物，它們參與固化反應(yīng)［3］。常用的活性稀釋劑有：碳12-14烷基縮水甘油醚（AGE）、正丁基縮水甘油醚（BGE）、芐基縮水甘油醚（692）等，考慮到黏度、性能、氣味、價(jià)格等因素，本研究選取AGE作為主要稀釋劑。AGE活性溶劑在常溫下黏度約為10mPa·s，而且無(wú)色無(wú)味，基本不揮發(fā)，可以參與環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑的化學(xué)反應(yīng)。試驗(yàn)配比為：100份環(huán)氧樹(shù)脂E-51，50份固化劑 ［QS-J004（R）與2758均為25份］。稀釋劑用量對(duì)體系強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖1。

圖1　稀釋劑用量對(duì)體系強(qiáng)度的影響

從圖1可以看出，體系的抗壓強(qiáng)度隨稀釋劑AGE用量的增加而降低，這主要是因?yàn)锳GE用量增加，降低了體系的分子交聯(lián)密度。由于一開(kāi)始AGE的添加可以增加體系的韌性，降低脆性，因此抗折強(qiáng)度是先提高的；AGE用量從20份繼續(xù)增加，體系剛性強(qiáng)度下降明顯，體系變軟，導(dǎo)致抗折強(qiáng)度下降。綜合對(duì)抗壓、抗折強(qiáng)度的影響、施工方便性、對(duì)基材的滲透性和后續(xù)成本控制來(lái)講，稀釋劑用量控制在20～25份比較適合。

2.3填料對(duì)體系性能的影響

填料的添加，不僅可以降低體系的收縮率和熱膨脹系數(shù)，增加導(dǎo)熱率和機(jī)械強(qiáng)度［4］，提高材料的粘結(jié)力、耐磨性，改善材料的老化性能，增長(zhǎng)其使用壽命等［5］；還可以使得環(huán)氧樹(shù)脂的用量下降，從而降低環(huán)氧砂漿的成本。選取了42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥、50～70目河砂、20目石英砂這3種材料作為主要填料，按照m（水泥）∶m（河砂）∶m（石英砂）=1.0∶1.5∶1.5的比例預(yù)先混合好，液料各組分用量為：100份環(huán)氧樹(shù)脂E-51，20份稀釋劑AGE，50份固化劑［QS-J004（R）與2758均為25份］，總液料固定為170份，填料用量對(duì)體系性能的影響見(jiàn)圖2。

圖2　填料用量對(duì)體系性能的影響

從圖2可以看出，隨著填料用量的增加，體系的抗壓強(qiáng)度緩慢提高，當(dāng)m（填料）∶m（液料）=3.5時(shí)，體系的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高為93MPa，之后隨著填料用量的繼續(xù)增加，抗壓強(qiáng)度隨之降低。這主要是因?yàn)樘盍嫌昧吭黾?，環(huán)氧砂漿的密實(shí)度得到提升，從而提高了固化產(chǎn)物的剛性強(qiáng)度，所以表現(xiàn)出一開(kāi)始的抗壓強(qiáng)度增加；但當(dāng)填料用量過(guò)大時(shí)，由于液料不能很好地浸潤(rùn)包裹填料，使得某些填料增加無(wú)效，表現(xiàn)出抗壓強(qiáng)度的降低，這種無(wú)效填料的繼續(xù)超負(fù)荷增加，使得抗壓強(qiáng)度大幅下降，當(dāng)m（填料）∶m（液料）=5.5時(shí)強(qiáng)度下降極其明顯。

從圖2還可以看出，隨著填料用量的增加，體系的抗折強(qiáng)度一直降低，這主要是因?yàn)樘盍系脑黾犹岣吡梭w系的剛性強(qiáng)度，韌性隨之降低，固化產(chǎn)物變脆；當(dāng)m（填料）∶m（液料）＞5.5后，由于填料過(guò)多，液料無(wú)法浸潤(rùn)包裹填料，使得填料無(wú)效，體系的抗折強(qiáng)度快速下降。

在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)填料過(guò)少的時(shí)候，環(huán)氧砂漿在固化過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象，粗顆粒填料會(huì)慢慢沉降到環(huán)氧砂漿的底部，分布不均，影響其性能的穩(wěn)定性，只有當(dāng)m（填料）∶m（液料）≥3時(shí)，這種填料沉淀現(xiàn)象才得以解決，直至環(huán)氧砂漿固化結(jié)束，都未看到有分層現(xiàn)象。

針對(duì)上述不同填料和液料質(zhì)量比，本研究還進(jìn)行了鋼-混拉拔實(shí)驗(yàn)，選用C40混凝土，參照GB 50550—2010《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中附錄E進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　不同填料和液料質(zhì)量比時(shí)環(huán)氧砂漿的鋼-混拉拔試驗(yàn)

從表2可以看出，隨著填料液料比增大，鋼-混拉拔強(qiáng)度一開(kāi)始變化不大，當(dāng)m（填料）∶m（液料）=4∶1時(shí)，拉拔強(qiáng)度有所降低。這是由于填料用量的增加，環(huán)氧砂漿稠度也不斷上升，除了液料沒(méi)有很好地浸潤(rùn)填料造成環(huán)氧砂漿本身的強(qiáng)度降低外，還使得環(huán)氧砂漿對(duì)基材混凝土的滲透能力變差，粘結(jié)能力隨之下降。甚至隨著填料用量的繼續(xù)增加，其鋼-混拉拔強(qiáng)度進(jìn)一步降低，拉拔破壞形式也從混凝土內(nèi)聚破壞到混凝土淺層破壞，直至最后的混凝土表皮破壞。

從實(shí)際操作來(lái)看，填料太少時(shí)，環(huán)氧砂漿太黏，流動(dòng)性強(qiáng)，液料和各種填料不穩(wěn)定，容易分層，成型不方便。隨著填料增加，和易性逐漸變好，但是太多時(shí)砂漿就會(huì)太干，不容易振搗，工作性變差。綜合考慮，m（填料）∶m（液料）=3.0或者3.5比較適宜。

2.4不同級(jí)配砂對(duì)體系性能的影響

為了降低成本，可以添加成本便宜的填料，但是不同大小顆粒的填料對(duì)體系的性能影響不同，全部選擇細(xì)填料，會(huì)降低體系的流動(dòng)性，而且由于細(xì)填料的吸油性通常比粗填料大，所以能添加的最大量受到限制。全部選擇粗填料，由于填料粒徑比較大，添加量過(guò)大后，填料與填料之間會(huì)有空隙，造成整體力學(xué)性能下降，因此有必要對(duì)粗細(xì)填料的添加量進(jìn)行研究。在液料E-51為100份，AGE為20份，固化劑為50份［QS-J004 （R）與2758均為25份］，總液料為170份的基礎(chǔ)上，選擇42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥、50～70目河砂、20目石英砂為填料，填料總量為600份，其中水泥150份不變，河砂和石英砂總量為450份，改變河砂和石英砂的質(zhì)量比，進(jìn)行抗壓、抗折強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　河砂與石英砂質(zhì)量比對(duì)體系強(qiáng)度的影響

從表3可以看出，在填料總量為600份、液料為170份時(shí)，體系抗壓和抗折強(qiáng)度受粗細(xì)填料的影響不大，隨著石英砂用量的增加，體系的強(qiáng)度先提高后降低，當(dāng)m（河砂）∶m（石英砂）=1.5∶1.5時(shí)，體系的抗壓、抗折強(qiáng)度均達(dá)到最高，之后隨著石英砂用量繼續(xù)增加，體系內(nèi)部空穴形成的情況增加，抗壓和抗折強(qiáng)度開(kāi)始緩慢下降。

3　結(jié)論

（1）通過(guò)選用反應(yīng)較快的改性多胺固化劑2758和反應(yīng)較慢的韌性固化劑QS-J004（R）復(fù)配來(lái)調(diào)節(jié)環(huán)氧砂漿的反應(yīng)時(shí)間，并改善其韌性，從而提高抗折強(qiáng)度，固化劑QS-J004（R）和固化劑2758質(zhì)量比為1∶1時(shí)達(dá)到最佳。

（2）為了降低成本，在對(duì)性能影響不大的情況下能夠更多的添加填料，提高液料的潤(rùn)濕性和流動(dòng)性，不建議以非活性溶劑來(lái)稀釋，而選取了活性稀釋劑AGE，用量控制在m（環(huán)氧樹(shù)脂E-51）∶m（AGE）=（4～5）∶1比較合適。

（3）從添加的填料量以及粗細(xì)填料不同添加量對(duì)環(huán)氧砂漿強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)中得出，m（填料）∶m（液料）=3.5比較適宜，其中各填料的比例為m（水泥）∶m（河砂）∶m（石英砂）=1.0∶1.5∶1.5，這樣可以保證在液料完全浸潤(rùn)填料，而且不發(fā)生原料分層、沉淀的基礎(chǔ)上最大限度地添加填料，降低成本，還能解決因粗顆

粒填料過(guò)多，砂漿內(nèi)部產(chǎn)生空穴的問(wèn)題，從而保證環(huán)氧砂漿具有較好的抗壓、抗折強(qiáng)度。

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中圖分類號(hào)：TU57.8+11

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-702X（2016）05-0023-03

收稿日期：2015-10-21；

修訂日期：2015-12-01

作者簡(jiǎn)介：張曉華，男，1981年生，江蘇蘇州人，工程師，主要研究方向?yàn)樾滦徒ㄖ牧?。等性能要求，本研究選擇了QS-J004（R）韌性固化劑和改性多胺固化劑2758。

Study on the influence of the psroperties of epoxy mortar

ZHANG Xiaohua，ZHU Hua，CHEN Xiaolong
（Suzhou Gusu New Building Materials Co.Ltd.，Suzhou 215132，China）

Abstract：In this paper，we mainly analyze effect of diluents on the strength of the epoxy mortar system and discuss the control of operation time of different curing agents，and starting with the different fillers ratio and the amount of different fillers，to study the mechanical properties，it has reference and guiding significance to development of epoxy mortar.

Keywords：epoxy resin（EP），epoxy mortar，quartz sand