王衛(wèi)軍

摘要：傳統(tǒng)的固化劑只適用于干燥的粘接物上，隨著我國固化劑的不斷更新、升級，水下也可以是用固化劑。本文將主要研究水下環(huán)氧樹脂固化劑應用于水利工程中，因為水利工程的發(fā)展能夠對我國的經(jīng)濟、生活起到直接的促進作用。本文通過實驗研究的方法，研究七種不同的水下環(huán)氧樹脂固化劑的黏度、凝膠時間、拉伸剪切強度和壓縮強度，每種固化劑都有其各自的不同性能。研究結論表明：膠粘劑的黏度與剪切破壞應力成正比關系，所以需要將高黏度和低黏度的固化劑進行復配，制作出黏度小、剪切破壞應力大的膠粘劑;凝膠時間在1h左右是最為合適的，301P固化劑的凝膠時間正好為1h;301P和810這兩種固化劑的剪切強度最大;膠粘劑的壓縮強度普遍比剪切強度要高。綜合7種固化劑的性能，可以得出301P固化劑較為適合應用于水利工程中，能起到很好的粘接性能，而且也有利于施工。

關鍵詞：水利工程;水下環(huán)氧樹脂固化劑;性能

中圖分類號：TQ323.5 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）12-0005-04

水利工程在我國扮演著越來越重要的角色，直接對我國的人民生活起到直接或間接的影響，對我國的經(jīng)濟發(fā)展也起到一定的促進作用。隨著科學技術的快速發(fā)展，對水利工程的要求也越來越高。膠粘劑在建筑行業(yè)中應用較為廣泛，但是膠粘劑比較適合應用于干燥清潔的物體上，對于水利工程使用膠粘劑還不夠成熟。一般的環(huán)氧樹脂固化劑也只適合于用在干燥的環(huán)境中，當粘接表面遇到水時就會對粘接強度起到很大的降低影響，最糟糕的情況就是無法進行粘接。所以水下施工固化結構膠作為建筑結構膠中特種，能夠在水下進行施工，并且能夠起到粘接固化的作用，能夠在水利工程或者其他帶水的粘接工程中使用[1]。

就目前國內(nèi)外而言，環(huán)氧樹脂固化劑的種類還不是很多，有親水性水下固化劑和憎水性水下固化劑兩大類[2]。其中親水性的有I965，憎水性的比較多，有1363B、810等，對于每種固化劑而言，都有其不一樣的特性。固化劑的作用就是起到固化的作用，一般情況下是作為添加物加入到其他的膠粘劑、涂料等物質中作為固化作用。所以研究環(huán)氧樹脂固化劑的性能是通過研究膠粘劑進行的，因為膠粘劑中的一個主要成分就是固化劑，當然還有其他的填料、偶聯(lián)劑等成分。但是水下固化劑基本上是決定了膠粘劑的水下性能。

本文通過研究7種不同的固化劑，研究它們的黏度、凝膠時間、剪切強度和壓縮強度，比較哪種固化劑更適合應用于水利工程

1 實驗部分

1.1實驗材料和儀器

實驗所用到的主要材料有：固化劑，環(huán)氧樹脂，增韌劑，偶聯(lián)劑，促進劑，填料。本文選擇了幾種固化劑，分別為：JA-IS、Surwet-R、1965、P117、301P、1363B、810。研究這幾種固化劑目的在于檢驗不同的固化劑的水下性能。

實驗所用到的主要儀器有：電動攪拌機，用于將材料進行均勻攪拌;旋轉黏度計，測量固化劑的黏度;電子天平，用來按照準確的比例混合材料;秒表，用于計算固化劑凝膠時間;萬能試驗機，用來測試膠粘劑的壓縮強度和拉伸剪切強度;研磨機，用來將材料進行研磨粉碎。通過對這些儀器的使用，能夠檢驗水下環(huán)氧樹脂固化劑的性能。

1.2實驗制備

由于固化劑是發(fā)生固化的必要添加物，一般不能單獨進行使用，都是加入到膠粘劑、涂料等作為固化作用。所以本文研究環(huán)氧樹脂固化劑也是通過將其加入到膠粘劑中進行分析其性能。膠粘劑的必要組成成分是固化劑，在制備膠粘劑時首先將環(huán)氧樹脂、填料和增韌劑按照一定的比例用電動攪拌機進行攪拌，然后將其用研磨機進行研磨1h后，作為一組備用材料，也稱為甲組分;再就是將固化劑、填料和促進劑等也按照一定的比例進行均勻混合，其中每種固化劑分別與其他成分進行混合，該為第二組材料，也稱為乙組分。最后按照一定的說明將兩組的備用材料按照一定的比例進行混合，其中因為每組固化劑不一樣，所以比例也會出現(xiàn)不一樣，需要根據(jù)實際的說明進行調(diào)配，即可制成七種不同的膠粘劑用于實驗。

2 結果與討論

2.1水下環(huán)氧樹脂固化劑的黏度

由于固化劑的類型不一樣，所以制成的膠粘接的黏度也是存在差別的。通過旋轉粘度計的使用，根據(jù)GB/T 2794—1995標準[3]，需要選擇合適的轉速和轉子，然后測量七種不同的膠粘劑黏度，其結果如表1所示。從下表中可以看出來，含有憎水性固化劑的膠粘劑相對于親水性固化劑的膠粘劑的黏度較大。所以對于水利工程，會長期的與水進行接觸，所以選擇憎水性的固化劑更為適合。

文章假設膠粘劑時黏性流體，即以牛頓模型為理論依據(jù)，利用膠粘劑粘接的物體如果受到外力的作用，不會對粘接面產(chǎn)生滑動現(xiàn)象，更不會對界面造成直接的破壞，所以剪切破壞應力公式如（1）所示[4]。

D為轉速梯度;υ：構件的移動速度;η為膠粘劑的黏度;h為膠粘劑涂層的厚度;t、x為膠粘劑在受到外力的作用下的移動時間和距離;ε為膠層單位厚度的位移。

從公式（1）可以看出，剪切破壞應力與構件移動速度、膠粘劑涂抹厚度和膠粘劑黏度等有著必要的關系。膠粘劑的黏度與剪切破壞應力成正比的關系，當黏度越來越大時，應力也會越來越大。從表1中可以看出固化劑P117、301P、Surwet-R、1363B這4種的黏度是比較大的，所以從公式（1）可以得出這4種的膠粘劑的剪切破壞應力也會比較強。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因就是在水下進行膠粘劑的粘接，這種粘接過程可以視為2個過程，①將膠粘劑附著在粘接物的表面進行浸潤過程，②水向膠粘劑擴散從而發(fā)生結合的過程。當黏度越來越大時，被粘接物的表面膠粘劑就很那對其進行浸潤，當粘接面富含有水分時，就會更難對被粘接無進行浸潤。從表1中可以看出另外3種固化劑的黏度是比較小的，所以被粘接物的表面用上膠粘劑就容易進行浸潤，但是其剪切破壞應力也較小。所以可以將高黏度和低黏度的固化劑進行復配，制作出合適的黏度，既能夠讓被粘接物的粘接劑能夠很好進浸潤，又能夠達到較高的剪切破壞應力。這樣的膠粘劑更有利于水利工程的發(fā)展。

2.2環(huán)氧樹脂固化劑的水下凝膠時間

不同固化劑的膠粘劑固化時間是不一樣的，當膠粘劑在水利工程中應用時，如果固化的時間比較長，其粘接環(huán)境又是在水下，所以時間過程，其膠粘劑的表面活性劑、固化劑等物質將會與水進行融合，而且填料是屬于吸水性也將會失去其作用，水分也會進入到粘接面處，從而將會很大程度的影響膠粘劑的粘接強度和其他的性能;如果固化時間很快，就不利于操作人員施工，還沒施工完成就已經(jīng)固化，這樣也是不利于工程質量的，而且固化時間太快，有機胺還沒有徹底的反應完全，也不利于水利工程的后期粘接強度。所以說，固化時間過快或者過慢都是不利于膠粘劑的性能，需要制定一個合適的環(huán)氧樹脂固化劑水下凝膠時間比較重要。

于是通過上文中制備的甲組份和乙組份的比例，看其水下凝膠時間的長短。甲組份和乙組份的比例是根據(jù)生產(chǎn)廠家推薦的比例進行調(diào)配的。表2即為環(huán)氧樹脂固化劑的水下凝膠時間。

從表2中可以看出，Surwet-R的凝膠時間為150min，I965的凝膠時間為180min，這兩種固化劑的凝膠時間太長，不利于水利工程進行水下膠粘劑的使用，影響膠粘劑的粘接強度。810這種固化劑的凝膠時間為38min，凝膠時間又太短，不利于工作人員的水下施工操作。一般情況下，凝膠時間在1h作用是最為合適的，既能夠滿足施工人員的操作時間，又能夠粘接面的影響較小，能夠保障膠粘劑粘接物的粘接強度。

2.3環(huán)氧樹脂固化劑的水下拉伸剪切強度

在水利工程中運用環(huán)氧樹脂膠粘劑大部分情況下都會與水進行接觸，要想膠粘劑在水下能夠發(fā)揮較好的粘接強度，必須要解決掉被粘接物的表面存在的水膜，因為這種水膜的存在就會影響環(huán)氧樹脂膠粘劑的粘接強度，水膜會讓膠粘劑很難粘貼在膠粘面處，就難以發(fā)揮膠粘的作用，也不利于施工[5]。而且膠粘劑要直接與被膠粘物進行直接的接觸才能發(fā)揮粘接作用，兩者之間隔著水膜，就阻止了兩者進行直接的接觸，粘接強度就會大打折扣。解決水膜可以通過使用憎水性固化劑進行排除，然后使用吸水性的填料將粘接面的水膜進行吸干，但是這種方式也會存在一定的問題，就是當選擇好越強的憎水性的膠粘劑時，這種膠粘劑就很難在粘接表面進行涂抹，對粘接強度也不利。

通過使用萬能試驗機，可以測得7種環(huán)氧樹脂固化劑的水下拉伸剪切強度。圖1就是其中測得的結果。通過圖1柱狀圖的展示，可以很明顯的發(fā)現(xiàn)加入301P和810這兩種固化劑的膠粘劑的剪切強度時非常高的，而P117的膠粘劑的剪切強度時非常小的。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是P117的黏度在這7種膠粘劑中黏度是最大的，憎水性也非常的好，但是也不利于水利工程的水下應用，因為這種膠粘劑的施工難度非常的大。810這種固化劑其他方面的性能都不錯，就是其凝膠時間過短，工作人員沒有充足的時間用于施工。301P這種的固化劑比較適合水利工程的水下應用，因為這兩種固化劑的剪切強度比較高，而且其凝膠時間也不長不短，正好是最優(yōu)的1h，并且本身具有一定的憎水性。

2.4環(huán)氧樹脂固化劑水下壓縮強度

水利工程很容易收到水的壓力，本節(jié)通過對環(huán)氧樹脂固化劑進行壓縮強度的測量，能夠明確知道其中不同固化劑的最大壓縮應力。而且壓縮強度是衡量建筑使用膠粘劑的性能的重要方式之一，再加上水利工程的工作環(huán)境比較特殊，很多的建筑結構會直接與水進行接觸，也會直接收到水對其產(chǎn)生的應力。所以對環(huán)氧樹脂固化劑的水下壓強強度進行實驗，能夠發(fā)現(xiàn)哪種固化劑更合適應用于水利工程。圖2即為7種不同固化劑的水下壓縮強度實驗結果的柱狀圖。

將圖1和圖2進行對比，可以看出膠粘劑的水下壓縮強度比剪切強度要高，其中只有I965這種固化劑的膠粘劑的壓縮強度比剪切強度低，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于在進行壓縮實驗時，不會受到水膜對粘接面粘接的影響，只需要固化劑的憎水性比較好，就能夠達到壓縮強度比較大的現(xiàn)象。

3 結語

綜上所述，水下環(huán)氧樹脂固化劑是一種能夠加入到膠粘劑中用做水利工程的物質，在水下也能夠起到很好的粘接效果，相對于傳統(tǒng)的固化劑，這種水下環(huán)氧樹脂固化劑的適用范圍更加的廣闊，在水利工程能夠發(fā)揮很好的作用。通過本文對七種固化劑的性能研究，可以反應出不同的固化劑會有不同的水下性能，有的固化劑的黏度較小，有的固化劑黏度較大，都不適合于應用在水利工程中，但是可以將黏度大的和黏度小的固化劑進行配置，從而制出黏度較為適中的固化劑。從實驗中可以看到，Surwet-R和I965的凝膠時間都太長，一般最優(yōu)的凝膠時間在1h作用，所以301P和JA-IS的凝膠時間是最佳的，但是JA-IS拉伸剪切強度比較小，在水利工程中不能承受較大的剪切強度。所以綜合來看，在這7種固化劑中，301P這種固化劑的綜合性能比較好，在水利工程中更能起到很好的粘接強度和到達其他的性能要求。

參考文獻

[1]劉秀.水下施工固化環(huán)氧建筑結構膠粘劑制備與應用[D].大連理工大學，2012.

[2]王豐.水性環(huán)氧樹脂涂料固化劑的合成及性能研究[D].湖南大學，2004.

[3]張楠，張艷維，余尚兵.MF改性的淀粉膠黏劑的合成與性能研究[J].廣東化工，2017（17）：34-35.

[4]侯發(fā)亮.建筑結構粘結加固的理論與實踐[M].武漢大學出版社，2003.

[5]孫偉，高建明，秦鴻根.鋼纖維混凝土界面粘結強度的研究[J]硅酸鹽學報，1985（3）：38-46.