環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)材料拉伸性能研究

文 宜 杜紅艷

(1.長安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064;2.中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710068)

拉伸性能試驗用以反映各環(huán)氧基防水粘結(jié)材料受拉破壞時的應(yīng)力和應(yīng)變，測得的主要指標(biāo)為各環(huán)氧基防水粘結(jié)材料的拉伸強(qiáng)度和破壞時的應(yīng)變，通過拉伸試件的抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率來評價各材料的實際使用性能。

1 試驗方法

1.1 試件成型

先用丙酮將上下兩塊不銹鋼槽板進(jìn)行清理，用隔離劑涂刷一遍，然后將上下兩塊槽板對接，放入120℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中保溫4h。不銹鋼槽板保溫結(jié)束后，按照前述制備方法把制備好的各環(huán)氧基防水粘結(jié)材料，立即倒入槽板內(nèi)，并進(jìn)行振動，再將其放回120℃干燥箱中，保溫2h，然后降溫至60℃保溫4d(日本環(huán)氧粘結(jié)劑需持續(xù)在40℃下保溫2d，不需在120℃下保溫不銹鋼槽板及養(yǎng)生)，使其充分固化。養(yǎng)生完成后，取出，將槽板打開，用小刀將試件脫模。脫模后將試件在所需的試驗溫度(20℃ ±1℃)下放置2h，然后用切片機(jī)切成啞鈴狀的試件，制備6個試件。成型模具如圖1所示，拉伸試驗試件尺寸如圖2所示。

附注：A-總長，最小值115 mm B-標(biāo)距段的寬度，6.00+0.4 mm C-標(biāo)距段的長度，33±2 mmD-夾持線 E-半徑，14±1 mm F-半徑，25±2 mm G-端部寬度，25±1 mmH-夾具間的初始距離，80±5 mm L-標(biāo)距線間的距離，25±1 mm

1.2 試驗程序

將試件在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置2h，然后將試件安裝在拉力機(jī)夾具中，記錄拉力機(jī)標(biāo)尺所示數(shù)據(jù)(L0)，試件安裝不得歪斜，拉伸速度為500mm/min，拉伸試件直至出現(xiàn)裂口或斷裂等現(xiàn)象為止，記錄此時標(biāo)尺數(shù)據(jù)(L1)，讀數(shù)精確到0.5mm。

1.3 結(jié)果計算

拉伸斷裂強(qiáng)度如式(1)計算：

式中：P——拉伸斷裂強(qiáng)度，MPa;

F——試件最大荷載，N;

A——試件斷面面積，mm2。

試件斷面面積如式(2)計算：

式中：b——試件工作部分寬度，mm;

d——試件實測厚度，mm。

斷裂延伸率按式(3)計算：

式中：L——試件斷裂延伸率，%;

L1——試件斷裂時標(biāo)線間的距離，mm;

L0——拉伸前標(biāo)線間的距離，mm。

試驗結(jié)果以六個試件的算術(shù)平均值表示，取三位有效數(shù)字。

2 試驗結(jié)果

按照拉伸試驗的試驗方法，進(jìn)行各環(huán)氧基防水粘結(jié)材料在不同組分比例下的拉伸試驗，國產(chǎn)HLN-7611環(huán)氧瀝青的拉伸試驗結(jié)果如圖3所示，日本環(huán)氧粘結(jié)劑的拉伸試驗結(jié)果如圖4所示，日本環(huán)氧粘結(jié)劑的拉伸試驗結(jié)果如圖5所示。

2.1 國產(chǎn)HLN-7611環(huán)氧瀝青的拉伸試驗結(jié)果

由國產(chǎn)HLN-7611環(huán)氧瀝青在不同組分比例下的的拉伸試驗結(jié)果可知，拉伸強(qiáng)度和斷裂延伸率隨組分比例變化呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。拉伸強(qiáng)度隨比例(B：A)的增大而先增大后減小，在比例(B：A)為 7.6時達(dá)到峰值，為0.940MPa。斷裂延伸率隨比例(B：A)的增大而先減小后增大，在比例(B：A)為7.6時為188%，比最佳斷裂延伸率降低約15%，此最佳斷裂延伸率對應(yīng)的拉伸強(qiáng)度比最佳值降低約31%。由于橋面防水粘結(jié)材料需要具有較高的拉伸強(qiáng)度和斷裂延伸率，根據(jù)此拉伸試驗結(jié)果可以進(jìn)一步確定國產(chǎn)HLN-7611環(huán)氧瀝青的最佳組分比例 B：A=1：7.6，因為在比例(B：A)低于或高于7.6時，由于A組分或B組分較多，沒有充分發(fā)生固化反應(yīng)，存在多余的A組分或B組分，導(dǎo)致強(qiáng)度不足，斷裂延伸率出現(xiàn)波動。

2.2 日本環(huán)氧粘結(jié)劑的拉伸試驗結(jié)果

從日本環(huán)氧粘結(jié)劑的拉伸試驗結(jié)果可見，A、B兩組分比例不同，其性能差異較大。當(dāng)A組分環(huán)氧樹脂與B組分固化劑之比為1：0.8時，拉伸強(qiáng)度最大，但斷裂延伸率最低，不能滿足防水粘結(jié)材料高延伸率的要求;當(dāng)A組分與B組分之比為1：1時，拉伸強(qiáng)度為 5.932MPa，且斷裂延伸率達(dá)到最大，為616%，綜合性能最優(yōu)。因此，可以進(jìn)一步確定日本環(huán)氧粘結(jié)劑的A組分環(huán)氧樹脂：B組分固化劑=1：1為其最佳配比。

2.3 日本環(huán)氧瀝青的拉伸試驗結(jié)果

從日本環(huán)氧瀝青的拉伸試驗結(jié)果可見，A組分環(huán)氧樹脂與B組分固化劑之比為1：0.8和1：1.1時，斷裂延伸率較低，不能滿足防水粘結(jié)材料高延伸率的要求;當(dāng)A組分與B組分之比為1：0.9時，拉伸強(qiáng)度為 2.710MPa，且斷裂延伸率達(dá)到853%;當(dāng) A組分與 B組分之比為 1：1時，拉伸強(qiáng)度為5.932MPa，比 A：B=1：0.9 時增大約 68%，且斷裂延伸率達(dá)到604%，比A：B=1：0.9時降低約29%，綜合性能最優(yōu)。因此，可以進(jìn)一步確定日本環(huán)氧粘結(jié)劑的A組分環(huán)氧樹脂：B組分固化劑=1：1為其最佳配比。

圖5 日本環(huán)氧瀝青A、B組分不同比例下的拉伸強(qiáng)度和斷裂延伸率關(guān)系圖

3 不同環(huán)氧基防水粘結(jié)材料的拉伸試驗結(jié)果比較

綜合各環(huán)氧基防水粘結(jié)材料在其最佳配比下的拉伸強(qiáng)度和斷裂延伸率，如圖6和圖7所示。由圖可見，日本環(huán)氧粘結(jié)劑的拉伸強(qiáng)度和斷裂延伸率均高于國產(chǎn)HLN-7611環(huán)氧瀝青和日本環(huán)氧瀝青，其中拉伸強(qiáng)度分別比國產(chǎn)HLN-7611環(huán)氧瀝青和日本環(huán)氧瀝青增大約530%和30%;斷裂延伸率分別比國產(chǎn)HLN-7611環(huán)氧瀝青和日本環(huán)氧瀝青增大約228%和2%。究其原因為：日本環(huán)氧粘結(jié)劑不摻加瀝青，環(huán)氧樹脂與固化劑能夠充分固化反應(yīng)，而另兩種材料中均需加入瀝青，瀝青的存在可能會對固化反應(yīng)有一定影響;且日本產(chǎn)和國產(chǎn)所采用的環(huán)氧樹脂和固化劑種類不同，分子內(nèi)化學(xué)鍵作用力不同，分子間鏈與鏈結(jié)合力不同，最終導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度和斷裂延伸率的差異。

4 結(jié)論

本章分別對國產(chǎn)HLN-7611環(huán)氧瀝青、日本環(huán)氧粘結(jié)劑、日本環(huán)氧瀝青等三種環(huán)氧基防水粘結(jié)材料進(jìn)行制備并比較測試其拉伸性能。根據(jù)相關(guān)試驗結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：拉伸性能優(yōu)劣依次為：日本環(huán)氧粘結(jié)劑、日本環(huán)氧瀝青和國產(chǎn)HLN-7611環(huán)氧瀝青，在最佳配比下所能達(dá)到的拉伸強(qiáng)度分別為5.932MPa、4.451MPa 和 0.940MPa，斷裂延伸率分別為 616%、604%和188%。

[1]顧興宇，王文達(dá).水泥混凝土橋面粘結(jié)層抗剪性能要求及簡化計算[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報，2010，10(2)：20-25.

[2]呂偉民.國內(nèi)外環(huán)氧瀝青混凝土材料的研究與運(yùn)用[J].石油瀝青，1994(3)：11-15.

[3]王曉，程剛，黃衛(wèi).環(huán)氧瀝青混凝土性能研究[J].東南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2001，31(6)：21-24.

[4]閔召輝.熱固性環(huán)氧樹脂瀝青及瀝青混合料開發(fā)與性能研究[D].南京：東南大學(xué)，2004.

[5]李喆.國產(chǎn)環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)材料在水泥混凝土橋面應(yīng)用研究[D].南京：東南大學(xué)，2005.