新型水下環(huán)氧錨固膠的研究

胡飛龍，邱建華（江蘇尼高科技有限公司，江蘇 常州 213141）

新型水下環(huán)氧錨固膠的研究

胡飛龍，邱建華
（江蘇尼高科技有限公司，江蘇 常州 213141）

以水下環(huán)氧錨固膠為研究對象，分析了樹脂固化劑體系、增強(qiáng)粉料和潤濕流平劑等因素對錨固膠水下植筋施工性能和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，在普通環(huán)氧錨固膠配方基礎(chǔ)上，優(yōu)選憎水性改性聚酰胺和改性脂肪胺復(fù)配使用，控制吸水性粉料含水率和摻量以及摻入適量BYK系列潤濕劑，可制備出水下涂抹粘附效果好、施工性能優(yōu)良且水下綜合性能達(dá)到GB50367—2013標(biāo)準(zhǔn)（A級）新型水下環(huán)氧錨固膠。

錨固膠；水下固化；施工性能；強(qiáng)度保持率

隨著水工建筑工程的快速發(fā)展，帶水或水下加固工程（如水下橋墩、水壩、隧道等）用錨固膠需求越來越大。然而，由于普通環(huán)氧錨固膠的固化體系大多易溶于水、樹脂膠液在水下環(huán)境中穩(wěn)定性差等因素限制，迫切需要研制高性能水下環(huán)氧錨固膠［1］。

水下施工用錨固膠應(yīng)具有水下固化性能好、耐水穩(wěn)定性佳、水下施工方便等性能。目前水下膠粘劑的主要研究方向?yàn)椋和ㄟ^化學(xué)改性提高固化劑憎水性及水下固化性能、使用耐水性好的增韌劑及加入合適的吸水性填料等［2～4］。但關(guān)于高性價(jià)比復(fù)配固化劑體系、吸水性增強(qiáng)粉料及水下膠粘劑水下施工性能的深入研究較少。

本研究以水下環(huán)氧錨固膠為研究對象，分析測試固化體系、粉料含水率和潤濕流平劑等因素對錨固膠水下施工性能和力學(xué)性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料及儀器

環(huán)氧樹脂（EP），工業(yè)級，藍(lán)星化工新材料有限公司；改性聚酰胺固化劑X1，工業(yè)級，長沙普照生化科技有限公司；改性脂肪多胺固化劑X2，工業(yè)級，湖北奧生新材料科技有限公司；BYK系列潤濕流平劑，工業(yè)級，畢克公司；凹凸棒土，工業(yè)級，市售；氧化鈣，分析純，市售；水泥（P·O 52.5），盤固水泥集團(tuán)；填料，工業(yè)級，市售；其他助劑，市售。

BY-121A型萬能試驗(yàn)機(jī)，普桑達(dá)儀器有限公司；WT10001K型電子稱，常州萬泰天平儀器有限公司；YHM錨桿拉力儀，北京中煤礦山工程有限公司。

1.2 試樣制備

（1）甲組分制備

將環(huán)氧樹脂、潤濕流平劑、吸水性粉料（凹凸棒土、氧化鈣或水泥）、填料及其他助劑按一定比例混合均勻即可。

（2）乙組分制備

將固化劑（X1、X2）、填料及其他助劑按一定比例配置混合均勻即可。

（3）環(huán)氧錨固膠膠體力學(xué)性能試件制備

按m（甲組分）：m（乙組分）=1：x（因固化劑配置參數(shù)及復(fù)配比例不同，試驗(yàn)時(shí)根據(jù)實(shí)際比例配置）混合均勻，倒入不同模具中，在（23±2）℃養(yǎng)護(hù)1 d后拆模，再養(yǎng)護(hù)7 d進(jìn)行膠體力學(xué)性能測試。

（4）環(huán)氧錨固膠粘接性能試件制備

按m（甲組分）：m（乙組分）=1：x混合均勻。不同基面粘接試驗(yàn)中，將膠涂抹在不同基面后粘接，養(yǎng)護(hù)7 d后進(jìn)行錨固膠粘接性能測試；植筋試驗(yàn)中，將膠倒入直徑為32 mm的C30混凝土孔中，再緩慢插入鋼筋至膠溢出，固定后養(yǎng)護(hù)7 d進(jìn)行植筋拉拔性能測試。

試驗(yàn)分2種環(huán)境涂膠或植筋：（1）空氣中涂膠或植筋，即在干燥環(huán)境中進(jìn)行試件基面涂膠和植筋后，在空氣干燥環(huán)境中養(yǎng)護(hù)7 d；（2）水下涂膠或植筋，即將待涂膠基面或植筋混凝土放入水下浸泡后，將在空氣干燥環(huán)境中攪拌均勻的錨固膠在水下進(jìn)行涂膠或植筋，并在水下養(yǎng)護(hù)7 d。試驗(yàn)過程中水為自來水。

1.3 測試或表征

（1）膠體力學(xué)性能，包括劈裂強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度，按照GB50367—2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行測定；

（2）粘接性能，包括鋼對鋼剪切強(qiáng)度和約束拉拔帶肋鋼筋與混凝土粘接性能（即植筋性能測試），分空氣環(huán)境和水下環(huán)境成型，按照GB50367—2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行測定；

（3）“8”字模砂漿水下粘接性能測試，將預(yù)先成型8字模砂漿放入水中浸泡一段時(shí)間后，將混合均勻的水下錨固膠涂抹在“8”字模中間的2個(gè)切面，對齊粘接并固定，養(yǎng)護(hù)7 d 測試，整個(gè)試驗(yàn)全部在水下環(huán)境進(jìn)行。

2 結(jié)果及分析

2.1 固化劑體系對水下錨固膠性能影響

水下固化劑主要是通過化學(xué)改性，增加普通胺類固化劑的耐水性能和水下固化性能。綜合強(qiáng)度保持率和性價(jià)比，優(yōu)選X1和X2 2種改性胺進(jìn)行復(fù)配測試。其中X1單獨(dú)摻量為50質(zhì)量份（100質(zhì)量份環(huán)氧中的加入量，下同），單價(jià)高；X2單獨(dú)摻量為35質(zhì)量份，單價(jià)較低。保持其他配比不變，測試2種固化劑不同復(fù)配比例（X2復(fù)配比=固化劑X2復(fù)配時(shí)實(shí)際摻量/單獨(dú)摻量，X1復(fù)配比=1-X2復(fù)配比）時(shí)錨固膠在空氣和水下2種環(huán)境下的剪切性能和植筋拉拔性能，實(shí)驗(yàn)中以固化劑X2復(fù)配比進(jìn)行分析，具體見圖1和圖2。

從圖1可知，隨著X2復(fù)配比例增加，錨固膠剪切強(qiáng)度在空氣和水下2種環(huán)境中均呈先增后減的趨勢，剪切強(qiáng)度保持率（水下剪切強(qiáng)度與空氣剪切強(qiáng)度比）則逐漸增大，表明X2復(fù)配比小于1/2時(shí)對錨固膠在水中剪切強(qiáng)度具有較好貢獻(xiàn)，但X2摻量超過一半后復(fù)配效果較差。

圖1 X2復(fù)配比例對剪切強(qiáng)度影響Fig.1 Influence of compounding ratio of X2 on shear strength

由圖2可見，隨著X2復(fù)配比例增加，錨固膠在2種環(huán)境下植筋強(qiáng)度均逐漸降低，而植筋強(qiáng)度差呈現(xiàn)先增加逐漸降低再增大的趨勢，表明固化劑X1對錨固膠植筋性能有增強(qiáng)效果，固化劑X2則有降低作用，其中X2復(fù)配比例為1：2時(shí)植筋強(qiáng)度差最小，效果最佳。

圖2 X2復(fù)配比例對植筋強(qiáng)度影響Fig.2 Effect of compoundings ratios X2 on strength embedded bars

綜合考慮，X2復(fù)配比為1：2，即X1和X2的摻量分別為25質(zhì)量份和17.5 質(zhì)量份時(shí)，錨固膠強(qiáng)度高，強(qiáng)度保持率超過95%達(dá)到極值，性價(jià)比最高。

2.2 吸水性粉料對水下錨固膠性能影響

固定固化劑X1和X2復(fù)配時(shí)摻入比為25：17.5，保持其他配比不變，測試分別加入棒土、氧化鈣及水泥3種粉料在不同含水率條件下錨固膠在水下的剪切強(qiáng)度，粉料摻量均按總填料摻量4%摻入，具體結(jié)果見圖3。

圖3 不同填料含水率對錨固膠剪切性能影響Fig.3 Effect of water content on shearing properties of anchoring adhesive

由圖3可看出，當(dāng)粉料處于極限干燥狀態(tài)（含水率為2%）時(shí)，摻棒土和氧化鈣的錨固膠水下剪切強(qiáng)度最高，而摻水泥的錨固膠剪切強(qiáng)度相對較低。吸水性粉料對水下錨固膠水下剪切作用與粉料含水率密切相關(guān)，表現(xiàn)為隨粉料含水率增加水下剪切強(qiáng)度降低。其中，棒土含水率在8%以下時(shí)對強(qiáng)度影響不大，含水率大于8%后，強(qiáng)度下降明顯；氧化鈣對含水率十分敏感，剪切強(qiáng)度隨其含水率增加下降幅度最快；而水泥對含水率反應(yīng)遲鈍，影響效果不明顯。

保持棒土含水率為6%，測試不同棒土摻量時(shí)錨固膠剪切性能，結(jié)果見圖4。從圖4可知，錨固膠在空氣中剪切強(qiáng)度隨棒土摻量增加緩慢減小，而在水下剪切強(qiáng)度則逐漸增加，摻量至6%后，趨勢減緩，表明在一定范圍內(nèi)棒土摻量對錨固膠水下強(qiáng)度有增強(qiáng)作用。

圖4 棒土摻量對錨固膠剪切強(qiáng)度的影響Fig.4 The influence of attapulgite content on shearing properties of anchoring adhesive

綜上，吸水性填料種類及摻量對增強(qiáng)效果有很大影響，此2種因素在實(shí)際生產(chǎn)中較好控制，而吸水性填料含水率對增強(qiáng)效果有至關(guān)重要的影響，實(shí)際生產(chǎn)過程中難控制，卻是關(guān)鍵點(diǎn)。

2.3 潤濕流平劑對水下錨固膠性能影響

錨固膠在水下進(jìn)行鋼塊基面涂膠時(shí)常發(fā)生膠液難以涂抹、涂抹后易在水中漂浮剝落或需多次重復(fù)涂膠，水下施工困難。為此，優(yōu)選BYK系列潤濕流平劑來改善膠液在水下施工時(shí)在基面的粘附性能。實(shí)驗(yàn)測試了不同潤濕劑摻量在水下作業(yè)時(shí)在鋼片和砂漿表面涂膠難易程度（水下涂膠難易程度：0-最難涂膠，10-最容易涂膠），以及對剪切強(qiáng)度和“8”字模砂漿粘接強(qiáng)度影響，結(jié)果見圖5和圖6。

從圖5可知，水下施工時(shí)（潤濕劑摻量為0%時(shí)），錨固膠在鋼片和砂漿表面涂抹時(shí)容易發(fā)生膠液脫落漂浮現(xiàn)象，需多次重復(fù)涂抹。當(dāng)潤濕劑摻量由0.5%逐漸增加后，涂膠難易程度值顯著增加，表明加入潤濕流平劑后，錨固膠在水下施工性能變好。潤濕劑摻量在0.05%～0.2%時(shí)可達(dá)到較好的潤濕效果。

圖5 潤濕劑摻量對錨固膠涂膠性能影響Fig.5 Effect of wetting agent content on properties of anchorage glue

圖6 潤濕劑摻量對錨固膠強(qiáng)度性能影響Fig.6 Effect of wetting agent content on drawing strength of anchor adhesive

由圖6可見，隨潤濕劑摻量增加，錨固膠水下剪切強(qiáng)度呈先增加，平緩后略有下降，水下植筋強(qiáng)度則變化不明顯。潤濕劑摻量在0.2%時(shí)對錨固膠水下施工性能增強(qiáng)效果最佳。

2.4 新型水下錨固膠綜合性能指標(biāo)測試

本研究參照錨固膠經(jīng)典配方，控制固化劑X1和X2復(fù)配時(shí)摻入比為25：17.5、棒土含水率控制在4%～8%，摻量為4%（占填料）；BYK潤濕流平劑0.2%（占總量），m（甲組分）：m（乙組分）=2：1，制備新型水下環(huán)氧錨固膠，按照GB 50367—2013測試其綜合性能，結(jié)果如表1所示。

表1 新型水下錨固膠綜合性能測試Tab.1 Comprehensive performance test of new type underwater anchor adhesive

從表1可知，新型水下錨固膠在水下環(huán)境下，剪切強(qiáng)度保持率為97%，水下約束拉拔植筋強(qiáng)度保持率高達(dá)98%，綜合性能完全滿足GB 50367—2013中Ⅰ型A級錨固膠要求，且水下施工性能良好，說明其在潮濕和水下施工環(huán)境中具有良好的應(yīng)用前景。

3 結(jié)論

（1）優(yōu)選新型改性聚酰胺和改性脂肪胺復(fù)配時(shí)摻入比為25：17.5時(shí)，錨固膠強(qiáng)度保持率可達(dá)95%。

（2）吸水性粉料含水率對水下錨固膠強(qiáng)度影響程度大于粉料種類和摻量。優(yōu)選棒土作水下增強(qiáng)粉料，控制棒土含水率是獲得優(yōu)良性能水下錨固膠關(guān)鍵因素。

（3）加入BYK潤濕劑能夠改善膠液在水下涂抹粘附性及水下施工性能，當(dāng)摻量在0.2%左右時(shí)錨固膠水下施工性能最好，強(qiáng)度保持率最佳。

［1］王熙，鄭水蓉，司小燕.水下環(huán)氧膠粘劑的研究進(jìn)展［J］.粘接，2007，28（2）:44-48.

［2］李福志，張新建，李歡.納米橡膠改性環(huán)氧水下結(jié)構(gòu)膠的研制及應(yīng)用［J］.粘接，2013（11）:36-38. ［3］朱華，張曉華，陳曉龍.水下環(huán)氧樹脂膠粘劑用水下固化劑的性能研究［J］.中國膠粘劑，2013，22（4）:17-20.

［4］謝建軍，黃凱，賀國京，等.水中固化環(huán)氧樹脂膠黏劑制備與性能研究［J］.化學(xué)與黏合，2014，36（1）:5-10.

Study of a new type underwater epoxy anchoring adhesive

HU Fei-long， QIU Jian-hua
（Jiangsu Nigao Science and Technology Co.，Ltd.， Changzhou， Jiangsu 213141， China）

The effects of the curing system， reinforcing powder and leveling wetting agent on the workability and mechanical properties of the epoxy anchoring adhesive were studied. The results showed that a new anchoring adhesive was able to be prepared by using the mixture of hydrophobic modified polyamide and modified aliphatic amines， controlling the water content and addition amount of powder and mixing appropriate amount of wetting agent. The new underwater epoxy anchoring adhesive had the excellent performance of underwater coating adhesion and workability and met the requirements of the standard GB50367-2013（grade A）.

anchoring adhesive； underwater curing； workability； strength retention rate

TQ433.4+37

A

1001-5922（2015）12-0064-04

2015-07-27

胡飛龍（1988-），男，碩士研究生。主要從事膠粘劑研發(fā)及應(yīng)用技術(shù)。E-mail：feihoo15@163.com。