環(huán)保型低黏度柔性環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料的制備及性能研究

顧 佳，王建莉

上海固密特新材料科技有限公司，上海 200000

混凝土作為應(yīng)用量最大的建筑材料，其最大的缺點(diǎn)是無(wú)法避免裂縫的產(chǎn)生，這不僅會(huì)縮短建筑物的應(yīng)用年限，且存在巨大的人身及財(cái)產(chǎn)安全隱患[1]。環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料具有粘接強(qiáng)度高、機(jī)械強(qiáng)度大、穩(wěn)定性優(yōu)異以及常溫可固化、固化后收縮率低的優(yōu)點(diǎn)[2]，在修補(bǔ)裂縫、加固建筑結(jié)構(gòu)方面具有優(yōu)異的應(yīng)用效果。

目前，針對(duì)微裂縫(一般小于0.05 mm)的修補(bǔ)處理，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出高滲透性的環(huán)氧灌漿材料，普遍采用糠醛-丙酮稀釋體系或者改性醛-丙酮稀釋體系[3-4]，其中所涉及到的醛、酮類多半具有較高毒性，氣味難聞，會(huì)對(duì)環(huán)境以及施工人員造成傷害。同時(shí)，這類醛-酮體系的環(huán)氧灌漿材料在固化后脆性大，無(wú)法應(yīng)用在伸縮縫、混凝土活縫以及變形縫的補(bǔ)強(qiáng)防滲中。為此，應(yīng)大力開(kāi)發(fā)研究環(huán)保型、低黏度且具有柔性的環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料。

筆者采用不同的活性稀釋劑對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂灌漿初步降黏，再用非活性稀釋劑(乙醇)將環(huán)氧灌漿材料的黏度降至30 mPa·s以下，考察添加量對(duì)環(huán)氧固化物黏度以及力學(xué)性能的影響。最終優(yōu)選出各項(xiàng)指標(biāo)滿足JC/T 1041—2007《混凝土裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料》的配方，得到環(huán)保型低黏度柔性的環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器

雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂，工業(yè)級(jí)，昆山南亞樹(shù)脂廠；柔性固化劑，自制；固化促進(jìn)劑，常州山峰化工有限公司；硅烷偶聯(lián)劑、表面活性劑、消泡劑，工業(yè)級(jí)，上海凱茵化工有限公司；活性稀釋劑：十二至十四烷基縮水甘油醚(AGE)、丁基縮水甘油醚(BGE)、芐基縮水甘油醚(692)，工業(yè)級(jí)，深圳大洲化工有限公司；無(wú)水乙醇，試劑級(jí)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)：NDJ-5S，上海右一儀器有限公司；萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：BGD-5，青島博格達(dá)檢測(cè)儀器有限公司；壓力試驗(yàn)機(jī)：YAW-300，濟(jì)南方圓試驗(yàn)儀器有限公司。

1.2 低黏度環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料的制備

由環(huán)氧樹(shù)脂(70%～100%)、活性稀釋劑(0～30%)、溶劑(0～10%)、硅烷偶聯(lián)劑(0.6%～1.4%)、消泡劑(0.3%～0.7%)和表面活性劑(0.3%～0.7%)配置成A組分，自制柔性固化劑(90%～100%)和固化促進(jìn)劑(0～10%)配制成B組分，將A，B組分按照一定配比混合均勻，得到環(huán)保型低黏度柔性環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料。

1.3 測(cè)試方法與標(biāo)準(zhǔn)

1.3.1 黏度

按照GB/T 2794—2013《膠黏劑黏度的測(cè)定》對(duì)漿液的黏度進(jìn)行測(cè)試。

1.3.2 抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率

按照GB/T 2568—1995《樹(shù)脂澆鑄體拉伸性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，在恒定溫度下固化一定時(shí)間，每組試樣至少測(cè)試5次，取其平均值即為測(cè)試結(jié)果。

1.3.3 抗壓強(qiáng)度

按照GB/T 2567—2008《樹(shù)脂澆鑄體性能測(cè)試》進(jìn)行測(cè)試，試件尺寸按照J(rèn)C/T 1041—2007《混凝土裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料》的要求，采用2 cm×2 cm×2 cm立方體， 在恒定溫度下固化一定時(shí)間，每組試樣至少測(cè)試5次，取其平均值即為測(cè)試結(jié)果。

1.3.4 粘接強(qiáng)度

按照GB/T 16777—2008《建筑防水涂料試驗(yàn)方法》和JC/T 1041—2007《混凝土裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料》進(jìn)行測(cè)試，將8字形砂漿塊拉斷，在斷面處涂上混合均勻的漿液，迅速對(duì)接好并用橡皮筋箍筋；濕面粘接為將砂漿塊從水中取出抹去游離水后用上述方法進(jìn)行粘接。

2 結(jié)果與討論

黏度是環(huán)氧灌漿材料可灌性優(yōu)劣的重要因素，黏度越低，可灌性越好。常用環(huán)氧樹(shù)脂的基本黏度通常在3 000～15 000 mPa·s之間，需要加入稀釋劑來(lái)調(diào)節(jié)漿液的整體黏度。為了不過(guò)多地降低固化物交聯(lián)密度，采用活性稀釋劑與非活性稀釋劑(溶劑)相配合的方式降低環(huán)氧樹(shù)脂灌漿漿液的初始黏度。

2.1 活性稀釋劑對(duì)漿液黏度的影響

筆者研發(fā)的環(huán)氧灌漿為環(huán)保低黏度型，因此選用黏度低、稀釋效果好的單官縮水甘油醚AGE、BEG和692活性稀釋劑。實(shí)驗(yàn)用環(huán)氧灌漿漿液的組成和配比見(jiàn)表1。在保持環(huán)氧基/活性氫比例不變前提下，保持其他成分添加量不變，僅改變AGE、BEG和692活性稀釋劑加量(占環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù))，漿液的初始黏度變化結(jié)果見(jiàn)圖1。

表1 含有不同添加量活性稀釋劑的漿液的組成和配比 g

圖1 不同種類活性稀釋劑加量對(duì)漿液黏度的影響

從圖1可見(jiàn)，隨著活性稀釋劑的加入，漿液的初始黏度均逐漸下降，原因在于稀釋劑的加入減小了環(huán)氧樹(shù)脂分子運(yùn)動(dòng)的阻力，增強(qiáng)了其運(yùn)動(dòng)能力，所以體系的黏度逐漸減小。25 ℃下，雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂的黏度為2 500 mPa·s，當(dāng)加入30%AGE稀釋劑時(shí)，體系黏度迅速下降至86 mPa·s；加入30%692稀釋劑時(shí)，體系黏度迅速下降至67 mPa·s；加入30%BGE稀釋劑時(shí)，體系黏度迅速下降至50 mPa·s。AGE和692稀釋劑的稀釋效果明顯弱于BGE稀釋劑，原因是AGE稀釋劑中存在C12-14的長(zhǎng)碳鏈，容易發(fā)生分子鏈間的纏繞或交聯(lián)而增加分子運(yùn)動(dòng)的阻力；692稀釋劑中存在苯環(huán)，具有較大的位阻作用，同樣不能大幅度減小環(huán)氧樹(shù)脂的運(yùn)動(dòng)阻力；而B(niǎo)GE相對(duì)于AGE和692稀釋劑來(lái)說(shuō)，相對(duì)分子質(zhì)量最小，不易發(fā)生分子間的纏繞，位阻最小，所以BGE稀釋劑的稀釋效果最好。綜合考慮，選擇BGE作為環(huán)保型低黏度環(huán)氧灌漿的活性稀釋劑。

2.2 溶劑含量對(duì)漿液黏度以及固化物性能的影響

為了提高漿液的可灌性，需要加入大量的稀釋劑來(lái)達(dá)到降低體系黏度的目的，而加入大量稀釋劑會(huì)顯著降低固化物的力學(xué)性能。因此，在加入活性稀釋劑后，可選擇添加適量的低黏度、高揮發(fā)性且低毒的溶劑，以進(jìn)一步降低漿液的初始黏度。實(shí)驗(yàn)選擇BGE為活性稀釋劑，在保持其他成分含量保持不變的前提下，加入0～30 g 無(wú)水乙醇，具體配方見(jiàn)表2，乙醇添加量與漿液黏度的變化關(guān)系見(jiàn)圖2。

表2 不同乙醇添加量的漿液的組成和配比 g

圖2 溶劑添加量對(duì)漿液初始黏度的影響

由圖2可見(jiàn)，隨著乙醇添加量從0逐漸增加至30 g，漿液初始黏度逐漸從50 mPa·s下降至21 mPa·s，且當(dāng)乙醇添加量為20 g 和30 g時(shí)，漿液初始黏度低于30 mPa·s。

固化后，對(duì)各配方的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。隨著乙醇添加量的增加，灌漿材料的表干時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度逐漸降低，斷裂伸長(zhǎng)率逐漸增大，干粘以及濕粘強(qiáng)度均為基材破壞，滿足標(biāo)準(zhǔn)。究其原因，發(fā)現(xiàn)添加乙醇會(huì)降低固化物的交聯(lián)密度，導(dǎo)致抗壓和抗拉強(qiáng)度降低；而部分未揮發(fā)的乙醇?xì)埩粼诠袒镏校鸬皆鲰g的作用，導(dǎo)致固化物的斷裂伸長(zhǎng)率隨著乙醇添加量的增加而增加。綜合黏度、性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，僅有配方4和配方5能滿足JC/T 1041—2007《混凝土裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料》中的I型標(biāo)準(zhǔn)，而過(guò)多添加乙醇(配方5)導(dǎo)致表干時(shí)間長(zhǎng)，影響施工效率，且固化物性能下降明顯。因此，綜合考慮，選擇配方4為最終環(huán)保型低黏度環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料的配方。

表3 溶劑添加量對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂灌漿固化物性能的影響

3 結(jié)論

BGE稀釋劑相比于AGE和692稀釋劑具有最優(yōu)的稀釋效果，當(dāng)添加量為環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量的30%時(shí)，漿液的初始黏度降至50 mPa·s。

添加無(wú)水乙醇對(duì)環(huán)氧灌漿漿液具有很好的增韌和稀釋作用，當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂用量為150 g，無(wú)水乙醇的添加量為20 g時(shí)，漿液的初始黏度為25 mPa·s，固化物具有優(yōu)異的柔韌性和力學(xué)性能，其抗壓強(qiáng)度為107 MPa，抗拉強(qiáng)度為22.1 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為36.2%，干粘接強(qiáng)度為4.0 MPa(基材破壞)，濕粘接強(qiáng)度為3.1 MPa(基材破壞)，滿足JC/T 1041—2007《混凝土裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料》中的I型要求。