固化溫度對環(huán)氧樹脂結構膠早期性能影響研究

陳勇發(fā)

（廣州建設工程質量安全檢測中心有限公司，廣東廣州 510440）

0 引言

近年來，隨著我國城市更新建設由高速發(fā)展轉變?yōu)楦哔|量發(fā)展，建筑結構的維修和加固成為保障其安全性和耐久性的關鍵環(huán)節(jié)。環(huán)氧樹脂結構膠作為一種重要的建筑材料，具有優(yōu)良的膠體性能、黏結性能和耐久性能等，廣泛應用于各種建筑結構維修加固等領域中[1-3]。隨著環(huán)氧樹脂結構膠的應用場景逐漸復雜，其相關應用研究主要集中于針對應用環(huán)境進行制備研究和性能優(yōu)化，其中以研究溫度最為普遍。低溫方面，李翠影等[4]研究發(fā)現(xiàn)聚氨酯可顯著改善環(huán)氧樹脂的低溫韌性，有效避免環(huán)氧樹脂低溫開裂現(xiàn)象；崔東霞等[5]研究發(fā)現(xiàn)降低固化溫度可減小環(huán)氧樹脂體系的交聯(lián)密度，從而有效提高環(huán)氧樹脂固化物的斷裂伸長率；劉文松[6]通過添加增韌劑解決低溫環(huán)境下環(huán)氧樹脂基復合材料韌性不足的問題，并經(jīng)自催化模型動力學方程驗證實驗結果；曹成林[7]對環(huán)氧-固化劑分子結構和交聯(lián)密度進行設計并制備耐低溫環(huán)氧膠黏劑，探索其在能源運輸領域的應用。高溫方面，張寶華等[8]研究不同固化溫度條件下環(huán)氧樹脂固化物的各項性能；胡高平等[9]測定環(huán)氧建筑結構膠熱變形溫度，探討了影響其熱變形溫度的因素；李悅等[10]研究發(fā)現(xiàn)升高固化溫度可提高環(huán)氧樹脂結構膠的抗壓、抗彎強度。

本文選取環(huán)氧樹脂結構膠為研究對象，研究在不同固化溫度、不同齡期條件下環(huán)氧樹脂結構膠的壓縮強度、拉伸強度、伸長率和正拉黏結強度，分析固化溫度對環(huán)氧樹脂結構膠早期性能的影響，為工程實際中環(huán)氧樹脂結構膠的應用提供參考。

1 試驗概況

1.1 試驗材料及儀器設備

試驗材料包括環(huán)氧樹脂結構膠（AB 雙組份，比例為2∶1），生產(chǎn)廠家為廣東光和建筑材料有限公司。

儀器設備包括萬能試驗機、高溫箱等。

1.2 試樣制備及試驗方法

（1）試樣制備。將環(huán)氧樹脂結構膠按規(guī)定的雙組份比例2∶1 混合并攪拌均勻，并充分排除氣泡。在室溫環(huán)境下進行澆鑄，澆鑄時應盡量避免產(chǎn)生氣泡。圖1 為各試驗待測試樣。澆鑄后放置24h 拆模，將試樣平均分成3 份，第1 份在23℃環(huán)境下進行養(yǎng)護，第2 份在40℃環(huán)境下進行養(yǎng)護，第3 份在65℃環(huán)境下進行養(yǎng)護，并分別在2d、3d、5d 和7d 齡期時進行性能測試。試驗前，試樣應在溫度（23±2）℃、濕度50%±10%環(huán)境下至少進行4h狀態(tài)調節(jié)。

圖1 各試驗待測試樣

（2）壓縮試驗。參照《樹脂澆鑄體性能試驗方法》（GB/T 2567—2021）中6.2 節(jié)進行試驗，試驗速度為2mm/min。

（3）拉伸試驗。參照《樹脂澆鑄體性能試驗方法》（GB/T 2567—2021）中6.1 節(jié)進行試驗，試驗速度為2mm/min。環(huán)氧樹脂結構膠壓縮試驗和拉伸試驗如圖2所示。

圖2 環(huán)氧樹脂結構膠壓縮試驗和拉伸試驗

（4）正拉黏結試驗。參照《工程結構加固材料安全性鑒定技術規(guī)范》（GB 50728—2011）中附錄G 進行試驗，試驗速度為3mm/min，并記錄破壞形式。

2 試驗結果與分析

不同固化溫度（23℃、40℃、65℃）、不同齡期（2d、3d、5d、7d）條件下環(huán)氧樹脂結構膠的壓縮強度、拉伸強度、伸長率和正拉黏結強度等試驗結果如表1 所示。

表1 不同固化溫度、齡期條件下環(huán)氧樹脂結構膠性能試驗結果

2.1 固化溫度對環(huán)氧樹脂結構膠早期壓縮強度的影響

環(huán)氧樹脂結構膠早期壓縮強度與固化溫度的關系如圖3 所示。

圖3 環(huán)氧樹脂結構膠早期壓縮強度與固化溫度的關系

由表1 與圖3 可看出，環(huán)氧樹脂結構膠的壓縮強度隨固化溫度的升高而提高。從齡期上看，環(huán)氧樹脂結構膠的壓縮強度在第5～7d 的增長幅度明顯高于前3d的增長幅度，且7d 齡期的壓縮強度已基本滿足相關使用要求。從固化溫度上看，環(huán)氧樹脂結構膠的壓縮強度在相同齡期下的增長幅度隨固化溫度的升高而提高。7d 齡期時，固化溫度為40℃和65℃的壓縮強度分別增長4.6%和25.8%。由此可得出，固化溫度主要影響環(huán)氧樹脂結構膠早期壓縮強度快速增長階段，即第5～7d 齡期；而對于早期壓縮強度緩慢增長階段，即前3d 齡期，固化溫度的影響較小。

2.2 固化溫度對環(huán)氧樹脂結構膠早期拉伸強度、 伸長率的影響

環(huán)氧樹脂結構膠早期拉伸強度與固化溫度的關系如圖4 所示，環(huán)氧樹脂結構膠早期伸長率與固化溫度的關系如圖5 所示。

圖4 環(huán)氧樹脂結構膠早期拉伸強度與固化溫度的關系

圖5 環(huán)氧樹脂結構膠早期伸長率與固化溫度的關系

由表1 與圖4、圖5 可看出，環(huán)氧樹脂結構膠的拉伸強度隨固化溫度的升高而提高，伸長率隨固化溫度的升高而先降低后提高。拉伸強度方面，從齡期上看，第5～7d 的增長幅度明顯高于前3d 的增長幅度；從固化溫度上看，相同齡期下的增長幅度隨固化溫度的升高而提高；7d 齡期時，固化溫度為40℃和65℃的拉伸強度分別增長16.9%和43.4%。伸長率方面，從固化溫度上看，固化溫度為23℃和40℃時，伸長率隨齡期增長而降低，固化溫度為65℃時，伸長率隨齡期增長而提高；從齡期上看，前3d 的變化幅度明顯高于第5～7d 的變化幅度。由此可得出，在環(huán)氧樹脂結構膠早期拉伸強度緩慢增長階段，即前3d 齡期，由于結構膠的AB 組分發(fā)生交聯(lián)聚合反應，其內部大分子網(wǎng)狀結構基本形成，但強度尚未開始發(fā)展，此時固化溫度對拉伸強度的影響較小，對伸長率的影響較大；在環(huán)氧樹脂結構膠早期壓縮強度快速增長階段，即第5～7d 齡期，由于結構膠的內部結構強度迅速發(fā)展，此時固化溫度對拉伸強度的影響較大，對伸長率的影響較小。

2.3 固化溫度對環(huán)氧樹脂結構膠早期正拉黏結強度的影響

由表1 可看出，在不同固化溫度、不同齡期條件下，正拉黏結試驗的破壞形式均為混凝土基體塊內聚破壞，正拉黏結強度基本在3.81MPa～4.08MPa，基本可認為此強度為基體混凝土本身的抗拉強度，環(huán)氧樹脂結構膠正拉黏結試驗如圖6 所示。由于結構膠的AB 組分發(fā)生交聯(lián)聚合反應，生成的大分子聚合物在內部形成三向網(wǎng)狀結構，使其早期就具有一定的黏結性。當和混凝土黏結時，表現(xiàn)出來的正拉黏結強度大于混凝土本身的抗拉強度，致使混凝土基體塊發(fā)生內聚破壞。由此可得出，環(huán)氧樹脂結構膠的正拉黏結強度在早期（2d齡期）就基本形成，且固化溫度的影響較小。

圖6 環(huán)氧樹脂結構膠正拉黏結試驗

3 結論

本文通過測試不同固化溫度、不同齡期條件下環(huán)氧樹脂結構膠的各項性能，分析固化溫度對其早期性能的影響，得出以下結論。

（1）環(huán)氧樹脂結構膠的壓縮強度、拉伸強度隨固化溫度的升高而提高，伸長率隨固化溫度的升高而先降低后提高。

（2）對于早期壓縮強度、拉伸強度，固化溫度主要在強度快速增長階段起影響作用，即第5～7d 齡期；對于早期伸長率，固化溫度主要在強度緩慢增長階段起影響作用，即前3d 齡期。

（3）環(huán)氧樹脂結構膠的正拉黏結強度在早期（2d 齡期）就基本形成，基本不受固化溫度的影響。