談環氧樹脂的特性及一般應用

王宏偉

0 引言

由于環氧樹脂具有獨特的粘結性能，且強度高、耐老化、抗腐蝕、水密性高等特點，所以被廣泛應用在土木工程建設中，現結合作者實踐經驗，將環氧樹脂的特性及其在工程中的一般用法做一簡單介紹，與各位同行商榷。

1 概述

1.1 環氧樹脂

環氧樹脂是一種分子中含有兩個或多個環氧基團的高分子聚合物，由環氧氯丙烷及二酚丙烷在苛性堿催化劑的作用下縮聚而成的液體樹脂。環氧樹脂是一種無定形粘稠液體，加熱呈塑性，沒有明顯的熔點，受熱變軟逐漸熔化，并且發粘，不溶于水。環氧樹脂本身一般情況下性能穩定，不會硬化，當加入一定量硬化劑后，就會逐漸固化。

由于其具有機械強度高、耐磨性好、對混凝土等各種材料都有很強的粘結性、收縮率小(約2%)、對酸堿等化學介質具有一定的穩定性、不透水性能優良及價廉等優越性能，所以是常用的高分子化學物質。

環氧值是鑒別環氧樹脂性質的最主要的指標，工業環氧樹脂型號就是按環氧值不同來區分的。環氧值是指每100 g樹脂中所含環氧基的物質的量數。如E-51為企業牌號，代表平均環氧值為 N/100=51/100=0.51，其范圍在0.48 ～0.54 之間。再比如 E-44環氧樹脂代表平均環氧值為44/100，其范圍在0.41～0.47之間，產品牌號為6101。環氧值高的粘度較低，固化后交聯度大，脆性大，可以根據不同的用途選用。

常用的環氧樹脂有:E-44，E-42，E-43等，但以E-44最為常用。

1.2 固化劑

環氧樹脂在常溫下可以長時間保存不變質，要想讓其固化必須借助固化劑，固化劑的主要作用是使熱塑性、線型的環氧樹脂通過化學反應交聯成體型網狀的熱固性巨大網狀分子，成為不溶的硬化產物。

環氧樹脂固化劑有很多類型，包括酸酐、咪唑、多元胺、聚硫醇、聚酚等等，通常情況下常溫固化用到的環氧樹脂固化劑都是多元胺。多元胺又包括單純胺和變性胺。單純胺又可以分為四大類:脂肪胺類、聚酰胺類、脂環胺類和芳香胺類。像三乙烯四胺、四乙烯五胺等都屬于直鏈脂肪胺，連同乙二胺、二乙烯三胺、多乙烯多胺一樣都是基礎胺，很多固化劑都是以此為原材料改性而得到的。像200號低分子聚酰胺、300號低分子聚酰胺、3051號低分子聚酰胺都是以亞油酸二聚體與三乙烯四胺進行縮合反應制得。

固化劑的用量一般用固化劑的活潑氫當量×100/環氧樹脂環氧當量來計算。

例如:工程中常用的胺類固化劑如乙二胺、二乙烯多胺及多乙烯多胺，每100 g樹脂用量分別為:6 g～8 g，7 g～8 g及12 g～14 g;而651聚酰胺每100 g E44樹脂用量與配比可以從50 g～100 g，范圍很寬。

最常用的固化劑是乙二胺，屬于芳香族氨。是一種有胺刺激味淡黃色液體，在空氣中發煙。其比重為0.899 4，熔點為8.5℃，沸點為11℃，有較強的固化作用，較大的揮發性，固化時大量放熱。環氧樹脂膠大部分是熱固型的膠。

由于其粘度低，可在常溫下固化，所以使用非常方便，但由于其具有的高揮發性，且在加入環氧樹脂砂漿內的時候會產生刺鼻的濃煙，該種煙霧對人體有較強的毒副作用，所以對人具有較高的刺激性，甚至有致癌作用，因此在施工時必須采用強有力的防護措施。

固化劑T31則是無毒的，因此配制環氧樹脂砂漿可用T31代替乙二胺。

651聚酰胺也是常用的固化劑，其為流體，棕色，在常溫下也可固化，同時具有很好的粘附性、耐水性、絕緣性、牢固性和耐磨性。用它做固化劑時，可不配或少配增塑劑及稀釋劑，因而其操作非常簡單，所以現在使用的越來越廣泛。

1.3 增塑劑

硬化后的環氧樹脂雖有很高的強度，但較脆抗沖擊力差。增塑劑的加放，主要是起塑化作用，增加環氧樹脂的韌性，提高抗彎及抗沖強度。

常用的增塑劑為二丁酯，無色液體，比重為1.045，粘度為16.3厘泊，沸點為335℃ ～340℃，不溶于水，易揮發。每100 g樹脂用量一般為10 g～20 g。

1.4 稀釋劑

添加稀釋劑的主要作用在于降低環氧樹脂粘度，便于浸潤粘結面，提高粘結力;增加體積和填料含量;便于操作和延長可操作時間。

常用稀釋劑有:丙酮、甲苯、二甲苯，均為無色液體，每100 g樹脂用量一般為5 g～20 g。

1.5 填充料

填充料的用途是減少環氧樹脂用量，降低成本;適量加入可以減少熱脹系數、收縮率、放熱溫度和增加熱導率及粘結力等。

常用的中性或弱堿性填充料有:砂、水泥、石英粉等。

填充料要根據不同的用途而分別選擇。如添加石英粉及石粉，目的是提高強度;添加砂、水泥、礫石，目的也是提高強度;而添加石墨粉、二硫化鉬，目的則是提高抗磨性;添加三氧化鉻的目的是提高耐腐性;添加鋁粉的目的是提高耐蝕性等等。

2 應用

環氧樹脂在公路中的用法一般有兩種:一種是環氧樹脂砂漿

2.1 環氧樹脂砂漿及混凝土

2.1.1 配比

環氧樹脂砂漿或混凝土的配比，應根據使用的環境和要求而分別配置。一般情況的配比見表1。

表1 環氧砂漿及混凝土配比表

2.1.2 施工方法

1)配合比的確定及試配:根據使用部位及用途的不同，在表1，表2或經驗配比中選擇一種配合，進行實地操作及使用，經過多次調整，最終確定最佳配合比實驗報告，并且根據情況提出使用條件及注意事項。

2)砂漿或混凝土的制作:根據配料工藝仔細操作，依據環氧樹脂砂漿配合比試驗報告單，利用經計量檢驗合格的小臺秤，按配比對環氧樹脂砂漿原材料嚴格計量，配料時必須由有操作經驗的人員進行配料，配料現場必須具有良好的通風條件。

先將環氧樹脂和二丁酯放在鐵鍋中，在爐上水浴加熱至60℃時，攪拌均勻，等鍋冷卻至30℃ ～35℃時，再將乙二胺注入，拌和均勻后就成環氧樹脂漿液，由于期間伴隨有化學反應，有大量熱量生成，所以會有溫度升高的現象發生，然后將水泥和砂石混合均勻的填料倒入環氧樹脂漿液中，迅速攪拌均勻，就成環氧樹脂砂漿或混凝土。

為防止環氧樹脂炭化。各種物質必須按順序加入并充分攪拌。

3)砂漿或混凝土的使用:在使用環氧樹脂砂漿前，必須將混凝土的表面鑿毛，將漏洞表面處灰塵、浮渣、油污及松散層等清洗干凈，露出混凝土本體，并用熱風機將接觸面吹干，如果構件中主筋銹蝕嚴重，還需在受損處綁扎一定長度同規格的鋼筋作補償筋，再進行修補。環氧樹脂砂漿的施工溫度為15℃ ～30℃，相對濕度不宜大于80%。如果天氣較冷，施工環境溫度小于10℃時，宜采用加熱保溫措施，可先用熱風機將接觸面預熱，然后用油灰刀把環氧樹脂砂漿刮抹在漏洞表面，分層修補，每層大約1 cm，刮抹方向要統一，只能從一方向另一方刮抹，不能來回刮，如果漏洞太大，可分幾次修補，以防松動和脫落。配制好的砂漿應在30 min內用完，否則環氧樹脂砂漿的各項強度指標將無法得到保證，養護時間應不低于7 d;所用砂子一定要烘干;如果分次修復，則應相隔24 h。

2.2 環氧樹脂粘結劑

2.2.1 配比

環氧樹脂粘結劑，應根據使用環境和要求的不同而分別配置。一般情況下的配比見表2。及混凝土;另一種是環氧樹脂粘結劑。

表2 環氧樹脂粘結劑配比表

2.2.2 施工方法

1)配合比的確定及試配:根據使用部位及用途的不同，在經驗配比中選擇一種配比，進行實地操作及使用，經過多次調整，最終確定最佳配合比實驗報告，并且根據情況提出使用條件及注意事項。

2)粘結劑的制作:根據配料工藝仔細操作，依據環氧樹脂粘結劑配合比試驗報告單，利用經計量檢驗合格的小臺秤，按配比對環氧樹脂砂漿原材料嚴格計量，配料時必須由有操作經驗的人員進行配料，配料現場必須具有良好的通風條件。

先將環氧樹脂和二丁酯放在鐵鍋中，在爐上水浴加熱至60℃時，攪拌均勻，等鍋冷卻至30℃ ～35℃時，再將乙二胺注入，拌和均勻后就成環氧樹脂漿液，由于期間伴隨有化學反應，有大量熱量生成，所以會有溫度升高的現象發生，迅速攪拌均勻，就成環氧樹脂粘合劑。

為防止環氧樹脂炭化。各種物質必須按順序加入并充分攪拌。

3)粘合劑的應用:環氧樹脂粘結劑的用法一般有兩種:一種為修補彌合裂縫;另一種為配合各類工程布以達到封閉或補強修補構造的目的。

就修補裂縫而言，一般情況下，漿液的配制不用加細砂，但對于較寬的縫，可以適當的加點細砂，細砂的含量應以裂縫的寬度而定，此外加入的填料必須事先進行過篩、烘干等處理。

環氧樹脂配合各類工程布封閉或補強修補部位的方法有多種，一般常用的工程布有:玻璃纖維布及碳纖維布等。由于碳纖維布具有極強的抗拉伸性質，所以碳纖維布一般用于補強，而玻璃纖維布則用于封閉。

在使用環氧樹脂粘合劑之前，必須將混凝土的表面鑿毛，將漏洞表面處灰塵、浮渣、油污及松散層等清洗干凈，露出混凝土本體，并用熱風機將接觸面吹干，如果構件中主筋銹蝕嚴重，還需在受損處綁扎一定長度同規格的鋼筋作補償筋，再進行修補。環氧樹脂粘合劑的施工溫度為15℃～30℃，相對濕度不宜大于80%。如果天氣較冷，施工環境溫度小于10℃時，宜采用加熱保溫措施，可先用熱風機將接觸面預熱，然后用刷子蘸粘合劑把環氧樹脂粘合劑刷到需粘合的物體表面，要力保漿液均勻，防止流淌現象。配制好的漿液應在30 min內用完，否則其各項強度指標將無法得到保證。

3 結語

從20世紀90年代開始，陸續利用環氧樹脂對衛東大橋及鎖簧溝系列橋等進行了加固，經過十幾年的觀測，效果基本不錯，達到了設計意圖和加固效果，值得加以推廣。

[1]藥桂芳.淺析外加劑在混凝土工程中的應用[J］.山西建筑，2010，36(36):159-160.