溫度對f2斷層施工所用環氧漿材抗壓強度的影響

石軍　韋尚偉

摘 要：溫度是化學反應中的一個至關重要的影響因素。在有機反應中，溫度不光影響化學反應速率，更會影響生成物的結構。針對四川省錦屏一級水電站左岸f2斷層使用的深圳市帕斯卡系統建材有限公司PSI系列環氧漿材，我們進行了溫度對其抗壓強度影響的研究，發現溫度高時，反應速率快，固化速度快，但是生成物抗壓強度相應減弱，反之，溫度低時，反應速率慢，固化速度慢，生成物抗壓強度增強。

關鍵詞：溫度 f2斷層 環氧漿材 抗壓強度

中圖分類號：TU4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0061-02

四川省錦屏一級水電站左岸f2斷層地質條件薄弱，碳化嚴重，只通過固結灌漿并不能達到強度要求，因此我們進行了大量的化學灌漿。但是由于化學漿材性能較之水泥漿材對溫度更加敏感，控制條件要求更加苛刻，因而我們對所使用的PSI系列化學漿材進行了控溫培養的抗壓強度研究。

1 溫度與環氧漿材化學反應速率的關系

1.1 溫度是化學反應中的一個至關重要的影響因素

溫度可以加速化學反應體系內分子碰撞速率，提高化學反應速率。在有機化學反應中，溫度不光影響反應速率，還會影響反應生成物的結構，從而影響的生成物的力學性能。

1.2 環氧漿材化學反應原理

雙酚A（即二酚基丙烷）型環氧樹脂即二酚基丙烷縮水甘油醚。在環氧樹脂中它的原材料易得、成本最低，因而產量最大（在我國約占環氧樹脂總產量的90%，在世界約占環氧樹脂總產量的75%～80%），用途最廣，被稱為通用型環氧樹脂。

雙酚A型環氧樹脂是由二酚基丙烷（雙酚A）和環氧氯丙烷在堿性催化劑（通常用NaOH）作用下縮聚而成。其反應歷程的說法不一。專家們比較一致的認識是，大體上說來在合成過程中主要的反應可能如下。

（1）在堿催化下，雙酚A的羥基與環氧氯丙烷的環氧基反應，生成端基為氯化羥基的化合物—開環反應。

（2）氯化羥基與NaOH反應，脫HCl再形成環氧基—閉環反應。

（3）新生成的環氧基與雙酚A的羥基反應生成端羥基化合物—開環反應。

（4）端羥基化合物與環氧氯丙烷反應生成端氯化羥基化合物—開環反應。

（5）生成的氯化羥基與NaOH反應，脫HCl再生成環氧基—閉環反應。

（6）在環氧氯丙烷過量情況下，繼續不斷地進行上述開環—開環—閉環反應，最終即可得到二端基為環氧基的雙酚A型環氧樹脂。

上述反應是縮聚過程中的主要反應。此外還可能有一些不希望有的副反應，如環氧基的水解反映、水化反應，酚羥基與環氧基的反常加成反應等。

當溫度發生增加時，開環閉環反應速率增加，反應點增多，同時副反應相應增加，從而導致反應生成的線性環氧樹脂鏈長變短，形成的立體結構變簡單，但是在相同時間內與低溫反應相比反應更加充分，使得試件內部軟弱點減少，從而影響到生成物力學性能。

2 不同溫度條件下試件的抗壓強度

四川省錦屏一級水電站左岸f2斷層化學灌漿施工使用的是深圳市帕斯卡系統建材有限公司生產的PSI系列環氧樹脂化學灌漿材料，其中主要使用的是PSI-501和PSI-530兩個類型的漿材。

2.1 進行試驗的固化制度和漿液配比

我們進行試驗的固化制度主要分為以下幾點。

（1）35℃1d，40℃9d。

（2）32℃1d，35℃9d。

（3）30℃1d，33℃9d。

（4）25℃1d，30℃9d。

其中（1）與（2）同時進行實驗，（3）與（4）同時進行實驗。在進行變溫培養的過程中，同時進行了遵循JC/T 1041-2007的行業標準的28天20±3℃試樣培養，以便與行業標準一致的檢測進行對比。28d培養共進行兩次，一次與（1）、（2）同時進行培養，一次與（3）、（4）同時進行培養。培養過程中發現，溫度越高時，漿液粘度上升速度越快，初凝時間越短。

漿液配比主要分為以下幾方面。

PSI-501型：3∶1 、4∶1 、 5∶1、 6∶1 、 7∶1 、 8∶1

PSI-530型：5∶1、 6∶1、 7∶1、 8∶1

2.2 試驗得到的不同溫度養護條件下試樣抗壓強度

2.2.1 兩次28天培養抗壓強度的統計

第一次28天培養與（1）、（2）同時進行培養。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為： 鼓型變形、42.6、81.1、77.9、57.6、51.9。

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為66.2、81.2、83.1、64.5。

第二次28天培養與（3）、（4）同時進行培養。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為： 鼓型變形、57.2、77.1、89.4、76.5、58.39；

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為53.4、84.4、97.9、97.2。

兩次測試數據差異較大原因分析：第一次培養時，中間出現停電導致溫度偏高，測試時試件形狀不夠規則，使得試件強度受到影響；第二次培養溫度控制到位，測試時試件形狀打磨規則，所得數據較為理想。

2.2.2 四個變溫固化制度下培養抗壓強度的統計

（1）35℃1 d，40℃9 d（試件取出后在室溫條件下冷卻1d后進行測試）。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為：14.4、72.5、98.0、119.2、119.7、110.7。

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為56.1、79.7、104.5、103.1。

2）32℃1 d，35℃9 d（試件取出后在室溫條件下冷卻1d后進行測試）。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為：8.4、58.4、83.5、103.0、88.1、84.5。

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為49.1、82.1、88.7、92.5。

3）30℃1d，33℃9d（試件取出后在室溫條件下冷卻1 d后進行測試）。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為：鼓形畸變、64、5、86.5、92.0、69.8、83.0。

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為65.5、91.9、97.1、93.1。

4）25℃1 d，30℃9 d（試件取出后在室溫條件下冷卻1d后進行測試）。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為：78.4、48.5、64.0、47.0、40.4、45.0。

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為68.2、69.5、92.4、81.0。

3 結論

由以上實驗數據分析可知，四川省錦屏一級水電站左岸f2斷層化學灌漿施工使用的PSI系列環氧樹脂化學灌漿材料的抗壓強度與培養溫度關系十分密切，當溫度較高時，強度上升速度更快，相同培養時間的試件抗壓強度更高，同時還會導致可操作時間減少。因此在灌漿施工的過程中，需要合理控制漿液溫度，以使漿液到達地層后能達到設計所需的各項物理性能。endprint

摘 要：溫度是化學反應中的一個至關重要的影響因素。在有機反應中，溫度不光影響化學反應速率，更會影響生成物的結構。針對四川省錦屏一級水電站左岸f2斷層使用的深圳市帕斯卡系統建材有限公司PSI系列環氧漿材，我們進行了溫度對其抗壓強度影響的研究，發現溫度高時，反應速率快，固化速度快，但是生成物抗壓強度相應減弱，反之，溫度低時，反應速率慢，固化速度慢，生成物抗壓強度增強。

關鍵詞：溫度 f2斷層 環氧漿材 抗壓強度

中圖分類號：TU4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0061-02

四川省錦屏一級水電站左岸f2斷層地質條件薄弱，碳化嚴重，只通過固結灌漿并不能達到強度要求，因此我們進行了大量的化學灌漿。但是由于化學漿材性能較之水泥漿材對溫度更加敏感，控制條件要求更加苛刻，因而我們對所使用的PSI系列化學漿材進行了控溫培養的抗壓強度研究。

1 溫度與環氧漿材化學反應速率的關系

1.1 溫度是化學反應中的一個至關重要的影響因素

溫度可以加速化學反應體系內分子碰撞速率，提高化學反應速率。在有機化學反應中，溫度不光影響反應速率，還會影響反應生成物的結構，從而影響的生成物的力學性能。

1.2 環氧漿材化學反應原理

雙酚A（即二酚基丙烷）型環氧樹脂即二酚基丙烷縮水甘油醚。在環氧樹脂中它的原材料易得、成本最低，因而產量最大（在我國約占環氧樹脂總產量的90%，在世界約占環氧樹脂總產量的75%～80%），用途最廣，被稱為通用型環氧樹脂。

雙酚A型環氧樹脂是由二酚基丙烷（雙酚A）和環氧氯丙烷在堿性催化劑（通常用NaOH）作用下縮聚而成。其反應歷程的說法不一。專家們比較一致的認識是，大體上說來在合成過程中主要的反應可能如下。

（1）在堿催化下，雙酚A的羥基與環氧氯丙烷的環氧基反應，生成端基為氯化羥基的化合物—開環反應。

（2）氯化羥基與NaOH反應，脫HCl再形成環氧基—閉環反應。

（3）新生成的環氧基與雙酚A的羥基反應生成端羥基化合物—開環反應。

（4）端羥基化合物與環氧氯丙烷反應生成端氯化羥基化合物—開環反應。

（5）生成的氯化羥基與NaOH反應，脫HCl再生成環氧基—閉環反應。

（6）在環氧氯丙烷過量情況下，繼續不斷地進行上述開環—開環—閉環反應，最終即可得到二端基為環氧基的雙酚A型環氧樹脂。

上述反應是縮聚過程中的主要反應。此外還可能有一些不希望有的副反應，如環氧基的水解反映、水化反應，酚羥基與環氧基的反常加成反應等。

當溫度發生增加時，開環閉環反應速率增加，反應點增多，同時副反應相應增加，從而導致反應生成的線性環氧樹脂鏈長變短，形成的立體結構變簡單，但是在相同時間內與低溫反應相比反應更加充分，使得試件內部軟弱點減少，從而影響到生成物力學性能。

2 不同溫度條件下試件的抗壓強度

四川省錦屏一級水電站左岸f2斷層化學灌漿施工使用的是深圳市帕斯卡系統建材有限公司生產的PSI系列環氧樹脂化學灌漿材料，其中主要使用的是PSI-501和PSI-530兩個類型的漿材。

2.1 進行試驗的固化制度和漿液配比

我們進行試驗的固化制度主要分為以下幾點。

（1）35℃1d，40℃9d。

（2）32℃1d，35℃9d。

（3）30℃1d，33℃9d。

（4）25℃1d，30℃9d。

其中（1）與（2）同時進行實驗，（3）與（4）同時進行實驗。在進行變溫培養的過程中，同時進行了遵循JC/T 1041-2007的行業標準的28天20±3℃試樣培養，以便與行業標準一致的檢測進行對比。28d培養共進行兩次，一次與（1）、（2）同時進行培養，一次與（3）、（4）同時進行培養。培養過程中發現，溫度越高時，漿液粘度上升速度越快，初凝時間越短。

漿液配比主要分為以下幾方面。

PSI-501型：3∶1 、4∶1 、 5∶1、 6∶1 、 7∶1 、 8∶1

PSI-530型：5∶1、 6∶1、 7∶1、 8∶1

2.2 試驗得到的不同溫度養護條件下試樣抗壓強度

2.2.1 兩次28天培養抗壓強度的統計

第一次28天培養與（1）、（2）同時進行培養。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為： 鼓型變形、42.6、81.1、77.9、57.6、51.9。

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為66.2、81.2、83.1、64.5。

第二次28天培養與（3）、（4）同時進行培養。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為： 鼓型變形、57.2、77.1、89.4、76.5、58.39；

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為53.4、84.4、97.9、97.2。

兩次測試數據差異較大原因分析：第一次培養時，中間出現停電導致溫度偏高，測試時試件形狀不夠規則，使得試件強度受到影響；第二次培養溫度控制到位，測試時試件形狀打磨規則，所得數據較為理想。

2.2.2 四個變溫固化制度下培養抗壓強度的統計

（1）35℃1 d，40℃9 d（試件取出后在室溫條件下冷卻1d后進行測試）。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為：14.4、72.5、98.0、119.2、119.7、110.7。

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為56.1、79.7、104.5、103.1。

2）32℃1 d，35℃9 d（試件取出后在室溫條件下冷卻1d后進行測試）。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為：8.4、58.4、83.5、103.0、88.1、84.5。

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為49.1、82.1、88.7、92.5。

3）30℃1d，33℃9d（試件取出后在室溫條件下冷卻1 d后進行測試）。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為：鼓形畸變、64、5、86.5、92.0、69.8、83.0。

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為65.5、91.9、97.1、93.1。

4）25℃1 d，30℃9 d（試件取出后在室溫條件下冷卻1d后進行測試）。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為：78.4、48.5、64.0、47.0、40.4、45.0。

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為68.2、69.5、92.4、81.0。

3 結論

由以上實驗數據分析可知，四川省錦屏一級水電站左岸f2斷層化學灌漿施工使用的PSI系列環氧樹脂化學灌漿材料的抗壓強度與培養溫度關系十分密切，當溫度較高時，強度上升速度更快，相同培養時間的試件抗壓強度更高，同時還會導致可操作時間減少。因此在灌漿施工的過程中，需要合理控制漿液溫度，以使漿液到達地層后能達到設計所需的各項物理性能。endprint

摘 要：溫度是化學反應中的一個至關重要的影響因素。在有機反應中，溫度不光影響化學反應速率，更會影響生成物的結構。針對四川省錦屏一級水電站左岸f2斷層使用的深圳市帕斯卡系統建材有限公司PSI系列環氧漿材，我們進行了溫度對其抗壓強度影響的研究，發現溫度高時，反應速率快，固化速度快，但是生成物抗壓強度相應減弱，反之，溫度低時，反應速率慢，固化速度慢，生成物抗壓強度增強。

關鍵詞：溫度 f2斷層 環氧漿材 抗壓強度

中圖分類號：TU4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0061-02

四川省錦屏一級水電站左岸f2斷層地質條件薄弱，碳化嚴重，只通過固結灌漿并不能達到強度要求，因此我們進行了大量的化學灌漿。但是由于化學漿材性能較之水泥漿材對溫度更加敏感，控制條件要求更加苛刻，因而我們對所使用的PSI系列化學漿材進行了控溫培養的抗壓強度研究。

1 溫度與環氧漿材化學反應速率的關系

1.1 溫度是化學反應中的一個至關重要的影響因素

溫度可以加速化學反應體系內分子碰撞速率，提高化學反應速率。在有機化學反應中，溫度不光影響反應速率，還會影響反應生成物的結構，從而影響的生成物的力學性能。

1.2 環氧漿材化學反應原理

雙酚A（即二酚基丙烷）型環氧樹脂即二酚基丙烷縮水甘油醚。在環氧樹脂中它的原材料易得、成本最低，因而產量最大（在我國約占環氧樹脂總產量的90%，在世界約占環氧樹脂總產量的75%～80%），用途最廣，被稱為通用型環氧樹脂。

雙酚A型環氧樹脂是由二酚基丙烷（雙酚A）和環氧氯丙烷在堿性催化劑（通常用NaOH）作用下縮聚而成。其反應歷程的說法不一。專家們比較一致的認識是，大體上說來在合成過程中主要的反應可能如下。

（1）在堿催化下，雙酚A的羥基與環氧氯丙烷的環氧基反應，生成端基為氯化羥基的化合物—開環反應。

（2）氯化羥基與NaOH反應，脫HCl再形成環氧基—閉環反應。

（3）新生成的環氧基與雙酚A的羥基反應生成端羥基化合物—開環反應。

（4）端羥基化合物與環氧氯丙烷反應生成端氯化羥基化合物—開環反應。

（5）生成的氯化羥基與NaOH反應，脫HCl再生成環氧基—閉環反應。

（6）在環氧氯丙烷過量情況下，繼續不斷地進行上述開環—開環—閉環反應，最終即可得到二端基為環氧基的雙酚A型環氧樹脂。

上述反應是縮聚過程中的主要反應。此外還可能有一些不希望有的副反應，如環氧基的水解反映、水化反應，酚羥基與環氧基的反常加成反應等。

當溫度發生增加時，開環閉環反應速率增加，反應點增多，同時副反應相應增加，從而導致反應生成的線性環氧樹脂鏈長變短，形成的立體結構變簡單，但是在相同時間內與低溫反應相比反應更加充分，使得試件內部軟弱點減少，從而影響到生成物力學性能。

2 不同溫度條件下試件的抗壓強度

四川省錦屏一級水電站左岸f2斷層化學灌漿施工使用的是深圳市帕斯卡系統建材有限公司生產的PSI系列環氧樹脂化學灌漿材料，其中主要使用的是PSI-501和PSI-530兩個類型的漿材。

2.1 進行試驗的固化制度和漿液配比

我們進行試驗的固化制度主要分為以下幾點。

（1）35℃1d，40℃9d。

（2）32℃1d，35℃9d。

（3）30℃1d，33℃9d。

（4）25℃1d，30℃9d。

其中（1）與（2）同時進行實驗，（3）與（4）同時進行實驗。在進行變溫培養的過程中，同時進行了遵循JC/T 1041-2007的行業標準的28天20±3℃試樣培養，以便與行業標準一致的檢測進行對比。28d培養共進行兩次，一次與（1）、（2）同時進行培養，一次與（3）、（4）同時進行培養。培養過程中發現，溫度越高時，漿液粘度上升速度越快，初凝時間越短。

漿液配比主要分為以下幾方面。

PSI-501型：3∶1 、4∶1 、 5∶1、 6∶1 、 7∶1 、 8∶1

PSI-530型：5∶1、 6∶1、 7∶1、 8∶1

2.2 試驗得到的不同溫度養護條件下試樣抗壓強度

2.2.1 兩次28天培養抗壓強度的統計

第一次28天培養與（1）、（2）同時進行培養。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為： 鼓型變形、42.6、81.1、77.9、57.6、51.9。

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為66.2、81.2、83.1、64.5。

第二次28天培養與（3）、（4）同時進行培養。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為： 鼓型變形、57.2、77.1、89.4、76.5、58.39；

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為53.4、84.4、97.9、97.2。

兩次測試數據差異較大原因分析：第一次培養時，中間出現停電導致溫度偏高，測試時試件形狀不夠規則，使得試件強度受到影響；第二次培養溫度控制到位，測試時試件形狀打磨規則，所得數據較為理想。

2.2.2 四個變溫固化制度下培養抗壓強度的統計

（1）35℃1 d，40℃9 d（試件取出后在室溫條件下冷卻1d后進行測試）。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為：14.4、72.5、98.0、119.2、119.7、110.7。

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為56.1、79.7、104.5、103.1。

2）32℃1 d，35℃9 d（試件取出后在室溫條件下冷卻1d后進行測試）。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為：8.4、58.4、83.5、103.0、88.1、84.5。

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為49.1、82.1、88.7、92.5。

3）30℃1d，33℃9d（試件取出后在室溫條件下冷卻1 d后進行測試）。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為：鼓形畸變、64、5、86.5、92.0、69.8、83.0。

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為65.5、91.9、97.1、93.1。

4）25℃1 d，30℃9 d（試件取出后在室溫條件下冷卻1d后進行測試）。

PIS-501型：從3∶1到8∶1強度分別為：78.4、48.5、64.0、47.0、40.4、45.0。

PSI-530型：從5∶1到8∶1強度分別為68.2、69.5、92.4、81.0。

3 結論

由以上實驗數據分析可知，四川省錦屏一級水電站左岸f2斷層化學灌漿施工使用的PSI系列環氧樹脂化學灌漿材料的抗壓強度與培養溫度關系十分密切，當溫度較高時，強度上升速度更快，相同培養時間的試件抗壓強度更高，同時還會導致可操作時間減少。因此在灌漿施工的過程中，需要合理控制漿液溫度，以使漿液到達地層后能達到設計所需的各項物理性能。endprint