環(huán)氧樹脂砂漿耐酸腐蝕性能研究

吳珍珍，李禪禪

(1.陜西方信工程咨詢有限公司，陜西 漢中 723000；2.長安大學，陜西 西安 710064)

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環(huán)氧樹脂砂漿耐酸腐蝕性能研究

吳珍珍1，李禪禪2

(1.陜西方信工程咨詢有限公司，陜西 漢中 723000；2.長安大學，陜西 西安 710064)

為了減輕酸性物質侵入水泥路面病害加重路面破壞程度，文章采用防腐效果較好的環(huán)氧樹脂與水泥基材料攪拌得到環(huán)氧樹脂砂漿。環(huán)氧樹脂砂漿在攪拌構成中形成高分子薄膜包裹細集料，并與較粗集料向結合形成防腐網狀結構。經硫酸侵蝕表明，環(huán)氧砂漿不僅能夠維持較高的質量和強度，還能提高環(huán)氧砂漿的質量和強度，主要是因為酸侵過程中生成的難溶性CaSO4·2H2O附著于砂漿空隙、表面中提高環(huán)氧砂漿的質量和強度。

環(huán)氧砂漿；酸堿侵蝕；耐久性

0 引言

近年來，由于交通量的加重和重載、超載車輛的增加，造成水泥混凝土路面結構性和非結構性病害日益加重[1]。尤其外界提供的酸性侵蝕環(huán)境更加重了水泥路面病害，造成路面整體破壞的現象頻繁發(fā)生，直接造成經濟損失約30億

元[2]。環(huán)氧樹脂砂漿作為一種新型路面修補材料與普通水泥砂漿修補材料相比，具有更好的耐久性、抗彎拉強度和耐久性能等[3-4]。鐘世云等[5]研究了聚合物水泥砂漿酸侵后的微觀形貌，李祝龍等[6]探討了聚合物水泥砂漿底酸侵蝕后的性能，張宴清等[7]研究了不同濃度的鹽酸、硫酸、醋酸侵蝕后的性能和形貌。本文主要對不同配比的聚合物環(huán)氧砂漿酸侵后質量損失和強度損失進行了分析研究。

1 試驗

1.1 原材料及配合比

E-51環(huán)氧樹脂(A)，環(huán)氧值0.51 mol/100 g；TF-30固化劑(B1)，胺值300±30 100 g/g，800 MPa·s(25 ℃)；TJ-500L(B2)，胺值500±30 100 g/g，710 MPa·s(25 ℃)；XY207(X)，環(huán)氧值0.28 mol/100 g，40 MPa·s(25 ℃)；水泥：P·O42.5；河沙：細度模數3.2；水泥/樹脂(C)、砂膠比(C)、級配(N)。為了能夠更好地研究集料級配類型是否對試件酸侵前、后的質量和強度造成影響，本次環(huán)氧樹脂砂漿修補材料配比確定為A-B(30)，稀釋劑為主劑40%，灰油比C=1.5，砂膠比S=6，集料級配選用n=0.3、n=0.65兩種。

1.2 試驗方法

按照《聚合物基復合材料》(CJ/T211-2005)規(guī)定成型40mm×40mm×160mm砂漿試塊，并將養(yǎng)護7d的試件浸泡于20%H2SO4溶液中12h，后將試塊沖洗掉表面碎粒、烘干后稱量砂漿試塊質量，測試抗壓強度。

2 試驗結果與分析

2.1 試驗結果

浸泡于20%硫酸中的試塊表面產生大量氣泡，隨著浸泡時間延長，氣泡數量減少，1d后各試塊表面出現了不同程度的脫皮現象，并在清洗過程中有酸性物質從試塊中擠出。酸侵后測試各種配方環(huán)氧砂漿試件酸侵前后的質量、強度變化，表征環(huán)氧砂漿的耐酸性能。測試結果如表1所示。

表1 酸侵前、后試塊質量、強度對比表

注：表中“+”表示增加，“-”表示減少。

2.2 質量變化分析

試塊質量測試結果表明：酸侵后試塊質量不但沒有減少，反而有不同程度的增加。這是因為酸侵蝕初期水泥水化產物與H+發(fā)生化學反應釋放出Ca2+，游離狀態(tài)的Ca2+與酸性溶液中的SO42-迅速反應生成分散度較大的難溶性CaSO4·2H2O沉淀在砂漿試塊的表面，使得砂漿試塊質量增加[8]。同時，在環(huán)氧樹脂小分子顆粒微集料復合效應的作用下，使水泥砂漿內部體系的次級配結構更加合理，環(huán)氧樹脂固化后形成的高分子膜能夠包裹水泥水化產物，填充水泥砂漿空隙更加密實，進而有效阻礙了酸性介質和SO42-的滲入。有效防止了生成分散度較大的CaSO4·2H2O聚集在試塊內部產生巨大的膨脹應力，導致試塊表面顆粒松動、脫落從而導致表面蓬松脫皮[9]。

從表1可以看出，級配為0.3試塊酸侵后質量的增加幅度要大于級配為0.65試塊酸侵后的質量增加幅度。究其原因是：環(huán)氧樹脂砂漿材料組成中，礦料顆粒主要起骨架空隙結構，其中小顆粒能夠填充于較大顆粒之間，在拌和過程中環(huán)氧樹脂起到了良好的潤滑作用，較充分包裹小顆粒材料填充于較大顆粒之間，避免試件中大空隙的產生。由于級配為0.3的試塊孔隙率較級配為0.65的試塊孔隙率大(級配為0.3的孔隙率為40.7%，級配為0.65的孔隙率為38.6%[12])，因此級配為0.3的試塊就能吸納較多的分子量較大的難溶性CaSO4·2H2O，從而導致每組試塊質量都有所增加且級配為0.3的試塊質量增加較大。

2.3 強度變化分析

(a)酸侵前后抗折強度對比

(b)酸侵前后抗壓強度對比

由圖1酸侵前后的抗折、抗壓強度對比可以看出：酸侵前后環(huán)氧砂漿試塊均能保持較高的抗折、抗壓強度。這是因為在環(huán)氧樹脂砂漿硬化前，樹脂膠粘劑具有潤滑作用，賦予砂漿拌和物的流動性，砂漿攪拌過程中環(huán)氧樹脂小分子聚合物能夠均勻包裹較小顆粒，聚合物與水泥水化物相互貫穿、交織在一起形成了空間網絡結構，最終環(huán)氧樹脂交聯固化成膜包裹水泥及水泥水化產物表面，不但減少固體顆粒表面腐蝕程度，還增強了顆粒間的粘結強度，提高環(huán)氧砂漿試塊的強度。尤其是在酸性溶液濃度較低時，環(huán)氧樹脂對水泥砂漿強度和粘結性能的改善就更加明顯。級配為0.3的細料含量是級配0.65集料細集料的5倍以上，水泥-樹脂形成的空間網絡結構能夠把砂漿的空隙填充密實，較細集料與較粗集料的粘結效果更高、強度更高。未經環(huán)氧樹脂包裹的水泥顆粒在較低濃度硫酸侵蝕后在試塊表面留下多孔網絡聚合物膜，生成的CaSO4·2H2O能夠充分滲透到多孔網絡聚合物中，減少酸性物質對試件內部的侵蝕，還起到保護試件內部強度繼續(xù)發(fā)展的作用。

同時從圖1可以得出：酸侵后配方1、配方2試塊的抗折強度和抗壓強度增強效果比配方3和配方4試件顯著，在膠砂比、C/A及集料級配相同的情況下，環(huán)氧砂漿中B1固化劑的抗腐蝕效果優(yōu)于B2固化劑抗腐蝕性，其原因是B1固化劑不飽和碳15雙鍵的直鏈內增韌效果提供了固化體系優(yōu)異的耐腐蝕性。從配方2和配方4的對比效果同樣可以看出。酸侵后配比1的抗折強度、抗壓強度增加量均大于配比2試塊的抗折、抗壓強度，這是因為：在砂漿設計配比過程中配比1采用n=0.3，集料的空隙率為40.7%；配比2采用n=0.65，空隙率為38.6%。n=0.3的試件能夠吸納更多CaSO4·2H2O填充空隙，使砂漿內部結構足夠密實，強度得以保持并繼續(xù)增加。從配方3與配方4試件強度的減少情況亦可看出。

3 結語

(1)環(huán)氧樹脂在攪拌時能夠包裹細集料填充于較粗集料空隙，形成網狀高分子保護薄膜，減少了酸性物質侵蝕。級配越小，細集料越多，包裹越密實，強度越高，防酸侵效果也越好。

(2)環(huán)氧樹脂試塊浸泡于硫酸溶液中能生成難溶性CaSO4·2H2O，難溶性CaSO4·2H2O附著于試塊空隙和表面，不僅加重的試塊整體重量，還使試塊的強度得以增強。

(3)氧樹脂砂漿酸侵后能夠維持較高的抗折、抗壓強度，滿足交通開放時抗折強度為4.5MPa的要求，因此，環(huán)氧砂漿可以作為一種優(yōu)于普通水泥砂漿修補材料的新型路面修補材料。

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Research on Acid Corrosion Resistance Performance of Epoxy Resin Mortar

WU Zhen-zhen1，LI Chan-chan2

(1.Shaanxi Fangxing Engineering Consulting Co.，Ltd.，Hanzhong，Shaanxi，723000；2.Chang’an University，Xi’an，Shaanxi，710064)

In order to reduce the further pavement damage by the intrusion of acidic substances into ce-ment pavement，this article used the epoxy resin with better anti-corrosion effect to obtain the epoxy resin mortar by stirring with cement-based materials.Epoxy resin mortar formed the polymer film to wrap the fine aggregate during the stirring，and formed the anti-corrosion network structure together with the coarse aggregates.As shown by sulfuric acid erosion，the epoxy mortar can not only maintain the higher quality and strength，but also can improve the quality and strength of epoxy mortar，mainly because the insoluble CaSO4·2H2O generated during the acid invasion is attached at the mortar voids and surface，which can improve the quality and strength of epoxy mortar.

Epoxy mortar；Acid and alkali erosion；Durability

吳珍珍(1990—)，助理工程師，從事土木工程預算與審計工作；

李禪禪(1989—)，碩士研究生，研究方向：道路建筑材料。

U416.21

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.11.005

1673-4874(2015)11-0024-03

2015-10-17