環保型低黏度柔性環氧樹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

混凝土作為應用量最大的建筑材料，其最大的缺點是無法避免裂縫的產生，這不僅會縮短建筑物的應用年限，且存在巨大的人身及財產安全隱患[1]。環氧樹脂灌漿材料具有粘接強度高、機械強度大、穩定性優異以及常溫可固化、固化后收縮率低的優點[2]，在修補裂縫、加固建筑結構方面具有優異的應用效果。

目前，針對微裂縫(一般小于0.05 mm)的修補處理，國內已經開發出高滲透性的環氧灌漿材料，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，會對環境以及施工人員造成傷害。同時，這類醛-酮體系的環氧灌漿材料在固化后脆性大，無法應用在伸縮縫、混凝土活縫以及變形縫的補強防滲中。為此，應大力開發研究環保型、低黏度且具有柔性的環氧樹脂灌漿材料。

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

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

雙酚F型環氧樹脂，工業級，昆山南亞樹脂廠；柔性固化劑，自制；固化促進劑，常州山峰化工有限公司；硅烷偶聯劑、表面活性劑、消泡劑，工業級，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)，工業級，深圳大洲化工有限公司；無水乙醇，試劑級，國藥集團化學試劑有限公司。

旋轉黏度計：NDJ-5S，上海右一儀器有限公司；萬能試驗機：BGD-5，青島博格達檢測儀器有限公司；壓力試驗機：YAW-300，濟南方圓試驗儀器有限公司。

1.2 低黏度環氧樹脂灌漿材料的制備

由環氧樹脂(70%～100%)、活性稀釋劑(0～30%)、溶劑(0～10%)、硅烷偶聯劑(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，得到環保型低黏度柔性環氧樹脂灌漿材料。

1.3 測試方法與標準

1.3.1 黏度

按照GB/T 2794—2013《膠黏劑黏度的測定》對漿液的黏度進行測試。

1.3.2 抗拉強度和斷裂伸長率

按照GB/T 2568—1995《樹脂澆鑄體拉伸性能試驗方法》進行測試，在恒定溫度下固化一定時間，每組試樣至少測試5次，取其平均值即為測試結果。

1.3.3 抗壓強度

按照GB/T 2567—2008《樹脂澆鑄體性能測試》進行測試，試件尺寸按照JC/T 1041—2007《混凝土裂縫用環氧樹脂灌漿材料》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間，每組試樣至少測試5次，取其平均值即為測試結果。

1.3.4 粘接強度

按照GB/T 16777—2008《建筑防水涂料試驗方法》和JC/T 1041—2007《混凝土裂縫用環氧樹脂灌漿材料》進行測試，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行粘接。

2 結果與討論

黏度是環氧灌漿材料可灌性優劣的重要因素，黏度越低，可灌性越好。常用環氧樹脂的基本黏度通常在3 000～15 000 mPa·s之間，需要加入稀釋劑來調節漿液的整體黏度。為了不過多地降低固化物交聯密度，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氧樹脂灌漿漿液的初始黏度。

2.1 活性稀釋劑對漿液黏度的影響

筆者研發的環氧灌漿為環保低黏度型，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。實驗用環氧灌漿漿液的組成和配比見表1。在保持環氧基/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(占環氧樹脂質量分數)，漿液的初始黏度變化結果見圖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漿液黏度的影響

從圖1可見，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氧樹脂分子運動的阻力，增強了其運動能力，所以體系的黏度逐漸減小。25 ℃下，雙酚F型環氧樹脂的黏度為2 500 mPa·s，當加入30%AGE稀釋劑時，體系黏度迅速下降至86 mPa·s；加入30%692稀釋劑時，體系黏度迅速下降至67 mPa·s；加入30%BGE稀釋劑時，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的長碳鏈，容易發生分子鏈間的纏繞或交聯而增加分子運動的阻力；692稀釋劑中存在苯環，具有較大的位阻作用，同樣不能大幅度減小環氧樹脂的運動阻力；而BGE相對于AGE和692稀釋劑來說，相對分子質量最小，不易發生分子間的纏繞，位阻最小，所以BGE稀釋劑的稀釋效果最好。綜合考慮，選擇BGE作為環保型低黏度環氧灌漿的活性稀釋劑。

2.2 溶劑含量對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達到降低體系黏度的目的，而加入大量稀釋劑會顯著降低固化物的力學性能。因此，在加入活性稀釋劑后，可選擇添加適量的低黏度、高揮發性且低毒的溶劑，以進一步降低漿液的初始黏度。實驗選擇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 無水乙醇，具體配方見表2，乙醇添加量與漿液黏度的變化關系見圖2。

表2 不同乙醇添加量的漿液的組成和配比 g

圖2 溶劑添加量對漿液初始黏度的影響

由圖2可見，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，且當乙醇添加量為20 g 和30 g時，漿液初始黏度低于30 mPa·s。

固化后，對各配方的力學性能測試結果見表3。隨著乙醇添加量的增加，灌漿材料的表干時間逐漸延長，抗壓強度、抗拉強度逐漸降低，斷裂伸長率逐漸增大，干粘以及濕粘強度均為基材破壞，滿足標準。究其原因，發現添加乙醇會降低固化物的交聯密度，導致抗壓和抗拉強度降低；而部分未揮發的乙醇殘留在固化物中，起到增韌的作用，導致固化物的斷裂伸長率隨著乙醇添加量的增加而增加。綜合黏度、性能測試發現，僅有配方4和配方5能滿足JC/T 1041—2007《混凝土裂縫用環氧樹脂灌漿材料》中的I型標準，而過多添加乙醇(配方5)導致表干時間長，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為最終環保型低黏度環氧樹脂灌漿材料的配方。

表3 溶劑添加量對環氧樹脂灌漿固化物性能的影響

3 結論

BGE稀釋劑相比于AGE和692稀釋劑具有最優的稀釋效果，當添加量為環氧樹脂質量的30%時，漿液的初始黏度降至50 mPa·s。

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