適于城市水廠建筑的改性環氧樹脂防水材料及技術應用

摘 要：為加強城市水廠建筑結構的穩定性和安全性，試驗以環氧樹脂為主要材料，制備了一種改性防水材料適于城市水廠建筑，并進行單因素試驗對其配方進行優化。結果表明，添加適量聚酰胺固化劑，可以提高防水材料的防水性能和耐腐蝕性能。每100 g環氧樹脂中最佳聚酰胺固化劑添加量為32 g，此時，材料吸水率為1.94%，在酸、堿溶液中浸泡28 d質量損失率分別是3.81%、2.10%。在防水材料中加入腰果酚，可以進一步提高其防水性能和耐腐蝕性能。每100 g環氧樹脂中添加12 g腰果酚較為適宜，此時，材料吸水率為1.65%，在酸、堿溶液中浸泡28 d質量損失率分別是2.69%、1.54%。在最佳配方下，該防水材料綜合性能良好。

關鍵詞：環氧樹脂；防水材料；固化劑；腰果酚；防水性能

中圖分類號：TQ437 + .1 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）11-0069-04

Modified epoxy resin waterproofing material suitable forurban water plant construction and its technical application

LIU Yihao，WANG Limei，SHA Xueqiang，CHEN Anhui，CHENG Chao

（China State Construction Sixth Engineering Bureau，Tianjin 300450，China）

Abstract：To enhance the stability and safety of urban water plant building structures，a modified waterproof mate?rial suitable for the construction of the urban water plant was prepared with epoxy resin as the main material，andthe formula was optimized by a single factor test. The experimental results indicated that adding an appropriateamount of polyamide curing agent could improve the waterproof and corrosion resistance of waterproof materials.The optimal amount of polyamide curing agent added to every 100 g of epoxy resin was 32 g. At this time，the waterabsorption rate of the material was 1.94%，and the mass loss rate after soaking in acid and alkali solutions for 28days was 3.81% and 2.10%，respectively. Adding cardanol to waterproof materials could further improve their water?proof and corrosion resistance. Adding 12 g cashew phenol to every 100 g of epoxy resin was the most suitable. Atthis time，the water absorption rate of the material was 1.65%，and the mass loss rate after soaking in acid and alkalisolutions for 28 days was 2.69% and 1.54%，respectively. Under the optimal formula，the waterproof material hasgood comprehensive performance.

Key words：epoxy resin；waterproof materials；curing agent；cardanol；waterproof performance

防水材料可以在混凝土建筑結構表層形成一層防水涂層，增加建筑使用壽命 [1-2] 。對此，許多學者進行了研究。如通過聚醚多元醇等助劑，制備了一種綠色環保的聚氨酯防水材料，并對其防水性能進行研究 [3] 。

制備了一種多組分有機硅防水涂料，并對該涂料配方進行優化 [4] 。結合有機和無機復合技術，通過水性環氧樹脂對水泥基材料進行改性，制備了一種防水堵漏材料，并研究其性能 [5] 。結合以上學者的研究，為加強城市水廠建筑結構的穩定性和安全性，本試驗以環氧樹脂為主要原料，添加適量的聚氨酯固化劑和腰果酚，制備一種城市水廠用的防水材料，并對其性能和施工工藝進行研究。

1 試驗部分

1. 1 材料與設備

主要材料：環氧樹脂E51（工業純，藝升復合材料）；聚酰胺固化劑（工業純，捷紅化工）；腰果酚（工業純，文茹科技化工）；硅烷偶聯劑KH-550（工業純，山東啟工）；縮水甘油苯基醚（工業純，金邦環保）；環氧稀釋劑AGE（工業純，固加科技）；促進劑DMP-30（工業純，晴天化工）。

主要設備：KHC-C1000g型電子天平（凱鴻誠稱重設備）；RTC-2型磁力攪拌器（英峪弘源儀器）；HTS-576型干燥箱（世測精密儀器）。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 固化劑添加量優化

本試驗采用的環氧樹脂固化劑為聚酰胺固化劑，該固化劑有著毒性低、耐水性好等特點，且可以在常溫條件下固化 [6-7] 。在環氧樹脂中摻入聚酰胺固化劑，可以生成仲胺，進而生成叔胺，在環氧樹脂基體內部形成一種三維交聯固化網絡結構。為制備防水性能和耐腐蝕性能優良的防水材料，結合在環氧樹脂中聚酰胺固化劑理論用量，本試驗在100 g環氧樹脂中摻入不同質量的固化劑制備防水材料，具體配方見表1 [8-10] 。

1. 2. 2 腰果酚添加量優化

本試驗采用的環氧樹脂增韌劑為腰果酚，該材料是一種酚羥基衍生物，含有極性羥基結構，有著優良的耐熱性能、增韌效果等 [11-12] 。為獲得防水性能和耐腐蝕性能優良的防水材料，本試驗以“1.2.1”中配方為基礎，在環氧樹脂中添加不同質量的腰果酚制備防水材料，具體配方見表2。

1. 2. 3 防水材料的制備

根據表1和表2中的各試驗方案配方，用電子天平稱取一定量的環氧樹脂、聚酰胺固化劑和腰果酚等原材料，備用。然后將環氧樹脂加入到攪拌機中，再加入適量的聚酰胺固化劑和腰果酚，最后加入環氧稀釋劑、促進劑等材料，攪拌混合，獲得改性防水材料試樣。

1. 3 性能測試

1. 3. 1 防水性能

將已經固化的改性防水材料按50 mm×50 mm規格制備防水材料測試試樣，并用電子天平稱量各待測防水材料試樣的初始質量，記為 m 0 。之后，將各防水材料試樣在水中浸泡48 h，取出，用濾紙擦干各防水材料試樣表面多余的水分，烘干后，用電子天平稱量此時的質量，記為 m 1 。根據公式計算材料吸水率，分析材料的防水性能。吸水率具體計算公式為 [13-14] ：

式中： W 1 為防水材料吸水率； m 0 為防水材料浸泡前質量； m 1 為防水材料浸泡后質量。

1. 3. 2 耐腐蝕性能

先配置10%的硫酸溶液以及20%的氫氧化鈉溶液，備用。然后將適量的防水材料分3次涂覆在C35混凝土板上，每次涂覆的間隔時間為60 min。再在標準養護條件下，將試樣進行養護處理7 d，稱重并記錄。將養護好的防水材料試樣分別浸泡在制備好的酸或堿溶液中，28 d后取出，并用濾紙將防水材料試樣表面多余的水分擦拭干凈，烘干，再次稱重并記錄。計算試樣在酸或堿溶液浸泡前后的質量變化，分析防水材料耐酸、堿腐蝕性能。試樣的質量變化具體計算公式 [15] ：

式中： W 2 為防水材料試樣質量損失率； m 2 為防水材料浸泡前固化物的質量； m 3 為防水材料浸泡且干燥后固化物質量。

2 結果與分析

2. 1 固化劑添加量優化

2. 1. 1 防水性能

對不同固化劑添加量的防水材料試樣進行吸水率測試，結果見圖1。

由圖1可知，當防水材料試樣中的聚酰胺固化劑添加量從20 g增加到36 g時，防水材料試樣的吸水率呈現先降后升的趨勢。當防水材料中添加20 g聚酰胺固化劑時，吸水率最高，達到2.38%。當防水材料試樣中的聚酰胺固化劑添加量增加到32 g時，吸水率降到最小，為1.94%，與固化劑添加量20 g時相比，降低幅度達到18.5%。此后，當防水材料試樣中的聚酰胺固化劑繼續增多至36 g時，吸水率出現回彈升高，為2.19%。這表明，適當的添加聚酰胺固化劑，可以降低防水材料的吸水率，提高其防水性能。但是，聚酰胺固化劑的添加量不宜過多，否則會增大防水材料吸水率。而這些固化劑中含有親水基團胺基，會增大防水材料的吸水率 [16-17] 。綜上，在防水材料中添加的聚酰胺固化劑應適量，當固化劑添加量為32 g時，防水材料吸水率最低，防水性能最佳。

2. 1. 2 耐腐蝕性能

試樣質量損失率如圖2所示。

由圖2可知，防水材料在堿溶液中的質量損失率均低于在酸溶液中。這表明，防水材料的耐堿腐蝕性能優于耐酸腐蝕性能。當防水材料中的聚酰胺固化劑添加量增加時，防水材料在酸、堿溶液中的28 d質量損失率均先減小后增大。當聚酰胺固化劑添加量為20 g時，防水材料在酸、堿溶液中的28 d質量損失率均最大，分別是5.56%、2.38%。當聚酰胺固化劑添加量為32 g時，防水材料在酸、堿溶液中的28 d質量損失率均最小，分別是3.81%、2.10%，降幅分別為31.5%、11.8%。當聚酰胺固化劑增加到36 g時，防水材料在酸、堿溶液中的28 d質量損失率均出現回彈上升，這表明，防水材料中的聚酰胺固化劑添加量已經達到飽和狀態。因此，需要防水材料具備較強的抵抗離子滲透能力，從而減少酸性物質從防水材料涂層孔隙中進入到混凝土表面，使混凝土受到腐蝕 [18] 。

綜上，當聚酰胺固化劑添加量為32 g時，防水材料的耐酸、堿腐蝕性能最佳。

2. 2 腰果酚添加量優化

2. 2. 1 防水性能

圖3為不同腰果酚添加量下的防水材料吸水率情況。

由圖3可知，隨著防水材料中的腰果酚添加量從4 g增加到16 g時，防水材料試樣的吸水率呈現減小的趨勢。可以看出，當腰果酚添加量在4～12 g時，防水材料試樣吸水率降幅較大。而當腰果酚添加量超過12 g時，防水材料試樣吸水率降幅較小。當在防水材料中添加4 g腰果酚時，吸水率最大，達到2.06%。

當在防水材料中添加12 g腰果酚時，吸水率則減小至1.65%，降幅為19.9%。以上這些現象表明，在防水材料中添加腰果酚，可以使防水材料的吸水率減小，提高其防水性能。但當腰果酚添加量超過12 g時，繼續增加腰果酚對防水材料防水性能的提升較小。因此，防水材料吸水率減小，防水性能提高 [19] 。綜上，隨著防水材料中腰果酚添加量增加，材料防水性能提高，其中，腰果酚添加量為12 g時比較適宜。

2. 2. 2 耐腐蝕性能

本試驗對不同腰果酚添加量的防水材料試樣耐腐蝕性能進行測試，結果見圖4。

由圖4可知，當防水材料中的腰果酚添加量為4 g時，材料在酸、堿溶液中的質量損失率均最大，分別是3.46%、1.94%。當腰果酚添加量為12 g時，防水材料在酸、堿溶液中的質量損失率分別降低至2.69%、1.54%，降幅分別為22.3%、20.6%。此后，隨著腰果酚添加量繼續增多，防水材料的質量損失率下降幅度減小。這表明，當腰果酚添加量超過12 g時，繼續增加腰果酚添加量并不會使防水材料耐酸、堿腐蝕性能有較大提升。因此，酸、堿腐蝕溶液環境中的酸性或堿性離子不容易進入到防水材料通道內，所以防水材料的耐酸、堿溶液腐蝕性能提高 [20] 。綜上，在防水材料中添加12 g腰果酚比較適宜，此時，材料的耐酸、堿溶液腐蝕性能均較好。

2. 3 水廠建筑防水施工技術應用

為提高城市水廠中的建筑結構壽命，通過本試驗中的環氧樹脂防水材料在水廠中轉站的機加池體設置一層防水層。其中，防水材料的主要配方為：100 g環氧樹脂E51、12 g腰果酚和32 g聚酰胺固化劑。施工工藝步驟如下：

（1）現場勘查。對機加池體的內部結構進行勘查，設置立柱、支架、金屬防護網等穩定性保護結構，確認機加池體內部脆裂和平層空鼓；

（2）缺陷修補。通過鏟除疏松砂漿、空鼓找到平層，并涂刷防水灰漿進行缺陷修補，為涂刷防水材料做準備；

（3）增強節點。對機加池體的內部薄弱的主體結構進行增強處理。主要是集水槽板縫和施工縫。先進行清理、潤濕，再涂刷防水材料，然后用無紡布覆蓋，繼續潤濕，并在無紡布上涂覆防水材料；

（4）大面防水系統施工。采用機械噴涂防水材料進行大面防水系統施工。注意對施工過程中防水材料涂層細微破損處進行及時修補。

3 結語

（1）隨著聚酰胺固化劑添加量增加，防水材料吸水率和在酸、堿溶液中的質量損失率均先減小后增大。當在100 g環氧樹脂中添加32 g聚酰胺固化劑時，防水材料吸水率最小，為1.94%，在酸、堿溶液中浸泡28 d時的質量損失率均最小，分別是3.81%、2.10%；

（2）當防水材料中腰果酚添加量增加時，材料吸水率和在酸、堿溶液中的質量損失率均先迅速下降后緩慢下降。腰果酚添加量為12 g較為適宜。此時，防水材料材料吸水率為1.65%，且在酸、堿溶液中浸泡28 d時的質量損失率分別是2.69%、1.54%，材料防水性能和耐腐蝕性能均良好；

（3）在防水材料中添加適量聚酰胺固化劑，可以提高其防水性能和耐腐蝕性能，同時，添加腰果酚可以使防水材料防水性能和耐腐蝕性能進一步提高。

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