電站特殊建筑外立面裂縫修補(bǔ)改性EP復(fù)材及性能測(cè)試

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)的環(huán)氧樹(shù)脂（EP）在實(shí)用中存在耐熱性差、黏度偏大的弊病，嘗試?yán)镁郯滨?duì)EP進(jìn)行改性，探究了不同改性條件下EP修復(fù)材料的性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，向EP中摻入適量的PPG、P-M能夠有效拉低改性EP的黏度，即摻入20%的PPG，改性EP黏度降低為1 021 MPa·s，摻入30%的PPG，改性EP黏度為1 034 MPa·s；向EP中摻入少量PUP即可大幅提高改性EP黏度，即摻入30%的PUP，改性EP黏度激增至43 274 MPa·s。在摻入PPG、P-M或PUP后，改性EP的斷裂伸長(zhǎng)率均有所升高以及拉伸強(qiáng)度均有所降低。試驗(yàn)采用抗折比值來(lái)表征不同修補(bǔ)材料對(duì)于混凝土裂縫的修補(bǔ)性能，證實(shí)了摻入25%的P-M時(shí)的抗折比值為1.96，高于未改性EP的1.51，這說(shuō)明改性EP有效增強(qiáng)了混凝土的抗折性能。

關(guān)鍵詞：大型變電站；混凝土裂縫；黏度；EP修補(bǔ)材料

中圖分類號(hào)：

TQ323.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

A文章編號(hào)：

1001-5922（2024）01-0076-04

Repair and detection test of cracks in the coating layer of the" facade of large-scale substation buildings

HU Zhuoer1，DAI Shu2，DONG Li2

（1.Foshan Electric Power Design Institute，F(xiàn)uoshan 528000，Guangdong China;

2.Foshan Electric Power Design Institute Co.，Ltd.，F(xiàn)uoshan 528000，Guangdong China）

Abstract：In view of the poor heat resistance and high viscosity of traditional epoxy resin （EP） in practice，the polyurethane was tried to modify EP，and the properties of EP repair materials under different modification conditions were explored. The test results showed that the viscosity of modified EP effectively reduced by adding an appropriate amount of PPG and P-M into EP，that was，the viscosity of modified EP reduced to 1 021 MPa·s by adding 20% PPG，and the viscosity of modified EP was 1 034 MPa·s when mixed with 30% PPG. The viscosity of modified EP greatly increased by adding a small amount of PUP to EP，that was，the viscosity of modified EP increased to 43 274 MPa·s by adding 30% PUP.After adding PPG，P-M or PUP，the elongation at break and tensile strength of the modified EP increased. The flexural resistance of different repair materials for concrete cracks was characterized，and it was confirmed that the flexural resistance value of 25% P-M was 1.96，which was higher than that of unmodified EP （1.51），which indicated that the modified EP effectively enhanced the flexural performance of concrete.

Key words：large substation;concrete cracks;viscosity;EP repair material

伴生于混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫直接降低其耐久性及承載力，因而成為建材領(lǐng)域迫切渴求改善的病害問(wèn)題，也是保證大型變電站運(yùn)行的重點(diǎn)。當(dāng)前最為常見(jiàn)的裂縫修補(bǔ)材料是聚合物材料、無(wú)機(jī)材料和改性類修補(bǔ)材料，比如有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂、EP等。其中，作為應(yīng)用廣泛的一種熱固性樹(shù)脂，EP擁有機(jī)械強(qiáng)度高、粘接性好的特征，故而備受建材領(lǐng)域的青睞［1-5］。早期學(xué)者針對(duì)利用EP修補(bǔ)混凝土裂縫開(kāi)展了深入研究［6-11］，但也面臨許多問(wèn)題，在此背景下，本文嘗試?yán)肞U改性EP修補(bǔ)材料體系，從而開(kāi)發(fā)出一種熱穩(wěn)定性高、黏度小的混凝土裂縫修補(bǔ)材料，并結(jié)合大型變電站建筑外立面裂縫修補(bǔ)實(shí)務(wù)對(duì)新型修補(bǔ)材料的實(shí)用性進(jìn)行檢驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及儀器

本次試驗(yàn)原料為：E-51型環(huán)氧樹(shù)脂（環(huán)氧值為0.51，南通星辰）；PPG（分子量為1 000，濟(jì)寧佰一化工）；MDI（98%，濟(jì)寧佰一化工）；二正丁胺（AR，天津福晨化學(xué)）。

本次試驗(yàn)涉及的儀器：

NGJ-1F旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，

上海昌吉地質(zhì)儀器；

FR-100C電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，

上海法瑞儀器科技;

YAW-300ZO微機(jī)控制（I級(jí)）水泥壓折試驗(yàn)機(jī)，濟(jì)南邦科試驗(yàn)機(jī)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品制備

（1）PPG改性EP修補(bǔ)材料制備：將PPG原料放于120 ℃真空環(huán)境中進(jìn)行脫水處理，脫水時(shí)長(zhǎng)不低于2 h，然后準(zhǔn)備好5組等量的EP原料，向其中4組添加10%、20%、25%、30%的PPG，剩余一組為未改性EP，之后利用玻璃棒進(jìn)行持續(xù)攪拌，直至混合物充分融合，最后向EP中添加33%的固化劑421，繼續(xù)攪拌15 min即得試驗(yàn)樣品。利用真空硅脂對(duì)模具內(nèi)壁進(jìn)行涂抹，然后將樣品注入模具中，將模具放在80 ℃環(huán)境中進(jìn)行固化，歷時(shí)2 h即可有效清除氣泡，最后將模具轉(zhuǎn)移到室溫環(huán)境中繼續(xù)固化48 h，即可拆模得到試驗(yàn)試件。本次PPG改性EP樣品名稱定義為E-（PPG）-X，X指代的是PPG摻量;

（2）PUP改性EP修補(bǔ)材料制備：首先將PPG原料放于120 ℃真空環(huán)境中進(jìn)行脫水處理，脫水時(shí)長(zhǎng)不低于2 h，然后利用蠕動(dòng)泵將40 ℃的PPG原料滴入MDI溶液中，控制n（—OH）∶n（—NCO）=1∶1.5，最后加熱PPG-PUP溶液至70 ℃，歷時(shí)3.5 h的反應(yīng)期即可生成PUP。在制備PUP的過(guò)程中，需遵循GB/T 12009.4—2016采取二正丁胺回滴法檢測(cè)混合液中—NCO含量，當(dāng)—NCO含量達(dá)到理論值3.08%時(shí)，即可終止反應(yīng)過(guò)程。同樣，本次PUP改性的EP樣品名稱定義為 Ｅ－（ＰＵＰ）－Ｘ，Ｘ指代的是ＰＵＰ摻量;

（3）PPG、MDI改性EP修補(bǔ)材料制備：按照m（—OH）∶m（—NCO）=1∶1.5的質(zhì)量比制得PPG與MDI的混合料，然后將混合料置于120 ℃真空環(huán)境中脫水2 h;之后將脫水后的混合料按照10%、20%、25%、30%的質(zhì)量比分別混入預(yù)先準(zhǔn)備好的4組EP中，同時(shí)保留一組EP并未摻入PPG和MDI以作對(duì)照，對(duì)各組物料進(jìn)行15 min的攪拌以使融合，最后向EP中添加33%的固化劑421，繼續(xù)攪拌15 min即得試驗(yàn)樣品。利用真空硅脂對(duì)模具內(nèi)壁進(jìn)行涂抹，然后將樣品注入模具中，將模具放在80 ℃環(huán)境中進(jìn)行固化，歷時(shí)2 h即可有效清除氣泡，最后將模具轉(zhuǎn)移到室溫環(huán)境中繼續(xù)固化48 h，即可拆模得到試驗(yàn)試件。本次PPG、MDI改性EP樣品名稱定義為E-（P-M）-X，X指代的是PPG、MDI摻量。

1.2.2 樣品表征

（1）拉伸強(qiáng)度測(cè)試：本文遵循GB/T 2567—2008開(kāi)展拉伸強(qiáng)度測(cè)試，設(shè)定拉伸速率2 mm/min，待樣品斷裂時(shí)測(cè)得樣品斷裂伸長(zhǎng)率。為確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠，本次試驗(yàn)共計(jì)開(kāi)展了3輪測(cè)試，并以3輪測(cè)試數(shù)據(jù)的平均值作為最終結(jié)果。

樣品拉伸強(qiáng)度的算式［12-15］：

σ=Fb×h（1）

式中：F表示樣品所承受的最大荷載，N；σt表示樣品的拉伸強(qiáng)度，MPa；h表示樣品厚度，mm；b表示樣品寬度，mm。

樣品斷裂伸長(zhǎng)率的算式［16-17］：

e=ΔLL0×100% （2）

式中：ΔL表示樣品斷裂時(shí)的標(biāo)距伸長(zhǎng)量，mm；L0表示樣品標(biāo)距，mm；e表示斷裂伸長(zhǎng)率。

（2）黏度測(cè)試：遵循GB/T 2974—2013開(kāi)展黏度測(cè)試，設(shè)定NDJ-1F型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)的轉(zhuǎn)速為10 r/min，規(guī)定初凝時(shí)間是從開(kāi)始測(cè)試到樣品黏度達(dá)到60 000 MPa·s的時(shí)長(zhǎng)。為確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠，本次試驗(yàn)針對(duì)3個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)試，并以3個(gè)樣品的平均值作為最終結(jié)果［18］；

（3）抗折強(qiáng)度測(cè)試：預(yù)先加工規(guī)格為40 mm×40 mm×160 mm的試件，在加載速率（2 400±200） N/s條件下，測(cè)定普通試件的抗折強(qiáng)度。待試件折斷以后，對(duì)斷裂面涂抹改性EP修補(bǔ)材料，粘接后重新放到模具中進(jìn)行升溫（80 ℃）固化2 h，然后轉(zhuǎn)移到室溫環(huán)境中養(yǎng)護(hù)48 h，最后在相同的測(cè)試條件下，測(cè)定修補(bǔ)后試件的抗折強(qiáng)度［19-20］。在完成同一試件的兩側(cè)測(cè)試以后，即可求得試件修補(bǔ)前后的抗折強(qiáng)度比值，用以表征改性EP修補(bǔ)材料的修補(bǔ)性能。

2 結(jié)果與分析

2.1 拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率

在不同改性方式下的EP修補(bǔ)材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別如圖1和圖2所示。

由圖1、圖2可知，就拉伸強(qiáng)度而言，未改性EP修補(bǔ)材料的拉伸強(qiáng)度是31.13 MPa，其他3種改性EP修補(bǔ)材料的拉伸強(qiáng)度均有所降低，而且摻量越大降幅越大，這是因?yàn)镻PG、PUP、P-M中均包含內(nèi)聚能較低的柔性鏈段，在EP中添加PPG、PUP、P-M后，體系內(nèi)聚強(qiáng)度逐漸降低，同時(shí)拉低了EP固化后的交聯(lián)密度，表現(xiàn)為改性EP修補(bǔ)材料的拉伸強(qiáng)度持續(xù)降低。相比較來(lái)看，在不斷增多改性劑摻量的過(guò)程中，P-M改性EP修補(bǔ)材料拉伸強(qiáng)度的降幅最大，即在摻入25%的P-M后，改性EP修補(bǔ)材料的拉伸強(qiáng)度已經(jīng)降低至1.47 MPa，摻入20%的P-M后，改性EP修補(bǔ)材料就已經(jīng)因?yàn)槔鞆?qiáng)度過(guò)小而無(wú)法滿足施工需求了。就斷裂伸長(zhǎng)率而言，未改性EP修補(bǔ)材料的斷裂伸長(zhǎng)率是15.76%，而其他3種改性EP修補(bǔ)材料的斷裂伸長(zhǎng)率均超過(guò)了這一水平，其中，PPG改性EP修補(bǔ)材料的斷裂伸長(zhǎng)率隨著PPG摻量的增多而平穩(wěn)升高，待到PPG摻量超過(guò)25%以后，斷裂伸長(zhǎng)率趨于穩(wěn)定，PPG改性EP修補(bǔ)材料的最大斷裂伸長(zhǎng)率是71.96%；PUP改性EP修補(bǔ)材料的斷裂伸長(zhǎng)率在前期增幅較小，但在后期（摻量＞25%）增幅較大，其最大斷裂伸長(zhǎng)率是109.04%；P-M改性EP修補(bǔ)材料的斷裂伸長(zhǎng)率隨著P-M摻量的增多而表現(xiàn)出先升后降的態(tài)勢(shì)，當(dāng)摻入25%的P-M后，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到峰值196.56%，可見(jiàn)，改性劑P-M對(duì)于EP修補(bǔ)材料發(fā)揮出顯著的增韌效果。

2.2 黏度變化

不同改性方式下EP修補(bǔ)材料的黏度變化如圖3所示。

由圖3可知，不斷增加PPG和P-M的摻量，改性EP修補(bǔ)材料的黏度隨之降低，當(dāng)摻量增至30%時(shí)，黏度降至最小值分別為2 409、1 034 MPa·s，與之不同的是，PUP本身黏度就大，它與EP混勻后的黏度基數(shù)已然較大，繼續(xù)增大PUP摻量會(huì)使得改性EP修補(bǔ)材料的黏度激增，即摻入30%的PUP后，E-（PUP）-30%的黏度增至峰值43 274 MPa·s，由此制備的改性EP因黏度過(guò)大而無(wú)法發(fā)揮修補(bǔ)功能。

2.3 抗折比值測(cè)試結(jié)果

不同改性方式、不同摻量下的EP修補(bǔ)材料抗折比值測(cè)試結(jié)果，如圖4所示。

由圖4可知，除了E-（PPG）-30%和E-（PUP）-30%的抗折比值小于1以外，其余的E-（PPG）-10%、E-（PPG）-20%、E-（PPG）-25%、E-（P-M）-10%、E-（P-M）-25%、E-（PUP）-10%的抗折比值均處于［1，1.51］，這些組別的改性EP修補(bǔ)材料修補(bǔ)后的試件抗折強(qiáng)度超過(guò)了試件本身抗折強(qiáng)度，但不及經(jīng)純EP修補(bǔ)后的試件抗折強(qiáng)度。此外，因?yàn)楦男訣P修補(bǔ)材料的抗折比值大于1，所以經(jīng)改性EP修補(bǔ)材料修補(bǔ)后的試件2次斷裂位置并不一致。在眾多試驗(yàn)組別中，E-（P-M）-20%所對(duì)應(yīng)的試件抗折比值達(dá)到峰值1.96，這也證實(shí)了20%摻量條件下的P-M改性EP修補(bǔ)材料對(duì)于混凝土裂縫的修補(bǔ)效果達(dá)到最佳水平。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）以未改性EP作為對(duì)照，PPG、PUP、P-M改性EP修補(bǔ)材料的拉伸強(qiáng)度均有所降低以及斷裂伸長(zhǎng)率均有所升高，且2項(xiàng)指標(biāo)的變化趨勢(shì)隨著摻量的增多而更加顯著。其中，P-M對(duì)EP修補(bǔ)材料的增韌效果最為突出，E-（P-M）-25%的斷裂伸長(zhǎng)率高達(dá)196.56%，高于其他實(shí)驗(yàn)組別;

（2） PPG、P-M改性EP修補(bǔ)材料的黏度低于不改性EP的黏度，而PUP改性EP修補(bǔ)材料的黏度高于不改性EP的黏度，同時(shí)黏度達(dá)到60 000 MPa·s，所用的初凝時(shí)間也變得更短；

（3）利用PPG、PUP、P-M對(duì)EP進(jìn)行改性處理時(shí)均會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但3類改性劑對(duì)于EP的改性機(jī)理存在差異；

（4）當(dāng)P-M摻量介于10%～25%，向EP摻入P-M并未改變EP的熱性能；

（5）對(duì)EP修補(bǔ)材料的拉伸試樣進(jìn)行斷面SEM觀測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)拉伸式樣發(fā)生脆性斷裂，而在摻入P-M以后，可以發(fā)現(xiàn)P-M改性EP修補(bǔ)材料拉伸試樣發(fā)生韌性斷裂，并且試樣韌性隨著P-M摻量的增加而增強(qiáng)。

（下轉(zhuǎn)第97頁(yè)）

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