无溶剂柔韧性环氧灌浆材料的研究.doc

无溶剂柔韧性环氧灌浆材料的研究全国中文核心期刊杆建巍无溶剂柔韧性环氧灌浆材料的研究杨霞,富珠峰上海建筑科学研究院(集团)有限公司,上海200032摘要:采用改性环氧树脂,配以活性稀释剂,柔性固化剂等制备了一种新型无溶剂柔韧性环氧灌浆材料,并对其浆液性能和固化物力学性能进行了研究.结果表明,在最佳配比时,环氧树脂灌浆材料浆液的黏度可调至110mPa?S左右,可操作时间90min,且固化物具有良好的柔韧性和力学性能,其断裂延伸率为9.8%,抗压强度为70MPa,抗拉强度为37.6MPa.关键词:环氧树脂;灌浆材料;柔韧性;无溶剂中图分类号:TV441-3文献标识码:A文章编号:1001702X(2011)07007603ResearchonflexiblesolventfreeepoxygroutingmaterialYANGXia,FUZhufengShanghaiResearchInstituteofBuildingSciences(Group)Co.Ltd.,Shanghai200032,ChinaAbstracts:Inthisstudy.anewkindofflexiblesolventfreeepoxygroutingmaterialwaspreparedbymixingmodifiedepoxyresinwithactivediluentsandflexiblecuringagent.Theperformanceofitsslurryandmechanicalpropertiesofcuringmaterialswerestudied.Theresultsshowedthatattheoptimumproportion,theslurrywithviscosityofabout110mPaSandtheoperationtimeof90minutesresultedincuringmaterialswithgoodflexibilityandmechanicalproperties.Itselongationisabout9.8%,thecompressivestrengthisabout70MPa,andthetensilestrengthisabout37.6MPa.Keywords:epoxy-resin;groutingmaterial;flexibility;solventfree目前,国内已经开发了一些高渗透性的改性环氧灌浆材料,解决了不少工程难题,但广泛采用糠醛一丙酮稀释体系,所用溶剂和固化剂多半有毒副作用,不符合环境标准.浆液固化前以及灌浆材料聚合物随着时间,环境等因素导致的老化,分解而形成的有害物质的扩散将会对环境造成一定的污染.此外,在实际工程中,对伸缩缝止水和混凝土活缝,变形缝补强防渗处理工程中需要具有弹性的化灌浆材,聚氨酯灌浆材料虽属于弹性材料,但黏度较大,可灌性受到限制,并且强度很低,施工后返工多,易在一段时间后再次出现渗漏水口.1.因此,应大力开发水性或无溶剂型环氧灌浆材料,同时加强环氧灌浆材料柔韧性的研究.本文主要采用活性稀释体系来降低环氧树脂黏度,使得体系无溶剂挥发,并以低黏度缩水甘油醚型柔韧性环氧树脂对其进行增韧改性,以自制柔性固化剂控制交联密度,在保证良好可灌性和力学性能的同时,使固化物具备一定的柔韧性.收稿13期:201102一l4作者简介:杨霞,女,1982年生,湖北潜江人,工程师.地址:上海市申富路568号5号楼306室,Email:.?76?新型建筑材料2011.71实验1.1原材料R一140环氧树脂,工业级,三井化学;0211柔韧性环氧树脂,常熟佳发;XY207(聚丙二醇二缩水甘油醚),AGE(C2烷基缩水甘油醚),BGE(丁基缩水甘油醚),安徽新远化工.固化剂:XY一593,安徽新远化工;G2(实验室自制);D一230(聚醚胺类),穗晔实业股份有限公司.1.2性能测试方法(1)黏度:按照GB/T2794一l995,用NDJ一1旋转黏度计测度浆液的黏度;(2)可操作时间:恒温条件下,用NDJ一1旋转黏度计测试浆液从初始黏度到黏度为200mPa?S的时间;(3)抗拉强度,粘结强度:按GBff2794-1995,用UTM5105型电子拉力试验机测试;(4)抗压强度:按照GBfr27941995,用TYE一300型压力机测试.l_3浆材配制在环氧树脂基体中加入稀释剂,增韧剂,补强剂,填料等杨霞,等:无溶剂柔韧性环氧灌浆材料的研究配制得到环氧灌浆材料A组分.在固化剂中加入促进剂,配制成B组分.将A,B组分按比例混合固化,在模具中浇铸成型.浆液的组成及配比见表1.表1浆液的组成及配比注:A组分的改性剂及稀释剂的质量份是占R一140的百分比,B组分的质量份是占A组份总量的百分比.2结果与讨论2.1稀释剂对环氧树脂黏度的影响本文研发的体系为无溶剂型,选用的稀释剂必须带有活性基团能参与后期的固化反应.AGE和BGE均为活性稀释剂,用其稀释R一140树脂,其用量及对应黏度见表2.从表2可见,随着稀释剂的加入,体系的黏度均不断下降.原因在于稀释剂的加入使R一140环氧树脂分子运动受到的阻力减小,运动能力变强,所以黏度逐渐变小.25下,R一140的黏度为2500mPa?S,当加入30%AGE稀释剂时,体系的黏度迅速下降到380mPa?S,而加入30%BGE时黏度下降到170mPa?s.BGE比AGE具有更好的稀释效果.原因在于AGE是C烷基缩水甘油醚,其分子中存在很长的碳链和双键,很容易发生分子链间的缠绕或交联而增加分子运动阻力,而表2A组分黏度与稀释剂用量的关系BGE相对于AGE来说分子较小,不易发生分子问的缠绕,所以稀释效果较好.但AGE的长碳链可赋予固化物一定柔性,且与树脂的相容性比BGE好.综合考虑,选择AGE作为研究的稀释剂.在灌浆过程中,要求浆液可灌性好,加入大量稀释剂能达到较小的黏度,但势必会使固化物的力学性能明显下降.因此,稀释剂掺量必须在黏度和力学性能之间找到一个平衡点.2.2柔韧性环氧树脂O211对环氧灌浆材料性能的影响为了提高环氧树脂的韧性,本研究采用低黏度的0211柔韧性环氧树脂对其进行增韧改性,其配方及性能见表3.表3不同环氧树脂固化物的性能对比从表3可以看出,R一140树脂与0211的比例在3:l时,强度不高;当比例扩大到4:1时,强度有很大的提高;但是比例在5:1时,强度又有所下降.其原因是R一140树脂与0211的比例在3:l时,0211树脂含量偏大,导致固化物偏韧性,强度较低;但当比例为5:l时,1t一140含量偏大,使得A组分的总环氧值提高,导致在相同固化剂用量下,固化反应不完全,机械性能都较低.因此,R一140与021l的比例为4:1时比较合适,且0211对环氧树脂有很好的稀释作用.2.3固化剂对环氧灌浆材料性能的影响2.3.1固化剂种类对环氧灌浆材料性能的影响在固化剂的选择上,本研究选用了2种固化剂,一种是改性胺类柔性固化剂XY一593,一种是改性腰果酚类固化剂G2,试验配方及对环氧灌浆材料性能的影响见表4.由表4可见,采用XY一593固化剂的固化物具有很好的柔韧性,其断裂延伸率为22.60%,但对强度影响很大,抗压强度和抗拉强度分别为28.7MPa和l8.0MPa,均不能达到JC/T1041-2007混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料标准要求.采用G2固化剂的固化物的断裂伸长率为5.65%.强度能达到行业标准的要求.采用XY-593固化剂的浆液黏度为250mPa?S,不具可灌性;采用G2固化剂的浆液黏度为145mPa,s,操作时间为80min,体系稳定且可灌性好.因此,G2是符合本文要NEWBUILDINGMATERIALS?77?杨霞,等:无溶剂柔韧性环氧灌浆材料的研究求的一种理想固化剂.表4不同固化剂对环氧灌浆材料性能的影响2.3.2固化剂用量对环氧灌浆材料性能的影响柔性环氧树脂2011用量25%,稀释剂AGE用量30%条件下,采用G2固化剂进行固化,固化剂用量对环氧灌浆材料性能的影响见表5.表5固化剂用量对环氧灌浆材料?性能的影响由表5可见,固化剂用量25%时,其浆液黏度较大,且强度达不到标准要求,主要原因是固化剂用量过少导致固化反应不完全,影响了固化物最终的力学性能.当固化剂用量为40%时,体系黏度突然增大且放热严重.当固化剂用量30%一35%时,浆液黏度和可操作时间均较理想,且其固化物的断裂延伸率都达到5%左右,具有一定的韧性,同时其强度也达到行业标准的要求.因此,固化剂的最佳用量为30%35%.2-4聚醚胺对改性环氧灌浆材料性能的影响聚醚防一种柔性固化剂,其固化物在低温时也具有较好柔韧性,耐冷热冲击性良好,且黏度非常小(仅9.4mPa?s).因此,本研究在试验中引入有较大柔性的聚醚胺类固化剂D一230与G2复配,以达到更低的黏度和更好的柔韧性,具体配方及性能见表6.D一230除了作为固化剂,同时可以作为固化剂组分的黏度调节剂,以降低整个体系的黏度,有利于灌浆.从力学性能的角度分析,在不添加D一230的时候,抗压和抗拉强度都较好,分别为68.7MPa和38.0MPa;当D一230掺量5%时,固化物的抗压强度和抗拉强度变化不明显,断裂延伸率有显着提?78?新型建筑材料2011.7表6不同聚醚胺含量环氧固化物的组成及性能高,且浆液黏度也降低到110mPa?S,可操作时间90rain;随着D一230掺量继续增大到10%时,力学性能很明显下降,抗压,抗拉强度分别仅为62.0MPa和l3.8MPa;当D一230的添加量增大到15%时,力学性能急剧下降,抗压和抗拉强度分别仅为19.8MPa和9.36MPa,断裂延伸率上升到81.09%,此时的固化物呈现出弹性体的状态,无使用价值.从上述实验可以看出,聚醚胺用量过大对力学性能有较大影响,所以应该控制添加量为5%,以保证浆液的可灌性和固化物的力学性能.3结论(1)0211柔性环氧树脂对R一140树脂有很好的增韧和稀释作用,其浆液性能和固化物力学性能基本达到JC/T1041-2007的要求.(2)采用自主研发的G2固化剂,用量为30份时,其浆液黏度为145mPa?S,可操作时间为117rain,体系稳定且可灌性好,是符合本研究要求的一种理想的固化剂.(3)聚醚胺固化剂掺量为5份时,环氧树脂灌浆材料浆液的黏度可调至110mPa?s左右,可操作时间90min,且固化物具有良好的柔韧性和力学性能,其断裂延伸率9.8%,抗压强度70MPa,抗拉强度37.6MPa.参考文献:1