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MS-1085水下环氧固化剂特性及其应用

1、引 言
环氧树脂凭借其优良的力学性能、耐腐蚀性能，已广泛用于市政、交通、水电、核电、海洋、港口、文物、矿山等领域建筑物结构缺陷修补，以及不良地质体基础加固处理。然而，由于环氧固化剂分子结构上的极性基团容易与水发生反应，造成环氧产品发白、而严重影响其水下使用性能。对此，我国环氧树脂材料工程界，对环氧树脂材料改性研究工作一直在持续进行，特别是我国三峡工程的建设，进一步加快了环氧灌浆材料的研发进程，先后推出了SK、JX、798 、CW、HK等多款适应水下环境的改性环氧树脂系列产品，并取得了大量的工程应用成功实例。同样，MS-1085水下环氧固化剂及其水下环氧修补加固与防腐系列产品，也正是在工程实践中相继推出与不断创新的产品。本文将对MS-1085水下环氧固化剂主要技术性能及部分系列产品典型应用案例进行介绍，旨在让从事水下环氧材料应用的工程技术人员有一个全面认识与了解，同时也希望得到环氧树脂材料工程届专家们指导。
2、MS-1085水下环氧固化剂主要性能
MS-1085水下环氧固化剂，是利用分子结构设计原理，采用特殊原料和生产工艺，合成得到的一种特殊结构适应水下环境条件下使用的改性胺类常温环氧树脂固化剂。
2.1固化剂水下特性
作为水下环境条件下使用的MS-1085环氧树脂固化剂，水中不泛白，参入固化反应的活性基团在水下以及低温具有良好的反应活性，不受水的影响，MS-1085完全水下环氧固化剂在水下环境中极具穿透水膜能力而使得环氧树脂分子具有强烈的浸润粘结与固化性能，其固化物粘结固结强度同干燥环境下相比较保持率达到90%以上。
2.2产品主要指标
MS-1085水下环氧固化剂根据工程对强度、粘度、韧性、耐腐蚀性等要求不同，目前已形成A、B、C三个主要品种。产品主要指标见表2.2-1。

表2.2-1 MS-1085水下环氧固化剂产品主要指标
产品分组
外 观
胺 值
粘 度
（mPas 25°）
比 重
胶体水下钢-钢
剪切强度（MPa）
主要用途

MS-1085A
黄色黏稠液体
240-260
2500-3000
1.02-1.04
≧20
结构胶
MS-1085B
棕色黏稠液体
250-280
1200-1400
1.02-1.03
≧18
涂料
MS-1085C
浅黄色液体
220-240
700-800
1.03-1.04
≧18
砂浆、灌浆
注：根据交通部行业标准JT/T215-95水下胶粘剂技术要求和实验方法，国家建筑材料质量监督检验中心实测

2.3 主要理化性能
固化剂水中清澈透明明
与树脂混合后水下清澈透明
（1）具与水不发生反应，水中不泛白（见图）
（2）与环氧树脂混合：树脂+固化剂混合水下透明（见图）
（3）毒性低，（LD＞5000mg/kg）,固化物实际无毒
（4）水下环氧固化物：耐热、耐寒、耐腐蚀性能优异。
2.4 工艺操作性能
（1）环氧固化操作时间与凝胶时间可根据工艺要求可调；
（2）环氧产品夏季高温施工无爆聚，北方冬季低温施工时也能有效固化。
3、系列产品性能及工程案例
MS-1085完全水下环氧固化剂具有极大的配方设计灵活性和多样性。可根据工程需和工艺要求，添加不同的改性组分, 设计出针对性很强的最佳配方。目前MS-1085完全水下环氧固化剂配制的主要系列产品主要包括①建筑物结构缺陷水下环氧修补材料；②建筑物结构裂缝及不良地质体水下环氧加固与防渗灌浆材料；③水下环境下特种建筑结构环氧充填、粘结材料；④特殊腐蚀环境条件下建筑物水下环氧防腐材料。本文将结合目前经常所遇到的水下环氧修补与加固处理工程案例，分别对MS-1085水下环氧固化剂部分系列产品进行介绍。
3.1 MS-1086S水下环氧砂浆
3.1.1 产品配置与性能
水下环氧砂浆主要用于水下建筑物结构面损毁后的水下修补，理论上要求其修补后的粘结、抗压、抗剪等整体强度应等同或高于原结构强度。故此，MS-1086S水下环氧砂浆配制采用了1085C型水下环氧固化剂+改性低粘度环氧树脂+活性粉体等材料为主体配制而成。基本配方见表3.1-1，主要性能参数见表3.1-2。
表3.1-1 MS-1086S水下环氧砂浆配制表
A组分
B组分
改性环氧树脂
80-90 份
MS-1085C固化剂
50-55 份

活性稀释剂
5-15 份
填料
100 份
偶联剂
2 份

填料（石英砂、水泥）
450-500份

A:B=2:1 （质量比）

表3.1-2 MS-1086S水下环氧砂浆主要性能指标
检测项目
单位
实测性能指标

性

能
水下初固时间
h（25℃）
12
劈裂抗拉强度
MPa
6
抗压强度（7天）
MPa
75
抗压强度（3天）
MPa
48
抗折强度
MPa
15
水下与混凝土正拉粘结强度
MPa
3
注：福建田螺大桥施工现场抽样由福建建筑材料质量监督检验中心实测

3.1.2典型工程案例
桥基混凝土冲蚀面打磨处理后
混凝土冲蚀掏空
钢筋外露锈蚀
桩基混凝土冲蚀坑面清除打磨后
工程名称：福建高速夏白石、田螺等六座特大港湾大桥结构面修补。
工程特性：福建高速夏白石、田螺等六座特大港湾大桥，因海浪、台风冲击，船只碰刮，以及海水氯离子渗透腐蚀，造成桥墩承台和桩基混凝土出现掉落、冲蚀、腐蚀，钢筋外露锈蚀等病害，特别是潮差浪溅区极为严重；桩基水下部分也出现不同程度的掏空，严重危及大桥安全，具体参见照片。
工艺方法：
（1）一般冲蚀面修补处理

①桥墩承台和桩基混凝土表清淤打磨至完好混凝土后，采用水下环氧结构胶粘剂植入钢筋；②混凝土修补表面涂刷水下环氧界面粘结剂；③涂抹MS-1086S水下环氧砂浆。
（2）严重冲（淘）蚀水下孔洞处理
照片 混凝土表面MS-1086S完全水下环氧砂浆施工现场
①混凝土表面清淤打磨水下环氧砂浆植筋；②修补表面涂刷水下环氧界面粘结剂；③MS-1086S水下环氧砂浆由网兜装载，由潜水员水下直接填入孔洞（照片）。

修补效果：
2008年桥墩承台和桩基病害修复后（照片），经受多年海浪、台风冲击，以及海水腐蚀，修补后的区域，未出现脱落，桥墩承台和桩基结构保持完好。
照片MS-1086S完全水下环氧砂浆修补后状况

照片MS-1086S完全水下环氧砂浆修补后状况
3.2 MS-1087A水下环氧防腐涂料
3.2.1产品配置与性能
水下条件下使用的环氧防腐涂料，与干燥、潮湿条件下使用的防腐涂料区别很大，由于要求涂料在水下不流淌，不分散，能用常规的涂装手段如刷涂、辊涂、以及无气喷涂进行水下操作，并且具有良好的涂装性能，二次涂装后涂层厚度要求达到500-600um，并且涂料组份中不能含挥发性溶剂，能在常温水下条件实现完全固化，固化后的附着力、抗磨性能、柔韧
性以及防腐性能其它力学性能与干燥条件下相接近，满足重防腐涂料的性能指标。
根据以上特点要求，MS-1087A水下环氧防腐涂料采用MS-1085B水下环氧固化剂+改性环氧树脂+纳米钛复合防腐材料+润湿剂+消泡剂等配比而成。基本配方见表3.2 -1，主要性能指标见表3.2 -2。
表 3.2 -1 1087A水下无溶剂环氧厚浆纳米重防腐涂料基本配方
A组分
B组分
改性环氧树脂
45-60 份
MS-1085B固化剂
50-60 份
纳米钛合金粉
10-15 份
触变剂
适量
消泡剂
0.03 份
偶联剂
2 份
侵润剂
0.002 份

纳米钛复合填料
20-30 份

A:B=4:1（冬季3.5:1） （质量比）

表3.2 -2 MS-1087完全水下无溶剂环氧厚浆纳米复合重防腐涂料性能指标
序号
项目
单位
指标
1
浆液密度
g/㎝3
1.35-1.4
2
抗磨强度（6×10-5g/周）

1000
3
抗冲击力
kg·cm
﹥50
4
延伸率（ISO/R527）

3%
5
耐盐雾力4000小时
(标准B117)
无缺陷
6
耐酸碱力（10%溶液浸泡30d）

NaOH、NaCl、HCl 涂层无变化
水下钢结构防腐主要技术性能
类别
表面处理
涂层
代号
固体含量（%）
膜厚度(μm)
覆盖率(m2/kg)
粘结强度MPa

金属
去除表面油脂、附着物和污染物
第一层
1087A
100
200-300
3.-3.55
18
第二层
1087A
100
200-300
3.-3.55

总厚度

500-600

3.2.2 典型工程案例
工程名称：胜利油田东海石油开采平台防腐处理
平台钢桩水下部分及潮差区出现严重腐蚀
工程特性：胜利油田东海石油开采平台受海水、盐雾以及海洋生物的侵蚀，钢桩水下部分及潮差区平台的防腐保护涂层局部出现损坏（见图）。

工艺方法：
潜水员海水中喷涂作业情况
为保障石油开采海洋设施安全，采用MS-1087A水下环氧防腐涂料进行防腐涂装处理。先对钢桩进行清淤打磨处理，将海洋寄生物以及破落损坏涂层清除干净， 达到ST3级（见图），采用水下无气喷涂机进行水下钢桩涂装，潮差区采用人工涂装（见图），施工水温10℃，水下可涂装性能良好，水下附着力性能以及防腐性能优异。

处理效果：
防腐作业完工后，经水下对外表感观、喷涂厚度、粘附强度等项检查，质量全部达到设
计要求，目前防腐蚀保护良好，未见涂层剥落或鼓泡。

3.3 MS—1086E水下高渗环氧灌浆材料
3.3.1 产品性能
MS—1086E水下高渗环氧灌浆材料主要是针对饱水、致密、微渗透性不良地质体加固处理而专门研究推出的一种灌浆材料。MS—1086E水下高渗环氧灌浆材料具有粘度低、表面张力小、接触角小等优良的灌浆特性指标；灌浆施工无需丙酮赶水；在水下完全固化固结强度高；适用于混凝土结构细微渗水裂纹或饱水、致密、微渗透性不良地质体加固与防渗灌浆处理。
MS—1086E水下高渗环氧灌浆材料配方由MS-1085C水下环氧固化剂+改性环氧树脂+活性稀释剂+表面活性剂+促进剂等组分组成。基本配方见表3.3-1，浆液主要性能指标见3.3-2，不同配比可操作时间与凝胶时间关系曲线见图3.3-1。

表3.3-1 MS-1086E水下高渗透环氧灌浆材料配方表
A组分
B组分
改性环氧树脂
100-120 份
MS-1085C固化剂
55-80 份
活性稀释剂
150-80 份
偶联剂
4-5 份
表面活性剂
2-4 份

A:B=5:1 （质量比）

表3.3-2 MS-1086E水下高渗环氧灌浆材料主要性能指标
渗透能力
胶砂体力学性能（MPa）
cm/s
抗压强度
抗拉强度
抗剪强度
抗折强度
K=10-6-10-8
＞40
＞10
＞5
﹥10
密度
起始粘度
表面张力
接触角
初凝时间
g/cm³
mPa·s
mN/m
°
h
1.03±0.2
＜15
＜40
＜15
＞15（可调）

图3.3-1 不同配比与可操作时间、凝胶时间关系曲线

3.3.2 典型工程案例
工程名称：向家坝左岸坝肩挤压带补强灌浆试验
工程特性：处理对象主要为构造挤压带，碎屑结构，致密（干密度大于2.1 g/cm³，孔隙比小于0.25），微渗透（渗透系数10-5～10-6 cm/s），低强度（波速小于2500m/s），高渗压饱水（渗压大于0.5MPa）。
浆液配比：根据工程特性，浆液采用A:B=5:1配比，主要性能经第三方检测成果见表3.3-3。

表3.3-3 MS—1086E1水下高渗环氧浆液性能（A：B=5:1） （第三方检验成果 ）
序号
项目
单位
指标
1
浆液密度
g/㎝3
1.04
2
初始粘度
mPa·S
7.5
3
表面张力
mN/m
30
4
接触角
°
10
5
可操作时间
min
1448
6
抗压强度
MPa
55
7
拉伸剪切强度
MPa
6
8
抗拉强度
MPa
12
9
干粘结强度
MPa
3.2
10
湿粘结强度
MPa
3

工艺方法：“自下而上，双塞分段，微渗浸润”灌浆工艺
灌浆效果：
（1）检查孔取出的芯样完全成型，芯样层面、裂隙、孔隙明显见环氧胶结，挤压带结构基本改性为脉状或斑状环氧渗润复合体（见图），钻孔取样RQD大于95%；
（2）检查压水透水率为0；
检查孔取出的芯样完全成型，芯样层面、裂隙、孔隙明显见环氧胶结
（3）两检查孔疲劳对穿（孔间距1.0m）压水试验，72h1.2MPa压力流量稳定为0，渗透破坏坡降＞100。

4、结束语
MS-1085水下环氧固化剂是采用特殊材料和工艺改性合成，是水下性能优异的改性胺类固化剂，其配制环氧系列产品可广泛用于市政、交通、水电、核电、海洋、港口、文物、矿山等领域建筑物结构物表面缺陷修补、结构裂缝与不良地质体灌浆加固与防渗、特殊腐蚀环境下结构防腐等工程。MS-1085水下环氧固化剂配制的1087系列水下无溶剂环氧厚浆复合重防腐涂料获2013年国家科技部、财政部、商务部、质检总局、税务总局等五部委推广的国家级重点新产品。
然而，面对当今复杂多变的工程应用环境，如何根据不同工程对环氧树脂产品特殊要求, 及时对环氧树脂固化剂性能进行改进提升，同时对环氧产品材料配方和工艺技术进行优化，应是环氧树脂成功应用的技术关键,也是环氧树脂产品技术机密所在。故此，作为环氧树脂材料专业研究和生产单位，只有更深入了解和掌握环氧树脂及其固化剂、改性材料等反应机理，以及对环氧固化物结构与性能的影响，方能在环氧树脂工程应用中得心应手, 为市场提供更好的产品与技术服务。