混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料的研究.pdf

钎 建蟓 中 国 科 技 核 心 期 刊 混凝士裂缝用环氧树腊灌浆材料的研究 王冬 z ， 3 ， 方绪顺 ， 石明建 ， 一 ， 黄国泓 1 , 2 , 3祝烨然 “ 。 ( 1 南京水利科学研究院 ， 江苏 南京2 1 0 0 2 4 ； 2 南京瑞迪高新技术有限公司， 江苏 南京2 1 1 1 6 1 ； 3 江苏省水工新材料工程技术研究 中心 ， 江 苏 南京2 1 0 0 2 4 ) 摘 要： 利用含环氧基酚基树脂 H Y对双酚 A环氧树脂进行改性， 以自制含酚羟基、 胺类活泼氢、 酚醛及较多醚键骨架结构的改 性 聚醚胺 A s为固化剂， 加入活性稀释剂丁基缩水甘油醚( 5 0 1 ) ， 制备高性能环氧灌浆材料 。该环氧灌浆材料 的初始黏度为1 1 0mP a s ， 可操作时间为 1 3 0 r a i n ， 固化体 2 8 d 抗压、 抗剪、 抗拉、 干( 湿) 面粘结强度及抗渗性能均符合 J C T1 0 4 1 -2 0 0 7 凝土裂缝用环氧树 脂灌浆材料 对 型 固化体 的技 术性能要求。 关键词 ： 混凝土裂缝； 环氧； 灌浆 中图分 类号 ： T U 4 7 2 5 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 5 ) 0 7 0 0 6 9 0 4 S t u d y o n e p o x y g r o u t i n g r e s i n f o r c o n c r e t e c r a c k WAN G D 0 n ， F A NG X u s h u n ， S H1 Mi n g fia n 2 , 3 , HU A NG G u o h o n ， Z HU Y e r a n 。 ( 1 N a n j i n g H y d r a u l i c R e s e a r c h I n s t i t u t e ， N a mi n g 2 1 0 0 2 4 ， J i a n g s u ， C h i n a ： 2 N a n j i n g R &D Hi g h ,- t e c h C o L t d ， N a mi n g 2 1 1 1 6 1 ， J i a n g s u ， C h i n a ； 3 J i a n g s u H y d r a u l i c P r o j e c t N e w Ma t e r i a l E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y R e s e a r c h C e n t e r ， N a mi n g 2 1 0 0 2 4 ， J i a n g s u ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： H i g h p e r f o r ma n c e e p o x y g r o u t i n g ma t e ri a l w a s p r e p a r e d b y b i s p h e n o l A e p o x y r e s i n mo d i fi e d b y HY mo l e c u l a r c o n t a i n i n g p h e n o l i c e p o x y r e s i n ， wi t h mo d i fie d AS c u rin g c o n t a i n i n g p h e n o l h y d r o x y l g r o u p， a mi n e o f a c t i v e h y d r o g e n ， p h e n o l i c a n d mo r e e t h e r b o n d s k e l e t o n s t r u c t u r e a s c u ri ng a g e n t ， a n d a d d i n g r e a c t i v e d i l u e n t b u t y l g l y c i d y l e t h e r ( 5 01 ) T h i s e p o x y g r o u t i n g ma t e ria l h a s i n i t i a l v i s c o s i t y o f i 1 0mP a S ， t h e o p e r a t i o n a l t i me r e a c h e s 1 3 0mi n ， 2 8 c o mp r e s s i v e ， s h e ar， t e n s i l e， d r y( we t ) s u rfa c e b o n d s t r e n g t h a n d p e r me a b i l it y r e s i s t a n c e p e rf o rm a n c e s of s o l i d i fie d b o d y me e t t he t e c h n i c a l r e q u i r e me n t s o f t y p e 1I s o l i d i f i e d b o d y a s s p e c i fie d i n s t a n d ard J C T 1 0 41 - 2 0 0 7 ” Ep o x y q r o u t i n g r e s i n f o r c o n c r e t e c r a c k ” Ke y wor ds ： c o n c r e t e c r a c k ， e p o x y， g r o ut 。 混凝土是当今应用量最大的一种建筑材料，它最大的缺 点就是容易出现裂缝， 近年来的研究表明， 混凝土结构裂缝的 发展是造成建筑物破坏、 倒塌、 报废的主要原因， 因此对混凝 土结构裂缝的修补越来越受关注 1 j 。 环氧树脂灌浆材料作为一种补强、 固结灌浆材料在国内 外己得到广泛应用， 对于处理因各种原因造成的混凝土建筑 物开裂等缺陷发挥了一定的作用。 近年来， 很多地方应用环氧 树脂灌浆材料处理地震后混凝土建筑物缺陷，也收到了很好 的效果田 。 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 2 2 6 作者 简介 ： 王冬 ， 女 ， 1 9 7 3年生 ， 黑龙江宝清 人 ， 高级工程 师 ， 主 要从 事混凝土外加剂研究开发工作。地址 ： 南京市虎踞关路 3 4号 ， E ma i l ： d wan g nh r i e n。 目 前， 环氧灌浆材料毒性大、 黏度大、 收缩变形率大、 耐水 性能差等性能特点限制了它在细微裂缝、 变形裂缝及潮湿或 水下环境裂缝修补工程中的应用 3 1 。本研究拟开发一种无毒、 无挥发、 黏度小、 韧性好并能应用于潮湿及水下工程的高性能 环氧灌浆材料， 试验通过采用改性环氧树脂、 改性低毒或无毒 固化剂、 无溶剂的活性稀释剂体系实现。 1 原材料及试验仪器 1 1 原 材料 双酚A环氧树脂， N P E L 一 1 2 7 ， 工业级， 南亚电子材料有 限公司生产； 含环氧基酚基树脂( H Y ) ， 工业级， 市售； 直链脂 肪族多胺( D E T A ) 、 端胺基聚醚( D 2 3 0 ) 、 丙酮， 分析纯； 改性聚 酰胺( D 5 0 6 9 ) 、 改性聚醚胺( A S ) ， 自 制； 丁基缩水甘油醚( 5 0 1 ) ， 工业级， 常州优锐高分子材料有限公司； L-醇二缩水甘油醚 N E W BUI L DI NG MAT E RI AL S 6 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王冬， 等： 混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料的研究 ( 6 6 9 ) ， 工业级， 上海如发化工科技有限公司； 2 ， 4 ， 6 一 三【 二甲 氨基 ( 甲基) 】 苯酚( D M P 一 3 0 ) ， 工业级， 常州山峰化工有限公 司。部分原材料的技术参数见表 l 表3 。 表 1 环氧树脂的技术参数 D E T A 无色透 明液体 D 2 3 0 无色至浅黄色略见浑浊 D 5 0 6 9 浅黄一 棕色透 明粘稠液体 A S 浅黄色透明液体 5 9 1 5 O 8 O9 5 4 09 48 1 01 8 0 9 56 1 2 试验仪器 N D J 一 1 旋转黏度计， 上海舜宇恒平科学仪器有限； A L l 0 4 电子天平， 梅特勒一 托利多( 上海) 公司； K G D W型高低温交 变湿热试验箱， 苏州诺微尔电子科技有限公司； 2 0 K N微机控 制电子万能试验机， 深圳三思纵横科技股份有限公司。 2 试验结果与讨论 2 1 环氧树脂改性 优良的黏度和力学性能是环氧灌浆材料在灌注微细裂缝 工程中应用的重要前提。 双酚A环氧树脂黏度偏大不利于灌 注， 试验选用含环氧基酚基树脂H Y对其复配改性。 试验室温 2 3 ， 在其它配比一致的条件下进行， H Y含量对环氧树脂黏 度的 影响 见图l ， 对固 化体2 8 d 力学性能的 影响见图2 。 图 1 HY含量对混合树脂黏度的影响 7 0 新型建筑材料 2 0 1 5 7 0 1 0 2 0 3 O 4 0 5 0 6 0 H Y 含量 图2 H Y含量对固化体力学性能的影响 由图1 可知， 随着H Y含量的增加， 混合树脂的黏度呈下 降趋势， 并且在H Y含量为6 0 时， 混合树脂黏度基本趋于稳 定， 已接近纯树脂H Y的黏度。 由图2 可知， 随着H Y含量的不断增加， 固化体的压缩强 度和拉伸强度均呈先升后降趋势， 并且在H Y含量为 3 0 时 强度最高； 当H Y含量为6 0 时固化体的力学性能较差。 分析 原因应为H Y的分子中含有低线性结构， 能有效降低环氧树 脂的空间位阻， 故适量的F l Y能使改性环氧树脂获得较好的 空间 排列， 从而增 大体系的 交联密 度。 当H Y 含量大 于3 0 时， H Y含量越多环氧树脂的有效含量越低， 相应体系的交联密 度下降， 故最终力学性能变差。 综合黏度与力学性能考虑， 选择H Y取代双酚A环氧树 脂含量在3 0 4 0 时较为适宜。 2 2 固化剂改性 传统脂肪多胺固化剂价格便宜， 但毒性大、 反应剧烈、 固 化物脆性大； 聚醚胺固化剂强度高、 韧性好， 但固化时间长、 价 格较贵。 试验选用自 制改性聚醚胺 A S 、 自制改性聚酰胺 D 5 0 6 9 、 直链脂肪族多胺D E T A和端胺基聚醚胺D 2 3 0固化剂进行性 能对比。 试验室温2 3 ， 其它配比一致条件下进行， 设计了4 组配方见表4 ， 不同固化剂对浆料黏度、 固化体2 8 d 力学性能 及固化体2 8 d 干、 湿粘结强度的影响分别见图3 一 图5 。 表 4 不同固化剂对比试验配方 注： 环氧树 脂为： m( N P E L - 1 2 7 ) ：m( H Y) = 7 ： 3 。 由图3 可知， 在环氧树脂和稀释剂相同条件下， 4 种固化 剂对浆液初始黏度影响大小顺序为D E T A D 5 0 6 9 D 2 3 0 - A S 。 使用 D E T A固化剂浆液 3 0 m i n内黏度增长最大， 其次为 鱼 骥晕 勰 踮 日 垒 骥姆 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王冬， 等： 混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料的研究 图 3 不 同固化剂对浆料黏度的影响 口 压缩强度 _ l K1 K2 K3 K 4 图 4 不同固化剂对固化体力学性能的影响 图 5不同固化剂对固化体粘结强度的影响 D 5 0 6 9固化剂， 使用D 2 3 0 和A S固化剂的浆液黏度基本无变 化。 分析原因应为D E T A固化剂早期反应活性大， 放热量多， 因 此浆液黏度上升也较快， D 2 3 0 和A S 固化剂为低放热量固化 剂， 反应活性低， 固化时间长， 因此浆液早期黏度基本无变化。 由图4 可知，使用4 种固化剂的固化体力学性能都较优 异， 其 0 D 5 0 6 9固化体压缩强度最高， 2 8 d 压缩强度可达8 7 4 M P a ： D 2 3 0固化体拉伸强度最高， 2 8 d拉伸强度可达5 4 2 M P a 。而自 制的A S 固化体2 8 d 压缩强度和拉伸强度综合性 能最优。 分析原因为： A S 固化剂的酚羟基、 胺类活泼氢和酚醛 骨架结构， 提高了固化反应速度， 极易形成高度网状交联结 构， 且具有的柔性醚键较多， 因此， 固化体不仅压缩强度好， 韧 性也高。 由图5 可知， 自制改性A S 、 D 5 0 6 9固化剂配制的浆液在 干燥面和潮湿面粘结强度明显较高， A S固化剂性能更好， 2 8 d 干、 湿粘结强度分别达6 9 M P a 、 2 8 M P a 。 可见A S固化剂有较 多的醚键易形成氢键有助于提高粘结强度， 其疏水烷基链利 用表层水分离出活性胺进行固化也增加浆液在潮湿面中的稳 定性与粘结强度。 综合以上测试结果， 自制改性聚醚胺 A S固化剂的综合 性能最优。 2 - 3 稀释剂的选择 用糖醛一 丙酮作为混合稀释剂的环氧树脂浆液在我国采 用较广。 但该体系缺点在于糠醛是一种毒性大、 易挥发的化工 原料，浆材配制过程中会对施工人员和周围的环境造成很大 的危害。 试验选用非活性稀释剂丙酮、 活性稀释剂丁基缩水甘油 醚( 5 0 1 ) 和乙二醇二缩水甘油醚( 6 6 9 ) 3 种稀释剂。试验室温 2 3 ， 在其它配比一致条件下进行， 稀释剂用量为环氧树脂 质量的 1 5 ， 不同稀释剂对浆料黏度的影响见图6 ， 对固化体 压缩强度的影响见图7 ， 2 8 d固化体体积变化情况见表5 。 4 0 0 3 5 0 3 00 25 0 童2 0 0 15 0 棵 1 0 0 5 0 0 图6 不同稀释剂对浆料黏度的影响 5 0 1 丙酮 图 7 不同稀释剂对 固化体压缩强度的影响 由图6 可知， 相同掺量的稀释剂对浆液黏度降低作用大 小依次为： 丙酮 5 0 1 6 6 9 其中使用丙酮和5 0 1 稀释剂浆液 初始和3 0 m i n 黏度都可控制在2 0 0 m P a S 以内。 由图7 可见， 3 种稀释剂在 1 5 掺量时， 非活性稀释剂丙 酮配制的固化体 1 4 d 、 2 8 d 压缩强度仅为其它活性稀释剂固 化体的3 0 左右， 说明非活性稀释剂丙酮对固化体压缩强度 影响很大； 活性稀释剂6 6 9 和5 0 1 配制的固化体1 4 d 、 2 8 d 压 缩强度分别大于5 0 M P a 和7 0 M P a ， 可见选用环氧基低分子 质量环氧化合物作为活性稀释剂， 不但能大大降低浆液初始 黏度， 还参与环氧树脂固化反应， 对固化物力学性能影响不大。 稀释剂5 0 1 较6 6 9 对浆液稀释性能更强； 稀释剂6 6 9 较5 0 1 N E W BUI L DI NG M AT ERI AL S 71 伽 l耄 咖 啪 咖 瑚 枷 喜 ； 伽 季 ； 踮 ；2 =暑 嘶 弱 ：5 垒 髓 隈 5 ； 加 如 加 0 垒 酿姆旧 8 7 6 5 4 3 2 1 0 日 垦 黑船摆 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王冬， 等： 混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料的研究 力学性能更优。 表 5 2 8 d固化体体积变化情况 由表5 可见， 相同稀释剂掺量情况下， 活性稀释剂配制的 固化体2 8 d 体积变化率为 1 左右，而非活性稀释剂丙酮配 制的固化体2 8 d 体积变化率可达 1 5 _ 3 ， 分析原因为非活性 稀释剂未掺与固化反应， 浆体黏度较小， 固化时间长， 丙酮挥 发造成固化体体积改变； 活性稀释剂固化体积稳定性较好， 适 宜配制高性能环氧灌浆材料。 综合以 上试验结果可知， 活性稀释剂5 0 1 在浆液黏 度、 可 操作性和压缩强度性能上相对综合性能最优。 3 产品性能 通过以上试验，确定混凝土裂缝修补高性能环氧灌浆材 料的配方见表6 。将按表6 配方制备的环氧树脂灌浆料参照 J C 厂 I 1 l 0 4 l 一2 0 0 7 混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料 进行测 试， 固化体2 8 d 性能测试结果见7 。 表 6 环氧树脂灌浆材料的优化配方 g 表 7 环氧灌浆材料的性 能测试结果 项目 测试结 果 项目 测试 结果 浆液 密度 ( g c m 3 ) 1 1 3 压缩强度 MP a 7 8 2 初始黏度， ( mP a s ) l 1 0 拉伸剪切强度 MP a 1 2 8 可操作时间 r a i n 1 3 0 抗拉强度 MP a 2 6 8 抗渗压力 MP a 1 6 粘结强度 干粘结 6 6 渗透压力比， 4 0 0 MP a 湿粘结 2 7 4 结论 以 H Y改性双酚A环氧树脂，加入1 5 的活性稀释剂5 0 1 ， 制得环氧灌浆材料A组份； 以含有酚羟基、 胺类活泼氢、 酚醛 及较多醚键骨架结构的改性固化剂A S 作为环氧灌浆材料 B 组份； 当A 、 B组份质量比约为 1 ： 0 3 5时， 配制的环氧灌浆材 料初始黏度为 1 1 0 m P a - s ， 可操作时间为1 3 0 m i n ， 固化体2 8 d 抗压、 抗剪、 抗拉、 干( 湿) 面粘结强度及抗渗性能均符合J C T 1 0 4 1 -2 0 0 7 对 型固化体的技术性能要求。 参考文献 ： 【 1 熊进 ， 祝 红， 董建军 长江三峡工程 灌浆技术研 究 M 北京 ： 中 国 水利水 电出版社 ， 2 0 0 3 2 桌尚木， 季直仓， 卓昌志 钢筋砼结构事故分析与加固【 M 】 北京： 中国建筑 工业出版社 ， 1 9 9 7 3 徐 宇亮， 杨元龙 ， 于方 一种 新型环氧 灌浆材料 的制备 及性 能研 究【 J 中国建筑防水， 2 0 1 4 ( 4 ) ： 1 2 1 5 A ( 上接 第 6 8页) 宽度不小于 1 0 c m的方式相互连接延伸，在固定用的塑料钉 背面以大于其直径 1 c m的导水毡以氯丁胶粘结塑料钉背部 及导水毡， 构成防水基层。 3 2 防水层施工 施工时先将导水毡挂在防水基面， 再喷涂防水层， 当喷涂 防水层时由于防水材料具有较强的渗透性，整个防水材料易 将导水层完全浸润，一旦防水材料将导水毡完全浸润会封住 导水毡之间的输水空间， 破坏导水毡的输水作用， 为防止防水 材料完全浸润导水层而使导水层失去导水作用先在导水毡上 喷涂一层促凝剂。在防水层施工时， A 、 B组份分别从双枪喷 出，溶液在空中雾化混合，喷涂到已预喷好促凝剂的导水毡 上。 由于导水层上已有部分促凝剂， 因此防水材料不能完全浸 润到导水层中， 只在导水层表面凝固或浸润部分导水层， 防水 材料部分浸润到导水层表层固化，而不会影响导水毡的导水 功能。增加防水材料与导水层间的接触， 保证了附着力， 同时 7 2 新型建筑材料 2 0 1 5 7 由于速凝防水材料与导水层合为一体，提高了防水材料防水 层的强度。该防排结合的防水方式具有防水和导水的双重功 能， 施工更高效稳定， 实现真正的无缝搭接， 使防水更完整可 靠。 4 结语 无缝搭接喷涂速凝防水材料兼具导水与防水的功能， 具 有施工便捷、 整体无缝、 强度较单独喷涂速凝防水材料高的优 点， 适用于隧道、 涵洞防水工程中。 参考文献 ： 【 1 F e n n e r H F C h e mi c a l s f o r t u n n e l w a t e r p r o o f i n g C S a l a m A b d e l T u n n e l l i n g a n d Gr o u n d 6 41 6 5 2 【 2 姜伟 喷涂速凝橡胶防水涂料的特性及应用 J 新型建筑材料 2 0 1 2 ( 1 0 ) ： 6 0 6 3 A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m