【地坪网资讯】 王冬梅，陈佳宁，武梦笔，丁海媛
                     （天津市建筑材料科学研究所，天津300180）
    摘要：采用水性环氧树脂乳液和固化剂对水泥基灌浆材料进行改性，对水性环氧灌浆材料的力学性能、粘结性能、抗碳化性能以及氯离子渗透性能进行了研究。结果表明，改性后的水泥基水性环氧灌浆材料具有更好的力学性能、耐氯离子渗透和抗碳化性能。
    关键词：水性环氧树脂；固化剂；灌浆材料
    中图分类号：TV543+.6文献标识码：A文章编号：1001-702X（2011）10-0086-03
    水泥基灌浆材料已广泛应用于设备基础二次灌浆、地脚螺栓锚固、混凝土结构加固修补及防水抗渗等工程建筑中，但其抗折强度、耐腐蚀性能，特别是新老 混凝土的粘结强度不能很好地满足工程要求。国外20世纪60~70年代对水性环氧树脂的研究取得了较大的发展，主要应用方向之一为水性环氧改性水泥砂浆 [1]。目前，我国对水性环氧改性水泥砂浆进行了一定的研究，但对于水性环氧树脂改性水泥灌浆材料的研究还很少。本文利用水性环氧树脂和固化剂对水泥基灌 浆材料进行了改性，并对其力学性能、抗碳化性能以及氯离子渗透性能进行了研究。 
    1·试验
    1.1原材料
    水泥：P·O42.5水泥，唐山冀东水泥厂。砂：1.25 mm以下连续级配河砂，细度模数为1.8，含泥量1%。
    聚羧酸减水剂：苏州弗克。
    有机硅消泡剂：迪高。
    水性环氧树脂：H205A，上海汉中，乳白色，其主要性能指标见表1。
                
    水性环氧树脂固化剂：H205B，上海汉中，淡黄色，其主要性能指标见表2。
    1.2试验方法
    1.2.1搅拌方法
    采用JJ-5型水泥胶砂搅拌机进行搅拌，将水性环氧树脂和固化剂混合后加入消泡剂搅拌均匀，先把计量好的粉料加入搅拌机中，然后加入搅拌均匀的水性环氧树脂和固化剂乳液，搅拌180 s。
    1.2.2流动性和吸水率测试
    参考DL/T 5126—2001《聚合物改性水泥砂浆实验规程》进行测试。
    1.2.3抗压和抗折强度测试
    抗压强度和抗折强度采用40 mm×40 mm×160 mm试件，成型后放置在（20±2）℃的养护室中，用薄膜覆盖。24 h后拆模，保持养 护温度在（20±2）℃、相对湿度（50±5）%，继续养护27 d。参考DL/T 5126—2001进行抗压、抗折强度测试。
    1.2.4碳化深度测试
    用环氧树脂封闭养护28 d的40 mm×40 mm×160 mm的试块的两端和3个表面，然后放置在二氧化碳浓度5%，温度为30℃、相对湿 度为60%的碳化箱中28 d。从试块的正中间劈成两半，清除断面上的粉末，喷洒浓度为2%的酚酞酒精溶液，断面上紫色区域即为碳化区域。在碳化与未碳化 分界线上取5个点，测量其到边界的距离，取平均值作为碳化深度数值。
    1.2.5氯离子渗透深度测试
    把养护28 d的40 mm×40 mm×160 mm试块的两端和3个表面用环氧树脂进行封闭。在室温20℃下，把试块在2.5%的氯化钠溶液 中浸泡7 d，然后把试块从正中间劈成两半，清除断面上的粉末，在断面上喷洒0.1 mol/L的硝酸银溶液，显示白色区域即为氯离子渗入区域，在分界线 上取5个点，测量到边界的距离，取平均值作为氯离子渗透深度数值。
    1.2.6试验配比
    消泡剂掺量为水性环氧树脂的1%，水性环氧树脂与固化剂的质量比为2∶1，水泥、砂子、减水剂、膨胀剂的比例固定，依次增加水性环氧树脂的掺量，调节加水量，保持流动度为300 mm不变，试验配比见表3。
              
    2·结果和讨论
    2.1水性环氧树脂掺量对灌浆材料流动性的影响
    从表3可以看出，随着水性环氧树脂掺量的增加，水泥基水性环氧灌浆料在达到相同流动度的条件下，所需加水量逐渐减少。水性环氧树脂的乳胶粒径在 0.05～5μm，在复合材料体系中可起到滚珠的作用，又具有较高的表面活性，同时水性环氧树脂和固化剂具有较低的表面张力，从而具有一定的减水作用，使 复合材料达到相同的流动度所需要的水量有所减少。
    2.2水性环氧树脂掺量对灌浆材料抗压强度的影响（见图1）
             
    从图1可以看出，1 d时，随着水性环氧树脂掺量的增加，抗压强度逐渐降低。在灌浆材料中，水泥的水化反应和水性环氧树脂与固化剂的反应同步进 行，但水性环氧树脂和固化剂还没有完全反应，无法成为三维网络结构，导致早期强度均低于没有掺加水性环氧树脂的灌浆材料，而且随着环氧树脂掺量增加，抗压 强度同时降低[2]。
    3 d时，当水性环氧树脂掺量为5％～25％（与水泥的质量比，下同），灌浆材料的抗压强度随水性环氧树脂掺量的增加有所提高，水性环氧树脂掺量 为20%时，强度达到最大值，随着掺量进一步增大，抗压强度反而有所降低，但均低于没有掺加水性环氧树脂的灌浆材料。随着养护时间的增加，体系中水泥水化 的逐渐完成，水性环氧树脂和固化剂的反应比较充分，体系的抗压强度有所提高。
    28 d时，随着水性环氧树脂掺量的增大，灌浆材料的抗压强度提高，掺量为20%时，抗压强度最大，然后又有所降低。水性环氧树脂掺量为 5％～20％时，灌浆材料的抗压强度均高于没有掺加水性环氧树脂的灌浆材料。水性环氧树脂的粒径在0.05～5μm，在体系内既可起到滚珠的作用，又具有 较高的表面活性，具有一定的减水作用，能够提高灌浆材料的抗压强度。同时，随着水泥水化吸收水分，水性环氧树脂与固化剂逐渐反应形成三维连续的网状聚合物 膜结构。这种膜粘附于水泥水化产物、骨料表面，形成了空间连续的网状结构，从而形成为连续致密的结构。这种结构提高了界面过渡区的致密程度，提高了体系的 抗压强度，同时也减少了体系水分的挥发，使体系中水泥水化程度比没有掺加水性环氧树脂的灌浆材料有所增加，进一步提高了灌浆材料的抗压强度。但随着水性环 氧树脂掺量的增加，抗压强度有所降低，这是因为水性环氧树脂在体系中反应成膜后，如果掺量过大，会造成一定的富集现象，由于它的弹性模量低于水泥石和骨料 的弹性模量，导致体系抗压强度降低。
    2.3水性环氧树脂掺量对灌浆材料抗折强度的影响（见图2）
               
    从图2可以看出，1 d时，由于水性环氧树脂和固化剂还没有充分反应，所以体系的抗折强度随着水性环氧树脂掺量增加而降低，而3 d和28 d抗 折强度随水性环氧掺量增大逐渐增大。水性环氧树脂和固化剂加入体系中后，随着水泥水化吸收水分，水性环氧树脂和固化剂逐渐反应形成三维连续的网状聚合物膜 结构。这种结构中水性环氧树脂和固化剂反应形成的网膜结构穿透水泥石中的气孔、裂隙，穿梭连接，形成一个具有一定弹性的结构，既分散了应力集中，又增加了 抵抗变形能力[3]。即使在应力作用下产生裂隙，由于聚合物横跨裂纹而抑制裂纹的发展，因而提高了复合材料的断裂韧性、变形性和抗裂性，从而使抗折强度得 到很大的提高。
    2.4水性环氧树脂掺量对灌浆材料抗碳化性能及氯离子渗透性能的影响（见图3、图4）
             
    由图3可见，随着水性环氧树脂掺量的增加，灌浆材料的抗碳化性能得到极大的改善，水性环氧树脂掺量为25%时，灌浆材料的碳化深度仅为没有添加水性环氧树脂材料碳化深度的11.5%。
    由图4可见，随着水性环氧树脂掺量的增加，氯离子的渗透深度也逐渐降低，当水性环氧树脂掺量为25%时，氯离子渗透深度仅为没有加入水性环氧树脂 的29.6%。水性环氧树脂和固化剂完全反应所形成的网络结构贯穿整个灌浆材料体系，使得水泥骨料界面间得到充分的连接，同时也减少了体系的空隙，使灌浆 材料整体更加致密，提高了材料的抗碳化能力和抗氯离子渗透能力[4]。
    2.5水性环氧树脂掺量对灌浆材料吸水率的影响（见图5）
            
    从图5可以看出，随着水性环氧树脂掺量增大，灌浆材料的吸水率降低。水性环氧树脂的加入使得灌浆材料体系的空隙减少，从而使材料的吸水率降低[5]。这种性能使得水泥基水性环氧灌浆材料更加适合在潮湿环境下使用。
    3·结语
    经水性环氧树脂改性后的水泥基水性环氧灌浆材料具有更好的流动性能，使得施工性能得到了改善；同时具有更好的力学性能，更加适用于大型设备的锚 固，能够减缓大型设备震动的破坏，延长设备的使用寿命；水泥基水性环氧灌浆材料具有更好的抗碳化能力和氯离子渗透性能，适合在有一定防腐要求条件下的灌浆 工程使用。
    水泥基水性环氧灌浆材料不但在力学性能和耐腐蚀性能上比水泥灌浆材料更加优越，同时也具有对环境无污染、施工方便、可以在潮湿情况下使用的优点。
参考文献：
[1]孟祥铃，高延敏.水性环氧树脂研究进展[J].材料科学导报，2006，20（7）：384-387.
[2]杨相玺，程贤.水性环氧树脂改性水泥砂浆性能的研究[J].西安工程科技学院学报，2007，21（6）：787-791.
[3]黄政宇，田甜.水性环氧树脂乳液改性水泥砂浆性能的研究[J].国外建材科技，2007，28（1）：20-23.
[4]钟世云，袁华.聚合物在混凝土中的应用[M].北京：化学工业出版社，2003.
[5]张义顺，朱伶俐.聚合物改性防水干混砂浆的试验研究[J].混凝土，2006（10）：85-89.