環(huán)氧樹脂砂漿耐酸腐蝕性能研究

吳珍珍，李禪禪

(1.陜西方信工程咨詢有限公司，陜西 漢中 723000；2.長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710064)

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環(huán)氧樹脂砂漿耐酸腐蝕性能研究

吳珍珍1，李禪禪2

(1.陜西方信工程咨詢有限公司，陜西 漢中 723000；2.長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710064)

為了減輕酸性物質(zhì)侵入水泥路面病害加重路面破壞程度，文章采用防腐效果較好的環(huán)氧樹脂與水泥基材料攪拌得到環(huán)氧樹脂砂漿。環(huán)氧樹脂砂漿在攪拌構(gòu)成中形成高分子薄膜包裹細(xì)集料，并與較粗集料向結(jié)合形成防腐網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。經(jīng)硫酸侵蝕表明，環(huán)氧砂漿不僅能夠維持較高的質(zhì)量和強(qiáng)度，還能提高環(huán)氧砂漿的質(zhì)量和強(qiáng)度，主要是因?yàn)樗崆诌^程中生成的難溶性CaSO4·2H2O附著于砂漿空隙、表面中提高環(huán)氧砂漿的質(zhì)量和強(qiáng)度。

環(huán)氧砂漿；酸堿侵蝕；耐久性

0 引言

近年來，由于交通量的加重和重載、超載車輛的增加，造成水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性病害日益加重[1]。尤其外界提供的酸性侵蝕環(huán)境更加重了水泥路面病害，造成路面整體破壞的現(xiàn)象頻繁發(fā)生，直接造成經(jīng)濟(jì)損失約30億

元[2]。環(huán)氧樹脂砂漿作為一種新型路面修補(bǔ)材料與普通水泥砂漿修補(bǔ)材料相比，具有更好的耐久性、抗彎拉強(qiáng)度和耐久性能等[3-4]。鐘世云等[5]研究了聚合物水泥砂漿酸侵后的微觀形貌，李祝龍等[6]探討了聚合物水泥砂漿底酸侵蝕后的性能，張宴清等[7]研究了不同濃度的鹽酸、硫酸、醋酸侵蝕后的性能和形貌。本文主要對(duì)不同配比的聚合物環(huán)氧砂漿酸侵后質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失進(jìn)行了分析研究。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料及配合比

E-51環(huán)氧樹脂(A)，環(huán)氧值0.51 mol/100 g；TF-30固化劑(B1)，胺值300±30 100 g/g，800 MPa·s(25 ℃)；TJ-500L(B2)，胺值500±30 100 g/g，710 MPa·s(25 ℃)；XY207(X)，環(huán)氧值0.28 mol/100 g，40 MPa·s(25 ℃)；水泥：P·O42.5；河沙：細(xì)度模數(shù)3.2；水泥/樹脂(C)、砂膠比(C)、級(jí)配(N)。為了能夠更好地研究集料級(jí)配類型是否對(duì)試件酸侵前、后的質(zhì)量和強(qiáng)度造成影響，本次環(huán)氧樹脂砂漿修補(bǔ)材料配比確定為A-B(30)，稀釋劑為主劑40%，灰油比C=1.5，砂膠比S=6，集料級(jí)配選用n=0.3、n=0.65兩種。

1.2 試驗(yàn)方法

按照《聚合物基復(fù)合材料》(CJ/T211-2005)規(guī)定成型40mm×40mm×160mm砂漿試塊，并將養(yǎng)護(hù)7d的試件浸泡于20%H2SO4溶液中12h，后將試塊沖洗掉表面碎粒、烘干后稱量砂漿試塊質(zhì)量，測(cè)試抗壓強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

浸泡于20%硫酸中的試塊表面產(chǎn)生大量氣泡，隨著浸泡時(shí)間延長(zhǎng)，氣泡數(shù)量減少，1d后各試塊表面出現(xiàn)了不同程度的脫皮現(xiàn)象，并在清洗過程中有酸性物質(zhì)從試塊中擠出。酸侵后測(cè)試各種配方環(huán)氧砂漿試件酸侵前后的質(zhì)量、強(qiáng)度變化，表征環(huán)氧砂漿的耐酸性能。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 酸侵前、后試塊質(zhì)量、強(qiáng)度對(duì)比表

注：表中“+”表示增加，“-”表示減少。

2.2 質(zhì)量變化分析

試塊質(zhì)量測(cè)試結(jié)果表明：酸侵后試塊質(zhì)量不但沒有減少，反而有不同程度的增加。這是因?yàn)樗崆治g初期水泥水化產(chǎn)物與H+發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出Ca2+，游離狀態(tài)的Ca2+與酸性溶液中的SO42-迅速反應(yīng)生成分散度較大的難溶性CaSO4·2H2O沉淀在砂漿試塊的表面，使得砂漿試塊質(zhì)量增加[8]。同時(shí)，在環(huán)氧樹脂小分子顆粒微集料復(fù)合效應(yīng)的作用下，使水泥砂漿內(nèi)部體系的次級(jí)配結(jié)構(gòu)更加合理，環(huán)氧樹脂固化后形成的高分子膜能夠包裹水泥水化產(chǎn)物，填充水泥砂漿空隙更加密實(shí)，進(jìn)而有效阻礙了酸性介質(zhì)和SO42-的滲入。有效防止了生成分散度較大的CaSO4·2H2O聚集在試塊內(nèi)部產(chǎn)生巨大的膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致試塊表面顆粒松動(dòng)、脫落從而導(dǎo)致表面蓬松脫皮[9]。

從表1可以看出，級(jí)配為0.3試塊酸侵后質(zhì)量的增加幅度要大于級(jí)配為0.65試塊酸侵后的質(zhì)量增加幅度。究其原因是：環(huán)氧樹脂砂漿材料組成中，礦料顆粒主要起骨架空隙結(jié)構(gòu)，其中小顆粒能夠填充于較大顆粒之間，在拌和過程中環(huán)氧樹脂起到了良好的潤(rùn)滑作用，較充分包裹小顆粒材料填充于較大顆粒之間，避免試件中大空隙的產(chǎn)生。由于級(jí)配為0.3的試塊孔隙率較級(jí)配為0.65的試塊孔隙率大(級(jí)配為0.3的孔隙率為40.7%，級(jí)配為0.65的孔隙率為38.6%[12])，因此級(jí)配為0.3的試塊就能吸納較多的分子量較大的難溶性CaSO4·2H2O，從而導(dǎo)致每組試塊質(zhì)量都有所增加且級(jí)配為0.3的試塊質(zhì)量增加較大。

2.3 強(qiáng)度變化分析

(a)酸侵前后抗折強(qiáng)度對(duì)比

(b)酸侵前后抗壓強(qiáng)度對(duì)比

由圖1酸侵前后的抗折、抗壓強(qiáng)度對(duì)比可以看出：酸侵前后環(huán)氧砂漿試塊均能保持較高的抗折、抗壓強(qiáng)度。這是因?yàn)樵诃h(huán)氧樹脂砂漿硬化前，樹脂膠粘劑具有潤(rùn)滑作用，賦予砂漿拌和物的流動(dòng)性，砂漿攪拌過程中環(huán)氧樹脂小分子聚合物能夠均勻包裹較小顆粒，聚合物與水泥水化物相互貫穿、交織在一起形成了空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終環(huán)氧樹脂交聯(lián)固化成膜包裹水泥及水泥水化產(chǎn)物表面，不但減少固體顆粒表面腐蝕程度，還增強(qiáng)了顆粒間的粘結(jié)強(qiáng)度，提高環(huán)氧砂漿試塊的強(qiáng)度。尤其是在酸性溶液濃度較低時(shí)，環(huán)氧樹脂對(duì)水泥砂漿強(qiáng)度和粘結(jié)性能的改善就更加明顯。級(jí)配為0.3的細(xì)料含量是級(jí)配0.65集料細(xì)集料的5倍以上，水泥-樹脂形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠把砂漿的空隙填充密實(shí)，較細(xì)集料與較粗集料的粘結(jié)效果更高、強(qiáng)度更高。未經(jīng)環(huán)氧樹脂包裹的水泥顆粒在較低濃度硫酸侵蝕后在試塊表面留下多孔網(wǎng)絡(luò)聚合物膜，生成的CaSO4·2H2O能夠充分滲透到多孔網(wǎng)絡(luò)聚合物中，減少酸性物質(zhì)對(duì)試件內(nèi)部的侵蝕，還起到保護(hù)試件內(nèi)部強(qiáng)度繼續(xù)發(fā)展的作用。

同時(shí)從圖1可以得出：酸侵后配方1、配方2試塊的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)效果比配方3和配方4試件顯著，在膠砂比、C/A及集料級(jí)配相同的情況下，環(huán)氧砂漿中B1固化劑的抗腐蝕效果優(yōu)于B2固化劑抗腐蝕性，其原因是B1固化劑不飽和碳15雙鍵的直鏈內(nèi)增韌效果提供了固化體系優(yōu)異的耐腐蝕性。從配方2和配方4的對(duì)比效果同樣可以看出。酸侵后配比1的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度增加量均大于配比2試塊的抗折、抗壓強(qiáng)度，這是因?yàn)椋涸谏皾{設(shè)計(jì)配比過程中配比1采用n=0.3，集料的空隙率為40.7%；配比2采用n=0.65，空隙率為38.6%。n=0.3的試件能夠吸納更多CaSO4·2H2O填充空隙，使砂漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)足夠密實(shí)，強(qiáng)度得以保持并繼續(xù)增加。從配方3與配方4試件強(qiáng)度的減少情況亦可看出。

3 結(jié)語

(1)環(huán)氧樹脂在攪拌時(shí)能夠包裹細(xì)集料填充于較粗集料空隙，形成網(wǎng)狀高分子保護(hù)薄膜，減少了酸性物質(zhì)侵蝕。級(jí)配越小，細(xì)集料越多，包裹越密實(shí)，強(qiáng)度越高，防酸侵效果也越好。

(2)環(huán)氧樹脂試塊浸泡于硫酸溶液中能生成難溶性CaSO4·2H2O，難溶性CaSO4·2H2O附著于試塊空隙和表面，不僅加重的試塊整體重量，還使試塊的強(qiáng)度得以增強(qiáng)。

(3)氧樹脂砂漿酸侵后能夠維持較高的抗折、抗壓強(qiáng)度，滿足交通開放時(shí)抗折強(qiáng)度為4.5MPa的要求，因此，環(huán)氧砂漿可以作為一種優(yōu)于普通水泥砂漿修補(bǔ)材料的新型路面修補(bǔ)材料。

[1]何健杰.水泥混凝土路面快速修補(bǔ)材料與工藝研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2006.

[2]張學(xué)元，韓恩厚，等.中國的酸雨對(duì)材料腐蝕的經(jīng)濟(jì)損失估算[J].中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，2002(5)：316-319.

[3]FOWLER W.Polymer in concrete：A vision for the 21stcentury[J].Cement and Concrete Composites，1999，21(5-6)：449-452.

[4]梁乃興.聚合物改性水泥混凝土[M].北京：人民交通出版社，1995.

[5]鐘世云，王培銘.聚合物改性砂漿和混凝土的微觀形貌[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2004，7(2)：168-173.

[6]李祝龍，梁乃興.聚合物水泥混凝土斷裂的分形特性[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，20(1)：20-22.

[7]張宴清.聚合物水泥砂漿的耐酸腐蝕性能[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2008(5)：505-509.

[8]陳拴發(fā)，胡長(zhǎng)順.公路結(jié)構(gòu)物水泥混凝土耐久性研究動(dòng)態(tài)[J].公路，2003(5)：122-127.

[9]楊 凱，劉 江，等.強(qiáng)酸性環(huán)境下砂漿性能變化研究[J].混凝土，2011(2)：113-115.

[10]D.W.Fowler.Polymer in Concrete：a Vision for the 21th Century[[C].Cement and Concrete Composites，1999，21(5/6)：1-5.

[11]楊 凱，周明凱，等.不同水泥砂漿的耐酸性研究[J].新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào).2011(2)：3-7，8.

[12]A.Bertrona，G.Escadeillas，J.Duchesne.Cement past-es alteration by liquid manure organic：Chemical and mineralogical characterization[J].Cement and Concrete Research.2004(34)：1823-1835.

Research on Acid Corrosion Resistance Performance of Epoxy Resin Mortar

WU Zhen-zhen1，LI Chan-chan2

(1.Shaanxi Fangxing Engineering Consulting Co.，Ltd.，Hanzhong，Shaanxi，723000；2.Chang’an University，Xi’an，Shaanxi，710064)

In order to reduce the further pavement damage by the intrusion of acidic substances into ce-ment pavement，this article used the epoxy resin with better anti-corrosion effect to obtain the epoxy resin mortar by stirring with cement-based materials.Epoxy resin mortar formed the polymer film to wrap the fine aggregate during the stirring，and formed the anti-corrosion network structure together with the coarse aggregates.As shown by sulfuric acid erosion，the epoxy mortar can not only maintain the higher quality and strength，but also can improve the quality and strength of epoxy mortar，mainly because the insoluble CaSO4·2H2O generated during the acid invasion is attached at the mortar voids and surface，which can improve the quality and strength of epoxy mortar.

Epoxy mortar；Acid and alkali erosion；Durability

吳珍珍(1990—)，助理工程師，從事土木工程預(yù)算與審計(jì)工作；

李禪禪(1989—)，碩士研究生，研究方向：道路建筑材料。

U416.21

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.11.005

1673-4874(2015)11-0024-03

2015-10-17