低溫環(huán)境下混凝土裂縫修復(fù)環(huán)氧膠粘劑的研究

馮李，田甜

（湖南三一工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410000）

0 引言

裂縫是混凝土病害最普遍的表現(xiàn)形式， 裂縫的存在會(huì)加速混凝土的劣化，并加劇鋼筋銹蝕，顯著降低混凝土結(jié)構(gòu)的整體性， 大幅縮短建筑物的使用壽命，甚至?xí){到建筑物的使用安全。

裂縫灌漿是混凝土裂縫修復(fù)中效果最好、應(yīng)用范圍最廣的一種方法，其主要用于混凝土深層及貫穿裂縫的修補(bǔ)。采用環(huán)氧樹脂灌漿材料修補(bǔ)混凝土裂縫已有幾十年的歷史，國內(nèi)外已有許多企業(yè)生產(chǎn)系列環(huán)氧樹脂灌漿材料，應(yīng)用技術(shù)也趨于成熟。 但隨著溫度的降低，環(huán)氧樹脂灌漿材料的黏度也會(huì)逐漸升高，導(dǎo)致在冬季低溫情況下（＜10 ℃）裂縫修復(fù)膠的施工性能變差，尤其是對于寬度為0.2 mm 以下的裂縫，注膠施工會(huì)變得十分困難。 為降低膠液黏度，一般會(huì)采用摻入稀釋劑的方法，但隨著摻入量的增加，固化產(chǎn)物的力學(xué)強(qiáng)度會(huì)大幅下降，最終導(dǎo)致無法達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)加固的目的。 綜上所述，研究低溫環(huán)境下具有低黏度的混凝土裂縫修復(fù)膠是非常有意義的。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原材料

環(huán)氧樹脂（雙酚A 型，牌號(hào)NPEL128）、環(huán)氧樹脂（雙酚F 型，牌號(hào)NPEF170），工業(yè)級(jí)，南亞環(huán)氧樹脂公司；低黏度高活性環(huán)氧樹脂（H1），自制；稀釋劑（牌號(hào)LS748、LS501、LS692、LS678），工業(yè)級(jí)，湖北綠色家園；稀釋劑（牌號(hào)：XY636），工業(yè)級(jí)，安徽新遠(yuǎn)；偶聯(lián)劑（牌號(hào)KH560），工業(yè)級(jí)，武漢華倫；固化劑（G1 改性脂環(huán)胺），自制；固化劑（G2 改性脂肪胺，G3 脂環(huán)胺，G4 改性酚醛胺，G5 聚醚胺），工業(yè)級(jí)，市售。

1.2 試驗(yàn)儀器

NDJ-1(指針式) 旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，上海高致精密儀器有限公司；電子天平，奧豪斯儀器(上海)有限公司；電子萬能試驗(yàn)機(jī)（20 kN），上海華龍測試儀器股份有限公司。

1.3 材料配制

（1）A 組分配制：將環(huán)氧樹脂、稀釋劑、偶聯(lián)劑按一定比例混合，攪拌均勻后脫泡靜置待用。

（2）B 組分配制：將固化劑、消泡劑、促進(jìn)劑按一定比例混合，攪拌均勻后脫泡靜置待用。

（3）使用時(shí)，將A、B 組分按計(jì)算配比摻加到容器中，攪拌均勻。

1.4 測定與表征

（1）黏度：參照GB/T 2794—2022《膠黏黏度的測定》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，測試溫度為（23±1）℃和（5±1）℃。

（2）適用期：參照GB/T 7123.1—2015《多組分段粘劑可操作時(shí)間的測定》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，測試溫度為（23±1）℃和（5±1）℃。

（3）拉伸強(qiáng)度與壓縮強(qiáng)度：參照GB/T 2567—2022《樹脂澆筑體性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，養(yǎng)護(hù)條件23 ℃/7 d。

（4）鋼與干態(tài)混凝土正拉粘結(jié)強(qiáng)度：參照GB 50728—2011 《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)中附錄G 進(jìn)行測試，養(yǎng)護(hù)條件23 ℃/7 d。

2 結(jié)果與討論

2.1 環(huán)氧樹脂

選用了NPEL128、NPEF170 及H1 三種環(huán)氧樹脂進(jìn)行試驗(yàn)， 其中NPEL128 屬于雙酚A 型環(huán)氧樹脂，NPEF170 屬于雙酚F 型環(huán)氧樹脂，H1 屬于低黏度高活性環(huán)氧樹脂。雙酚A 型環(huán)氧樹脂NPEL128 的原材料容易獲取， 材料成本在三種環(huán)氧樹脂中最為低廉，因而在建筑膠粘劑產(chǎn)品中用量最大，應(yīng)用范圍最廣。雙酚F 型環(huán)氧樹脂NPEL170 也是一種常用環(huán)氧樹脂，能有效地降低環(huán)氧樹脂的黏度。 H1 低黏度高活性環(huán)氧樹脂是一種經(jīng)過了改性， 大幅降低了自身黏度的環(huán)氧樹脂， 同時(shí)由于引入了高活性的官能團(tuán)，所以其在低溫環(huán)境下能夠更好地進(jìn)行反應(yīng)。

2.1.1 環(huán)氧樹脂對體系黏度的影響

黏度試驗(yàn)均在23 ℃下進(jìn)行測試， 測試結(jié)果如表1 所示。

表1 不同環(huán)氧樹脂對黏度的影響單位：mPa·s

從表1 可以得知，NPEL128 樹脂的黏度最大，H1 自制樹脂的黏度僅為800 mPa·s， 不到NPEL128 樹脂的十分之一， 適合用于灌漿材料的配制，但須綜合考慮其力學(xué)性能后再做評(píng)價(jià)。

2.1.2 環(huán)氧樹脂對固化產(chǎn)物力學(xué)強(qiáng)度的影響

固定其他實(shí)驗(yàn)條件不變，環(huán)氧樹脂的選擇對固化產(chǎn)物力學(xué)強(qiáng)度的影響如表2 所示。

表2 不同環(huán)氧樹脂對力學(xué)性能的影響

從表2 可知， 雙酚F 型環(huán)氧樹脂NPEF170 與雙酚A 型環(huán)氧樹脂NPEL128 相比，其力學(xué)性能較接近，且黏度僅為雙酚A 環(huán)氧樹脂NPEL128 的1/4，這可以有效降低整個(gè)環(huán)氧體系的黏度。低黏度高活性環(huán)氧樹脂H1 的力學(xué)性能雖然相對于其他兩種環(huán)氧樹脂偏低， 但其力學(xué)性能下降幅度并不大，仍表現(xiàn)出較好的力學(xué)性能。

綜合考慮不同環(huán)氧樹脂的黏度與力學(xué)性能，認(rèn)為低黏度高活性環(huán)氧樹脂H1 更適宜用于低溫環(huán)境下低黏度環(huán)氧膠粘劑的制備，所以，后續(xù)試驗(yàn)主體樹脂均使用低黏度高活性環(huán)氧樹脂H1。

2.2 稀釋劑

由于H1 環(huán)氧樹脂黏度仍較大，尤其在低溫環(huán)境下，黏度會(huì)上升較明顯，無法滿足對微細(xì)、深層裂縫的灌縫要求，因此需摻入稀釋劑降低環(huán)氧膠粘劑體系的黏度，改善膠液的施工性能。

選用了五種不同種類的活性稀釋劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，其中LS748（碳十二至十四烷基縮水甘油醚）、LS501（丁基縮水甘油醚）和LS692（芐基縮水甘油醚）屬于單官能度活性稀釋劑， LS678（新戊二醇二縮水甘油醚）屬于雙官能度活性稀釋劑，XY636（三羥甲基丙烷三縮水甘油醚）屬于三官能度高性能活性稀釋劑。 上述五種稀釋劑均可參與固化反應(yīng)，所以對固化產(chǎn)物性能的不利影響遠(yuǎn)小于非活性稀釋劑，同時(shí)具有不揮發(fā)，更環(huán)保的特性。

2.2.1 稀釋劑對黏度的影響

將稀釋劑摻入自制低黏度環(huán)氧樹脂H1 中進(jìn)行混合，直至均勻，在23 ℃的情況下測試在摻入不同種類和摻量的稀釋劑下環(huán)氧樹脂體系黏度的變化，結(jié)果見圖1。

圖1 不同稀釋劑對環(huán)氧體系黏度的影響

從圖1 可知，摻入稀釋劑后，膠液體系的黏度有大幅的降低，但隨著稀釋劑摻量的增大，體系黏度的下降趨勢放緩。 從稀釋效果看，最好的是丁基縮水甘油醚LS501， 最差的為三羥甲基丙烷三縮水甘油醚XY636，總體來說，單環(huán)氧稀釋劑稀釋效果較好，官能度高的稀釋劑稀釋效果較差。 原因是單環(huán)氧稀釋劑的摻入， 使膠液體系的分子鏈間距變大，從而分子間作用力變小，內(nèi)摩擦阻力也相應(yīng)變小，黏度下降。 而多環(huán)氧稀釋劑分子中含多個(gè)官能團(tuán)，分子間作用力較大，所以稀釋效果較差。

2.2.2 稀釋劑對固化產(chǎn)物力學(xué)強(qiáng)度的影響

不同種類和摻量的稀釋劑下環(huán)氧樹脂體系的抗壓強(qiáng)度見圖2。

圖2 不同稀釋劑對環(huán)氧體系抗壓強(qiáng)度的影響

從圖2 可以得知， 隨著稀釋劑摻量的增大，抗壓強(qiáng)度值也隨之下降，其中單環(huán)氧稀釋劑下降尤為明顯，其次是雙官能團(tuán)稀釋劑，影響最小的是三官能團(tuán)稀釋劑。 這是因?yàn)橄♂寗┕倌軋F(tuán)越多，形成的固化產(chǎn)物交聯(lián)密度就越高，力學(xué)強(qiáng)度就越好。

從稀釋效果、對壓縮強(qiáng)度影響及材料成本對比LS692 與LS678 的性能， 認(rèn)為使用摻量為30%的LS692 更適合用于低溫環(huán)境下低黏度裂縫修復(fù)膠的配制。

2.3 固化劑的影響

采用H1 自制樹脂作為基體樹脂，摻入30%的LS692，攪拌均勻后制成A 劑，同時(shí)，選用5 種不同類型的固化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)， 其中G1 為自制改性脂環(huán)胺、G2 為改性脂肪胺、G3 為脂環(huán)胺、G4 為改性酚醛胺、G5 為聚醚胺。分別測試了23 ℃和5 ℃環(huán)境下混合物的黏度、固化體系的適用期，以及在23 ℃/7 d 固化條件下的抗壓強(qiáng)度及粘結(jié)強(qiáng)度，測試結(jié)果見表3。

表3 不同固化劑對固化體系性能的影響

3 結(jié)論

（1）自制的環(huán)氧樹脂H1 既有效地降低了體系黏度，又保證了固化產(chǎn)物的力學(xué)強(qiáng)度，適宜用于裂縫修復(fù)膠的配制。

（2）單環(huán)氧稀釋劑比多環(huán)氧稀釋劑的降粘效果更為明顯，但是單環(huán)氧稀釋劑的摻入會(huì)使固化產(chǎn)物力學(xué)強(qiáng)度明顯下降。 芐基縮水甘油醚（LS692）雖然屬于單環(huán)氧稀釋劑， 但其分子中含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，剛性大， 所以在顯著降低膠液體系粘度的情況下，也有效降低了稀釋劑對固化產(chǎn)物力學(xué)強(qiáng)度的影響。

（3）制得的低溫環(huán)境下混凝土裂縫修復(fù)環(huán)氧膠粘劑施工性能與力學(xué)性能符合GB50728—2011《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》 技術(shù)要求，特別適應(yīng)于在低溫環(huán)境下對混凝土微細(xì)裂縫的補(bǔ)強(qiáng)加固， 且已在某水電站泄洪洞裂縫處進(jìn)行了應(yīng)用，應(yīng)用效果良好。