谈环氧树脂的特性及一般应用

王宏伟

0 引言

由于环氧树脂具有独特的粘结性能，且强度高、耐老化、抗腐蚀、水密性高等特点，所以被广泛应用在土木工程建设中，现结合作者实践经验，将环氧树脂的特性及其在工程中的一般用法做一简单介绍，与各位同行商榷。

1 概述

1.1 环氧树脂

环氧树脂是一种分子中含有两个或多个环氧基团的高分子聚合物，由环氧氯丙烷及二酚丙烷在苛性碱催化剂的作用下缩聚而成的液体树脂。环氧树脂是一种无定形粘稠液体，加热呈塑性，没有明显的熔点，受热变软逐渐熔化，并且发粘，不溶于水。环氧树脂本身一般情况下性能稳定，不会硬化，当加入一定量硬化剂后，就会逐渐固化。

由于其具有机械强度高、耐磨性好、对混凝土等各种材料都有很强的粘结性、收缩率小(约2%)、对酸碱等化学介质具有一定的稳定性、不透水性能优良及价廉等优越性能，所以是常用的高分子化学物质。

环氧值是鉴别环氧树脂性质的最主要的指标，工业环氧树脂型号就是按环氧值不同来区分的。环氧值是指每100 g树脂中所含环氧基的物质的量数。如E-51为企业牌号，代表平均环氧值为 N/100=51/100=0.51，其范围在0.48 ～0.54 之间。再比如 E-44环氧树脂代表平均环氧值为44/100，其范围在0.41～0.47之间，产品牌号为6101。环氧值高的粘度较低，固化后交联度大，脆性大，可以根据不同的用途选用。

常用的环氧树脂有:E-44，E-42，E-43等，但以E-44最为常用。

1.2 固化剂

环氧树脂在常温下可以长时间保存不变质，要想让其固化必须借助固化剂，固化剂的主要作用是使热塑性、线型的环氧树脂通过化学反应交联成体型网状的热固性巨大网状分子，成为不溶的硬化产物。

环氧树脂固化剂有很多类型，包括酸酐、咪唑、多元胺、聚硫醇、聚酚等等，通常情况下常温固化用到的环氧树脂固化剂都是多元胺。多元胺又包括单纯胺和变性胺。单纯胺又可以分为四大类:脂肪胺类、聚酰胺类、脂环胺类和芳香胺类。像三乙烯四胺、四乙烯五胺等都属于直链脂肪胺，连同乙二胺、二乙烯三胺、多乙烯多胺一样都是基础胺，很多固化剂都是以此为原材料改性而得到的。像200号低分子聚酰胺、300号低分子聚酰胺、3051号低分子聚酰胺都是以亚油酸二聚体与三乙烯四胺进行缩合反应制得。

固化剂的用量一般用固化剂的活泼氢当量×100/环氧树脂环氧当量来计算。

例如:工程中常用的胺类固化剂如乙二胺、二乙烯多胺及多乙烯多胺，每100 g树脂用量分别为:6 g～8 g，7 g～8 g及12 g～14 g;而651聚酰胺每100 g E44树脂用量与配比可以从50 g～100 g，范围很宽。

最常用的固化剂是乙二胺，属于芳香族氨。是一种有胺刺激味淡黄色液体，在空气中发烟。其比重为0.899 4，熔点为8.5℃，沸点为11℃，有较强的固化作用，较大的挥发性，固化时大量放热。环氧树脂胶大部分是热固型的胶。

由于其粘度低，可在常温下固化，所以使用非常方便，但由于其具有的高挥发性，且在加入环氧树脂砂浆内的时候会产生刺鼻的浓烟，该种烟雾对人体有较强的毒副作用，所以对人具有较高的刺激性，甚至有致癌作用，因此在施工时必须采用强有力的防护措施。

固化剂T31则是无毒的，因此配制环氧树脂砂浆可用T31代替乙二胺。

651聚酰胺也是常用的固化剂，其为流体，棕色，在常温下也可固化，同时具有很好的粘附性、耐水性、绝缘性、牢固性和耐磨性。用它做固化剂时，可不配或少配增塑剂及稀释剂，因而其操作非常简单，所以现在使用的越来越广泛。

1.3 增塑剂

硬化后的环氧树脂虽有很高的强度，但较脆抗冲击力差。增塑剂的加放，主要是起塑化作用，增加环氧树脂的韧性，提高抗弯及抗冲强度。

常用的增塑剂为二丁酯，无色液体，比重为1.045，粘度为16.3厘泊，沸点为335℃ ～340℃，不溶于水，易挥发。每100 g树脂用量一般为10 g～20 g。

1.4 稀释剂

添加稀释剂的主要作用在于降低环氧树脂粘度，便于浸润粘结面，提高粘结力;增加体积和填料含量;便于操作和延长可操作时间。

常用稀释剂有:丙酮、甲苯、二甲苯，均为无色液体，每100 g树脂用量一般为5 g～20 g。

1.5 填充料

填充料的用途是减少环氧树脂用量，降低成本;适量加入可以减少热胀系数、收缩率、放热温度和增加热导率及粘结力等。

常用的中性或弱碱性填充料有:砂、水泥、石英粉等。

填充料要根据不同的用途而分别选择。如添加石英粉及石粉，目的是提高强度;添加砂、水泥、砾石，目的也是提高强度;而添加石墨粉、二硫化钼，目的则是提高抗磨性;添加三氧化铬的目的是提高耐腐性;添加铝粉的目的是提高耐蚀性等等。

2 应用

环氧树脂在公路中的用法一般有两种:一种是环氧树脂砂浆

2.1 环氧树脂砂浆及混凝土

2.1.1 配比

环氧树脂砂浆或混凝土的配比，应根据使用的环境和要求而分别配置。一般情况的配比见表1。

表1 环氧砂浆及混凝土配比表

2.1.2 施工方法

1)配合比的确定及试配:根据使用部位及用途的不同，在表1，表2或经验配比中选择一种配合，进行实地操作及使用，经过多次调整，最终确定最佳配合比实验报告，并且根据情况提出使用条件及注意事项。

2)砂浆或混凝土的制作:根据配料工艺仔细操作，依据环氧树脂砂浆配合比试验报告单，利用经计量检验合格的小台秤，按配比对环氧树脂砂浆原材料严格计量，配料时必须由有操作经验的人员进行配料，配料现场必须具有良好的通风条件。

先将环氧树脂和二丁酯放在铁锅中，在炉上水浴加热至60℃时，搅拌均匀，等锅冷却至30℃ ～35℃时，再将乙二胺注入，拌和均匀后就成环氧树脂浆液，由于期间伴随有化学反应，有大量热量生成，所以会有温度升高的现象发生，然后将水泥和砂石混合均匀的填料倒入环氧树脂浆液中，迅速搅拌均匀，就成环氧树脂砂浆或混凝土。

为防止环氧树脂炭化。各种物质必须按顺序加入并充分搅拌。

3)砂浆或混凝土的使用:在使用环氧树脂砂浆前，必须将混凝土的表面凿毛，将漏洞表面处灰尘、浮渣、油污及松散层等清洗干净，露出混凝土本体，并用热风机将接触面吹干，如果构件中主筋锈蚀严重，还需在受损处绑扎一定长度同规格的钢筋作补偿筋，再进行修补。环氧树脂砂浆的施工温度为15℃ ～30℃，相对湿度不宜大于80%。如果天气较冷，施工环境温度小于10℃时，宜采用加热保温措施，可先用热风机将接触面预热，然后用油灰刀把环氧树脂砂浆刮抹在漏洞表面，分层修补，每层大约1 cm，刮抹方向要统一，只能从一方向另一方刮抹，不能来回刮，如果漏洞太大，可分几次修补，以防松动和脱落。配制好的砂浆应在30 min内用完，否则环氧树脂砂浆的各项强度指标将无法得到保证，养护时间应不低于7 d;所用砂子一定要烘干;如果分次修复，则应相隔24 h。

2.2 环氧树脂粘结剂

2.2.1 配比

环氧树脂粘结剂，应根据使用环境和要求的不同而分别配置。一般情况下的配比见表2。及混凝土;另一种是环氧树脂粘结剂。

表2 环氧树脂粘结剂配比表

2.2.2 施工方法

1)配合比的确定及试配:根据使用部位及用途的不同，在经验配比中选择一种配比，进行实地操作及使用，经过多次调整，最终确定最佳配合比实验报告，并且根据情况提出使用条件及注意事项。

2)粘结剂的制作:根据配料工艺仔细操作，依据环氧树脂粘结剂配合比试验报告单，利用经计量检验合格的小台秤，按配比对环氧树脂砂浆原材料严格计量，配料时必须由有操作经验的人员进行配料，配料现场必须具有良好的通风条件。

先将环氧树脂和二丁酯放在铁锅中，在炉上水浴加热至60℃时，搅拌均匀，等锅冷却至30℃ ～35℃时，再将乙二胺注入，拌和均匀后就成环氧树脂浆液，由于期间伴随有化学反应，有大量热量生成，所以会有温度升高的现象发生，迅速搅拌均匀，就成环氧树脂粘合剂。

为防止环氧树脂炭化。各种物质必须按顺序加入并充分搅拌。

3)粘合剂的应用:环氧树脂粘结剂的用法一般有两种:一种为修补弥合裂缝;另一种为配合各类工程布以达到封闭或补强修补构造的目的。

就修补裂缝而言，一般情况下，浆液的配制不用加细砂，但对于较宽的缝，可以适当的加点细砂，细砂的含量应以裂缝的宽度而定，此外加入的填料必须事先进行过筛、烘干等处理。

环氧树脂配合各类工程布封闭或补强修补部位的方法有多种，一般常用的工程布有:玻璃纤维布及碳纤维布等。由于碳纤维布具有极强的抗拉伸性质，所以碳纤维布一般用于补强，而玻璃纤维布则用于封闭。

在使用环氧树脂粘合剂之前，必须将混凝土的表面凿毛，将漏洞表面处灰尘、浮渣、油污及松散层等清洗干净，露出混凝土本体，并用热风机将接触面吹干，如果构件中主筋锈蚀严重，还需在受损处绑扎一定长度同规格的钢筋作补偿筋，再进行修补。环氧树脂粘合剂的施工温度为15℃～30℃，相对湿度不宜大于80%。如果天气较冷，施工环境温度小于10℃时，宜采用加热保温措施，可先用热风机将接触面预热，然后用刷子蘸粘合剂把环氧树脂粘合剂刷到需粘合的物体表面，要力保浆液均匀，防止流淌现象。配制好的浆液应在30 min内用完，否则其各项强度指标将无法得到保证。

3 结语

从20世纪90年代开始，陆续利用环氧树脂对卫东大桥及锁簧沟系列桥等进行了加固，经过十几年的观测，效果基本不错，达到了设计意图和加固效果，值得加以推广。

[1]药桂芳.浅析外加剂在混凝土工程中的应用[J］.山西建筑，2010，36(36):159-160.