水性环氧树脂在建筑工程中的应用★

刘凤东 王冬梅 陈佳宁 李赵相

(1.天津天盈新型建材有限公司，天津 300381； 2.天津市建筑材料科学研究院，天津 300381)

水性环氧树脂在建筑工程中的应用★

刘凤东1,2王冬梅1,2陈佳宁1,2李赵相2

(1.天津天盈新型建材有限公司，天津 300381； 2.天津市建筑材料科学研究院，天津 300381)

简述了水性环氧树脂的两种类型，对水性环氧树脂与水泥复合材料的性能特性进行了阐述，并探讨了水性环氧树脂在建筑工程中的应用情况，指出水性环氧树脂在建筑工程中主要应用于制备水性环氧树脂地坪、水性环氧树脂界面剂、水性环氧树脂改性水泥砂浆等材料。

水性环氧树脂，水泥砂浆,材料，性能

1 概述

环氧树脂的水性化是指将环氧树脂以及稀释体系以微粒、液体或者胶体形式分散在水中而成的稳定的分散体系。与溶剂型环氧树脂相比，水性环氧树脂具有低挥发性、使用安全、气味小、存储和运输安全以及在潮湿环境下作业的优点，符合环保发展要求[1]。新型水性环氧树脂体系具有更为优良耐酸性物质腐蚀性能、色彩稳定性能，具有“呼吸”功能的新型水性环氧树脂体系，可以用做新浇筑混凝土封闭、地坪底涂使用而不会出现起泡、剥落的现象[2]。

目前，市场上应用的水性环氧树脂主要分成两种类型：Ⅰ型水性环氧树脂采用低分子量的液态环氧树脂，与之配合使用的固化剂为具有乳化功能的改性胺类固化剂[3]；Ⅱ型水性环氧树脂采用高分子量的固态环氧树脂粉末，加入助剂后乳化成水性环氧树脂乳液[4]。Ⅰ型水性环氧树脂配套的一般改性胺类固化剂具有乳化环氧树脂的功能和固化交联环氧树脂的能力，加水搅拌后乳化颗粒中包含环氧树脂颗粒和固化剂两种组分，低分子量的环氧树脂环氧基团密度高、扩散速度快、能够与固化剂中活泼氢快速发生反应交联后成为均匀一致的结构，反应成膜物硬度高、韧性差[5]；与水泥材料复合后，具有合理的凝结时间、抗压强度变化不大、抗折强度提高、耐腐蚀性较好。

由于没有任何有机溶剂的加入，Ⅰ型水性环氧树脂可以做到零VOC排放，而Ⅱ型水性环氧树脂采用高分子的固体环氧树脂，环氧基团密度低于Ⅰ型水性环氧树脂，需要加入助剂通过乳化过程形成水性环氧树脂乳液，因此无法做到零VOC排放[3,4]；Ⅱ型水性环氧树脂的固化剂和水性环氧树脂乳液混合后，固化剂溶解于水中，需要进入环氧树脂乳化颗粒中发生反应。因此反应交联物密度低于Ⅰ型水性环氧树脂，均匀性差、柔性好，与水泥材料复合后，凝结时间增大，抗压强度降低、抗折强度提高。

水性环氧树脂与水泥复合材料具有比传统水泥类材料更优越的性能，可以在潮湿或者新浇筑的混凝土以及砂浆表面施工，作为封闭剂使用可以防止混凝土或者砂浆的泛碱现象，提高抗渗性能。与水泥类材料配合可用作水性环氧树脂地坪、水性环氧树脂修补砂浆、水性环氧树脂界面剂、水性环氧树脂灌浆材料等多种产品，用于建筑物的修补、加固、灌浆和表面处理等。

2 水性环氧树脂与水泥复合材料的性能特性

水性环氧树脂和水泥复合材料中水泥的水化和水性环氧树脂的固化反应的成膜是一对矛盾，水泥水化需要水分，而复合材料含水量高不利于水性环氧树脂的固化反应。在复合材料中水泥水化反应和水性环氧树脂固化反应同时进行，随着水泥水化反应的进行，复合材料含水率逐渐降低，水性环氧树脂固化速度加快，最终水性环氧树脂固化产物与水泥水化的胶凝材料交联形成三维网状结构，复合材料中的水泥水化产物多为胶凝体和微细晶体；由于水性环氧树脂的引入，复合材料具有良好的粘结性能、抗压蠕变性能、抗渗性能、力学性能以及耐腐蚀性能。

2.1 粘结性能

水性环氧树脂分子中的羟基、醚基等极性基团能够和材料界面表面形成化学吸附，而环氧基与含有活泼氢的界面材料反应生成化学键；水性环氧树脂与水泥复合材料作为混凝土界面剂使用时，复合材料的热膨胀系数与混凝土基层接近。因此水性环氧树脂界面剂与基层间不容易发生位移错开、基层脱落等现象，与此同时，水性环氧树脂界面剂具有良好的封闭性能，可以防止水分、可溶性盐等物质渗透界面层，不会破坏界面剂和基材之间的附着力。

2.2 抗压蠕变性能

水性环氧树脂改性水泥砂浆复合材料中随着水泥水化的进行，体系中氢氧化钙含量增加，水性环氧树脂和固化剂反应产物也会附着在氢氧化钙固体颗粒上，打断了氢氧化钙的取向生长，使氢氧化钙充分进行水反应。研究表明复合材料的水泥水化产物主要为C-S-H凝胶以及结晶型C4AH19，不存在游离的氢氧化钙[6]；水性环氧树脂固化剂反应过程中与水泥水化反应同步进行，体系中钙钒石结晶粒径远远小于普通水泥水化后的钙钒石结晶粒径，降低钙钒石结晶体积膨胀对材料性能的影响；水性环氧树脂改性水泥灌浆材料中水泥水化的同时水性环氧树脂和固化剂也发生交联反应，形成三维网络结构与水泥水化产物交联在一起，从而使复合材料的抗折强度比普通水泥灌浆材料的抗折强度有50%的增加，弹性模量只有普通混凝土材料的2/3，使得复合材料能够具有更好的抗压蠕变性能，在大型动设备、桥梁的加固上复合材料能够有效的进行震动传导，具有更长的使用寿命。

2.3 抗渗性能

水性环氧树脂与固化剂反应交联产物在体系起到了胶结、填充等作用，使砂浆的平均孔径变小，大孔变成小孔隙，孔隙分布的均匀性下降，复合材料更加致密。通过试验研究表明复合材料的抗渗性达到2.0 MPa以上，具有优良的防水性能，而普通的混凝土的抗渗性能一般不超过0.8 MPa[7]，复合材料的这一特性，使得复合材料能够作为刚性防水材料用于防水性能要求高的建筑工程。

2.4 力学性能

水性环氧树脂改性水泥灌浆材料在水泥水化的同时水性环氧树脂与固化剂反应硬化成膜，由于它的弹性模量要低于水泥石和骨料的弹性模量，另外聚合物的富集现象也会降低抗压强度[8]；在搅拌时会产生大量的气泡从而降低了复合材料的抗压强度，与此同时水性环氧树脂在复合材料中具有减水效应，能降低体系的用水量，从而提高抗压强度。

2.5 耐腐蚀性能

水性环氧树脂改性水泥砂浆材料在水泥水化和水性环氧树脂固化完成后，由于水性环氧树脂固化产物与水泥水化产物的交互连接，降低了体系的孔隙率，复合材料整体更为致密，增强和水泥砂浆内部界面间的薄弱环节。同时水性环氧树脂中的活性基因与水泥水化中游离Ca2+，Al3+，Fe2+等离子进行交换形成特殊的桥键，在水泥颗粒周围发生物理、化学吸附成均已稳定的连续相[9]，因此复合材料具有良好的耐腐蚀性能。

3 水性环氧树脂在建筑工程中的应用情况

3.1 水性环氧树脂界面剂

部分新建混凝土工程以及旧建筑物结构维护、加固、改造工程中，新旧混凝土界面剂粘结问题是影响工程质量的重要因素。水性环氧树脂与水泥材料复合作为界面剂用于新旧混凝土粘结时，由于其膨胀系数与混凝土接近且具有良好的粘结性能，可有效的提高新旧混凝土的粘结性能，提高工程建设质量。作为新浇筑的混凝土表面封闭剂使用，粘结性能良好、可有效防止水分渗透从而避免混凝土泛碱现象。混凝土用界面剂一般要求混凝土需要养护28 d后，含水率要降低到一定程度后使用，采用新型固化剂的水性环氧树脂体系成为物质具有“呼吸”功能[10]，具有良好水蒸气渗透性能，作为新浇筑混凝土表面封闭剂使用时不会发生起皮、剥离现象。

水性环氧树脂由于分子链上的羟基和醚键等强极性基团使环氧分子和相邻极性界面产生较强的粘附力，与混凝土、砂浆、瓷砖、大理石等表面有很好的附着力，作为界面剂使用可用作新旧混凝土粘结、混凝土以及砂浆封闭、瓷砖和大理石等表面处理等。

3.2 水性环氧树脂地坪

环氧地坪涂料无法避免有机溶剂的使用，对环境污染大，当基层含水率较高时，容易出现起泡、起皮的现象，而水性环氧树脂地坪涂料具有低VOC含量、较小的气味、使用安全环保等优点，具有优异的透气性能以及与混凝土良好的相容性，近年来得到了快速发展。

水性环氧树脂地坪涂料由于不需加入有机溶剂，或者加入少量有机溶剂可以作为零VOC排放，符合环境保护发展的要求[11];水性环氧树脂地坪材料完全用水分散，克服环氧地坪施工操作难度高、工具不容易清洗的缺点。随着水性环氧树脂技术的开发，目前水性环氧树脂地坪涂料的耐腐蚀性能、低温固化性能、涂膜性能与环氧地坪涂料相近,具有“呼吸”性能，新型水性环氧树脂地坪涂料可用于含水率较高的混凝土基层，而不会发生起泡、起皮等现象。

3.3 水性环氧树脂改性水泥砂浆

建筑物维修加固采用的水泥砂浆和混凝土材料不能很好的满足对抗拉强度、抗渗性能和粘结性能有特殊要求的建筑工程。水性环氧树脂改性水泥砂浆材料具有良好的粘结性能、抗压蠕变性能、抗渗性能、力学性能和耐腐蚀性能[12]，可在潮湿界面和环境下快速固化,适用于建筑工程、道路桥梁等修补加固、灌浆以及作为防渗材料使用。

4 结语

随着国内外对水性环氧树脂技术的开发和理论研究的深入以及产品价格的降低，水性环氧树脂地坪、水性环氧树脂界面剂以及水性环氧树脂改性水泥砂浆等材料在建筑行业必然会得到更为广泛的应用。

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Application of water borne epoxy resin in construction engineering★

Liu Fengdong1,2Wang Dongmei1,2Chen Jianing1,2Li Zhaoxiang2

(1.TianjinTianyingNewBuildingMaterialsCo.,Ltd,Tianjin300381,China;2.TianjinAcademyofBuildingMaterialSciences,Tianjin300381,China)

The paper indicates the two types of water-borne epoxy resin, illustrates the performance of the resin and the cement composite materials, explores the its application in architectural project, and points out the resin can be applied in some materials including the preparation for water-borne epoxy resin terrace, adhesion agent of water-borne epoxy resin, and modified cement mortar of water-borne epoxy resin.

water-borne epoxy resin, cement mortar, material, performance

1009-6825(2015)32-0102-03

2015-09-06★：天津市科技计划项目(课题)(课题编号：13ZXCXGX01045)

刘凤东(1971- )，男，教授级高级工程师； 王冬梅(1971- )，女，教授级高级工程师； 陈佳宁(1974- )，男，工程师； 李赵相(1988- )，男，工程师

TU577

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