环氧树脂砂浆耐酸腐蚀性能研究

吴珍珍，李禅禅

(1.陕西方信工程咨询有限公司，陕西 汉中 723000；2.长安大学，陕西 西安 710064)



环氧树脂砂浆耐酸腐蚀性能研究

吴珍珍1，李禅禅2

(1.陕西方信工程咨询有限公司，陕西 汉中 723000；2.长安大学，陕西 西安 710064)

为了减轻酸性物质侵入水泥路面病害加重路面破坏程度，文章采用防腐效果较好的环氧树脂与水泥基材料搅拌得到环氧树脂砂浆。环氧树脂砂浆在搅拌构成中形成高分子薄膜包裹细集料，并与较粗集料向结合形成防腐网状结构。经硫酸侵蚀表明，环氧砂浆不仅能够维持较高的质量和强度，还能提高环氧砂浆的质量和强度，主要是因为酸侵过程中生成的难溶性CaSO4·2H2O附着于砂浆空隙、表面中提高环氧砂浆的质量和强度。

环氧砂浆；酸碱侵蚀；耐久性

0 引言

近年来，由于交通量的加重和重载、超载车辆的增加，造成水泥混凝土路面结构性和非结构性病害日益加重[1]。尤其外界提供的酸性侵蚀环境更加重了水泥路面病害，造成路面整体破坏的现象频繁发生，直接造成经济损失约30亿

元[2]。环氧树脂砂浆作为一种新型路面修补材料与普通水泥砂浆修补材料相比，具有更好的耐久性、抗弯拉强度和耐久性能等[3-4]。钟世云等[5]研究了聚合物水泥砂浆酸侵后的微观形貌，李祝龙等[6]探讨了聚合物水泥砂浆底酸侵蚀后的性能，张宴清等[7]研究了不同浓度的盐酸、硫酸、醋酸侵蚀后的性能和形貌。本文主要对不同配比的聚合物环氧砂浆酸侵后质量损失和强度损失进行了分析研究。

1 试验

1.1 原材料及配合比

E-51环氧树脂(A)，环氧值0.51 mol/100 g；TF-30固化剂(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)，环氧值0.28 mol/100 g，40 MPa·s(25 ℃)；水泥：P·O42.5；河沙：细度模数3.2；水泥/树脂(C)、砂胶比(C)、级配(N)。为了能够更好地研究集料级配类型是否对试件酸侵前、后的质量和强度造成影响，本次环氧树脂砂浆修补材料配比确定为A-B(30)，稀释剂为主剂40%，灰油比C=1.5，砂胶比S=6，集料级配选用n=0.3、n=0.65两种。

1.2 试验方法

按照《聚合物基复合材料》(CJ/T211-2005)规定成型40mm×40mm×160mm砂浆试块，并将养护7d的试件浸泡于20%H2SO4溶液中12h，后将试块冲洗掉表面碎粒、烘干后称量砂浆试块质量，测试抗压强度。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

浸泡于20%硫酸中的试块表面产生大量气泡，随着浸泡时间延长，气泡数量减少，1d后各试块表面出现了不同程度的脱皮现象，并在清洗过程中有酸性物质从试块中挤出。酸侵后测试各种配方环氧砂浆试件酸侵前后的质量、强度变化，表征环氧砂浆的耐酸性能。测试结果如表1所示。

表1 酸侵前、后试块质量、强度对比表

注：表中“+”表示增加，“-”表示减少。

2.2 质量变化分析

试块质量测试结果表明：酸侵后试块质量不但没有减少，反而有不同程度的增加。这是因为酸侵蚀初期水泥水化产物与H+发生化学反应释放出Ca2+，游离状态的Ca2+与酸性溶液中的SO42-迅速反应生成分散度较大的难溶性CaSO4·2H2O沉淀在砂浆试块的表面，使得砂浆试块质量增加[8]。同时，在环氧树脂小分子颗粒微集料复合效应的作用下，使水泥砂浆内部体系的次级配结构更加合理，环氧树脂固化后形成的高分子膜能够包裹水泥水化产物，填充水泥砂浆空隙更加密实，进而有效阻碍了酸性介质和SO42-的渗入。有效防止了生成分散度较大的CaSO4·2H2O聚集在试块内部产生巨大的膨胀应力，导致试块表面颗粒松动、脱落从而导致表面蓬松脱皮[9]。

从表1可以看出，级配为0.3试块酸侵后质量的增加幅度要大于级配为0.65试块酸侵后的质量增加幅度。究其原因是：环氧树脂砂浆材料组成中，矿料颗粒主要起骨架空隙结构，其中小颗粒能够填充于较大颗粒之间，在拌和过程中环氧树脂起到了良好的润滑作用，较充分包裹小颗粒材料填充于较大颗粒之间，避免试件中大空隙的产生。由于级配为0.3的试块孔隙率较级配为0.65的试块孔隙率大(级配为0.3的孔隙率为40.7%，级配为0.65的孔隙率为38.6%[12])，因此级配为0.3的试块就能吸纳较多的分子量较大的难溶性CaSO4·2H2O，从而导致每组试块质量都有所增加且级配为0.3的试块质量增加较大。

2.3 强度变化分析

(a)酸侵前后抗折强度对比

(b)酸侵前后抗压强度对比

由图1酸侵前后的抗折、抗压强度对比可以看出：酸侵前后环氧砂浆试块均能保持较高的抗折、抗压强度。这是因为在环氧树脂砂浆硬化前，树脂胶粘剂具有润滑作用，赋予砂浆拌和物的流动性，砂浆搅拌过程中环氧树脂小分子聚合物能够均匀包裹较小颗粒，聚合物与水泥水化物相互贯穿、交织在一起形成了空间网络结构，最终环氧树脂交联固化成膜包裹水泥及水泥水化产物表面，不但减少固体颗粒表面腐蚀程度，还增强了颗粒间的粘结强度，提高环氧砂浆试块的强度。尤其是在酸性溶液浓度较低时，环氧树脂对水泥砂浆强度和粘结性能的改善就更加明显。级配为0.3的细料含量是级配0.65集料细集料的5倍以上，水泥-树脂形成的空间网络结构能够把砂浆的空隙填充密实，较细集料与较粗集料的粘结效果更高、强度更高。未经环氧树脂包裹的水泥颗粒在较低浓度硫酸侵蚀后在试块表面留下多孔网络聚合物膜，生成的CaSO4·2H2O能够充分渗透到多孔网络聚合物中，减少酸性物质对试件内部的侵蚀，还起到保护试件内部强度继续发展的作用。

同时从图1可以得出：酸侵后配方1、配方2试块的抗折强度和抗压强度增强效果比配方3和配方4试件显著，在胶砂比、C/A及集料级配相同的情况下，环氧砂浆中B1固化剂的抗腐蚀效果优于B2固化剂抗腐蚀性，其原因是B1固化剂不饱和碳15双键的直链内增韧效果提供了固化体系优异的耐腐蚀性。从配方2和配方4的对比效果同样可以看出。酸侵后配比1的抗折强度、抗压强度增加量均大于配比2试块的抗折、抗压强度，这是因为：在砂浆设计配比过程中配比1采用n=0.3，集料的空隙率为40.7%；配比2采用n=0.65，空隙率为38.6%。n=0.3的试件能够吸纳更多CaSO4·2H2O填充空隙，使砂浆内部结构足够密实，强度得以保持并继续增加。从配方3与配方4试件强度的减少情况亦可看出。

3 结语

(1)环氧树脂在搅拌时能够包裹细集料填充于较粗集料空隙，形成网状高分子保护薄膜，减少了酸性物质侵蚀。级配越小，细集料越多，包裹越密实，强度越高，防酸侵效果也越好。

(2)环氧树脂试块浸泡于硫酸溶液中能生成难溶性CaSO4·2H2O，难溶性CaSO4·2H2O附着于试块空隙和表面，不仅加重的试块整体重量，还使试块的强度得以增强。

(3)氧树脂砂浆酸侵后能够维持较高的抗折、抗压强度，满足交通开放时抗折强度为4.5MPa的要求，因此，环氧砂浆可以作为一种优于普通水泥砂浆修补材料的新型路面修补材料。

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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

吴珍珍(1990—)，助理工程师，从事土木工程预算与审计工作；

李禅禅(1989—)，硕士研究生，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