新型水下环氧锚固胶的研究

胡飞龙，邱建华（江苏尼高科技有限公司，江苏 常州 213141）

新型水下环氧锚固胶的研究

胡飞龙，邱建华
（江苏尼高科技有限公司，江苏 常州 213141）

以水下环氧锚固胶为研究对象，分析了树脂固化剂体系、增强粉料和润湿流平剂等因素对锚固胶水下植筋施工性能和力学性能的影响。结果表明，在普通环氧锚固胶配方基础上，优选憎水性改性聚酰胺和改性脂肪胺复配使用，控制吸水性粉料含水率和掺量以及掺入适量BYK系列润湿剂，可制备出水下涂抹粘附效果好、施工性能优良且水下综合性能达到GB50367—2013标准（A级）新型水下环氧锚固胶。

锚固胶；水下固化；施工性能；强度保持率

随着水工建筑工程的快速发展，带水或水下加固工程（如水下桥墩、水坝、隧道等）用锚固胶需求越来越大。然而，由于普通环氧锚固胶的固化体系大多易溶于水、树脂胶液在水下环境中稳定性差等因素限制，迫切需要研制高性能水下环氧锚固胶［1］。

水下施工用锚固胶应具有水下固化性能好、耐水稳定性佳、水下施工方便等性能。目前水下胶粘剂的主要研究方向为：通过化学改性提高固化剂憎水性及水下固化性能、使用耐水性好的增韧剂及加入合适的吸水性填料等［2～4］。但关于高性价比复配固化剂体系、吸水性增强粉料及水下胶粘剂水下施工性能的深入研究较少。

本研究以水下环氧锚固胶为研究对象，分析测试固化体系、粉料含水率和润湿流平剂等因素对锚固胶水下施工性能和力学性能的影响。

1 实验部分

1.1 原材料及仪器

环氧树脂（EP），工业级，蓝星化工新材料有限公司；改性聚酰胺固化剂X1，工业级，长沙普照生化科技有限公司；改性脂肪多胺固化剂X2，工业级，湖北奥生新材料科技有限公司；BYK系列润湿流平剂，工业级，毕克公司；凹凸棒土，工业级，市售；氧化钙，分析纯，市售；水泥（P·O 52.5），盘固水泥集团；填料，工业级，市售；其他助剂，市售。

BY-121A型万能试验机，普桑达仪器有限公司；WT10001K型电子称，常州万泰天平仪器有限公司；YHM锚杆拉力仪，北京中煤矿山工程有限公司。

1.2 试样制备

（1）甲组分制备

将环氧树脂、润湿流平剂、吸水性粉料（凹凸棒土、氧化钙或水泥）、填料及其他助剂按一定比例混合均匀即可。

（2）乙组分制备

将固化剂（X1、X2）、填料及其他助剂按一定比例配置混合均匀即可。

（3）环氧锚固胶胶体力学性能试件制备

按m（甲组分）：m（乙组分）=1：x（因固化剂配置参数及复配比例不同，试验时根据实际比例配置）混合均匀，倒入不同模具中，在（23±2）℃养护1 d后拆模，再养护7 d进行胶体力学性能测试。

（4）环氧锚固胶粘接性能试件制备

按m（甲组分）：m（乙组分）=1：x混合均匀。不同基面粘接试验中，将胶涂抹在不同基面后粘接，养护7 d后进行锚固胶粘接性能测试；植筋试验中，将胶倒入直径为32 mm的C30混凝土孔中，再缓慢插入钢筋至胶溢出，固定后养护7 d进行植筋拉拔性能测试。

试验分2种环境涂胶或植筋：（1）空气中涂胶或植筋，即在干燥环境中进行试件基面涂胶和植筋后，在空气干燥环境中养护7 d；（2）水下涂胶或植筋，即将待涂胶基面或植筋混凝土放入水下浸泡后，将在空气干燥环境中搅拌均匀的锚固胶在水下进行涂胶或植筋，并在水下养护7 d。试验过程中水为自来水。

1.3 测试或表征

（1）胶体力学性能，包括劈裂强度、弯曲强度、压缩强度，按照GB50367—2013《混凝土结构加固设计规范》进行测定；

（2）粘接性能，包括钢对钢剪切强度和约束拉拔带肋钢筋与混凝土粘接性能（即植筋性能测试），分空气环境和水下环境成型，按照GB50367—2013《混凝土结构加固设计规范》进行测定；

（3）“8”字模砂浆水下粘接性能测试，将预先成型8字模砂浆放入水中浸泡一段时间后，将混合均匀的水下锚固胶涂抹在“8”字模中间的2个切面，对齐粘接并固定，养护7 d 测试，整个试验全部在水下环境进行。

2 结果及分析

2.1 固化剂体系对水下锚固胶性能影响

水下固化剂主要是通过化学改性，增加普通胺类固化剂的耐水性能和水下固化性能。综合强度保持率和性价比，优选X1和X2 2种改性胺进行复配测试。其中X1单独掺量为50质量份（100质量份环氧中的加入量，下同），单价高；X2单独掺量为35质量份，单价较低。保持其他配比不变，测试2种固化剂不同复配比例（X2复配比=固化剂X2复配时实际掺量/单独掺量，X1复配比=1-X2复配比）时锚固胶在空气和水下2种环境下的剪切性能和植筋拉拔性能，实验中以固化剂X2复配比进行分析，具体见图1和图2。

从图1可知，随着X2复配比例增加，锚固胶剪切强度在空气和水下2种环境中均呈先增后减的趋势，剪切强度保持率（水下剪切强度与空气剪切强度比）则逐渐增大，表明X2复配比小于1/2时对锚固胶在水中剪切强度具有较好贡献，但X2掺量超过一半后复配效果较差。

图1 X2复配比例对剪切强度影响Fig.1 Influence of compounding ratio of X2 on shear strength

由图2可见，随着X2复配比例增加，锚固胶在2种环境下植筋强度均逐渐降低，而植筋强度差呈现先增加逐渐降低再增大的趋势，表明固化剂X1对锚固胶植筋性能有增强效果，固化剂X2则有降低作用，其中X2复配比例为1：2时植筋强度差最小，效果最佳。

图2 X2复配比例对植筋强度影响Fig.2 Effect of compoundings ratios X2 on strength embedded bars

综合考虑，X2复配比为1：2，即X1和X2的掺量分别为25质量份和17.5 质量份时，锚固胶强度高，强度保持率超过95%达到极值，性价比最高。

2.2 吸水性粉料对水下锚固胶性能影响

固定固化剂X1和X2复配时掺入比为25：17.5，保持其他配比不变，测试分别加入棒土、氧化钙及水泥3种粉料在不同含水率条件下锚固胶在水下的剪切强度，粉料掺量均按总填料掺量4%掺入，具体结果见图3。

图3 不同填料含水率对锚固胶剪切性能影响Fig.3 Effect of water content on shearing properties of anchoring adhesive

由图3可看出，当粉料处于极限干燥状态（含水率为2%）时，掺棒土和氧化钙的锚固胶水下剪切强度最高，而掺水泥的锚固胶剪切强度相对较低。吸水性粉料对水下锚固胶水下剪切作用与粉料含水率密切相关，表现为随粉料含水率增加水下剪切强度降低。其中，棒土含水率在8%以下时对强度影响不大，含水率大于8%后，强度下降明显；氧化钙对含水率十分敏感，剪切强度随其含水率增加下降幅度最快；而水泥对含水率反应迟钝，影响效果不明显。

保持棒土含水率为6%，测试不同棒土掺量时锚固胶剪切性能，结果见图4。从图4可知，锚固胶在空气中剪切强度随棒土掺量增加缓慢减小，而在水下剪切强度则逐渐增加，掺量至6%后，趋势减缓，表明在一定范围内棒土掺量对锚固胶水下强度有增强作用。

图4 棒土掺量对锚固胶剪切强度的影响Fig.4 The influence of attapulgite content on shearing properties of anchoring adhesive

综上，吸水性填料种类及掺量对增强效果有很大影响，此2种因素在实际生产中较好控制，而吸水性填料含水率对增强效果有至关重要的影响，实际生产过程中难控制，却是关键点。

2.3 润湿流平剂对水下锚固胶性能影响

锚固胶在水下进行钢块基面涂胶时常发生胶液难以涂抹、涂抹后易在水中漂浮剥落或需多次重复涂胶，水下施工困难。为此，优选BYK系列润湿流平剂来改善胶液在水下施工时在基面的粘附性能。实验测试了不同润湿剂掺量在水下作业时在钢片和砂浆表面涂胶难易程度（水下涂胶难易程度：0-最难涂胶，10-最容易涂胶），以及对剪切强度和“8”字模砂浆粘接强度影响，结果见图5和图6。

从图5可知，水下施工时（润湿剂掺量为0%时），锚固胶在钢片和砂浆表面涂抹时容易发生胶液脱落漂浮现象，需多次重复涂抹。当润湿剂掺量由0.5%逐渐增加后，涂胶难易程度值显著增加，表明加入润湿流平剂后，锚固胶在水下施工性能变好。润湿剂掺量在0.05%～0.2%时可达到较好的润湿效果。

图5 润湿剂掺量对锚固胶涂胶性能影响Fig.5 Effect of wetting agent content on properties of anchorage glue

图6 润湿剂掺量对锚固胶强度性能影响Fig.6 Effect of wetting agent content on drawing strength of anchor adhesive

由图6可见，随润湿剂掺量增加，锚固胶水下剪切强度呈先增加，平缓后略有下降，水下植筋强度则变化不明显。润湿剂掺量在0.2%时对锚固胶水下施工性能增强效果最佳。

2.4 新型水下锚固胶综合性能指标测试

本研究参照锚固胶经典配方，控制固化剂X1和X2复配时掺入比为25：17.5、棒土含水率控制在4%～8%，掺量为4%（占填料）；BYK润湿流平剂0.2%（占总量），m（甲组分）：m（乙组分）=2：1，制备新型水下环氧锚固胶，按照GB 50367—2013测试其综合性能，结果如表1所示。

表1 新型水下锚固胶综合性能测试Tab.1 Comprehensive performance test of new type underwater anchor adhesive

从表1可知，新型水下锚固胶在水下环境下，剪切强度保持率为97%，水下约束拉拔植筋强度保持率高达98%，综合性能完全满足GB 50367—2013中Ⅰ型A级锚固胶要求，且水下施工性能良好，说明其在潮湿和水下施工环境中具有良好的应用前景。

3 结论

（1）优选新型改性聚酰胺和改性脂肪胺复配时掺入比为25：17.5时，锚固胶强度保持率可达95%。

（2）吸水性粉料含水率对水下锚固胶强度影响程度大于粉料种类和掺量。优选棒土作水下增强粉料，控制棒土含水率是获得优良性能水下锚固胶关键因素。

（3）加入BYK润湿剂能够改善胶液在水下涂抹粘附性及水下施工性能，当掺量在0.2%左右时锚固胶水下施工性能最好，强度保持率最佳。

［1］王熙，郑水蓉，司小燕.水下环氧胶粘剂的研究进展［J］.粘接，2007，28（2）:44-48.

［2］李福志，张新建，李欢.纳米橡胶改性环氧水下结构胶的研制及应用［J］.粘接，2013（11）:36-38. ［3］朱华，张晓华，陈晓龙.水下环氧树脂胶粘剂用水下固化剂的性能研究［J］.中国胶粘剂，2013，22（4）:17-20.

［4］谢建军，黄凯，贺国京，等.水中固化环氧树脂胶黏剂制备与性能研究［J］.化学与黏合，2014，36（1）:5-10.

Study of a new type underwater epoxy anchoring adhesive

HU Fei-long， QIU Jian-hua
（Jiangsu Nigao Science and Technology Co.，Ltd.， Changzhou， Jiangsu 213141， China）

The effects of the curing system， reinforcing powder and leveling wetting agent on the workability and mechanical properties of the epoxy anchoring adhesive were studied. The results showed that a new anchoring adhesive was able to be prepared by using the mixture of hydrophobic modified polyamide and modified aliphatic amines， controlling the water content and addition amount of powder and mixing appropriate amount of wetting agent. The new underwater epoxy anchoring adhesive had the excellent performance of underwater coating adhesion and workability and met the requirements of the standard GB50367-2013（grade A）.

anchoring adhesive； underwater curing； workability； strength retention rate

TQ433.4+37

A

1001-5922（2015）12-0064-04

2015-07-27

胡飞龙（1988-），男，硕士研究生。主要从事胶粘剂研发及应用技术。E-mail：feihoo15@163.com。