环保型低黏度柔性环氧树脂灌浆材料的制备及性能研究

顾 佳，王建莉

上海固密特新材料科技有限公司，上海 200000

混凝土作为应用量最大的建筑材料，其最大的缺点是无法避免裂缝的产生，这不仅会缩短建筑物的应用年限，且存在巨大的人身及财产安全隐患[1]。环氧树脂灌浆材料具有粘接强度高、机械强度大、稳定性优异以及常温可固化、固化后收缩率低的优点[2]，在修补裂缝、加固建筑结构方面具有优异的应用效果。

目前，针对微裂缝(一般小于0.05 mm)的修补处理，国内已经开发出高渗透性的环氧灌浆材料，普遍采用糠醛-丙酮稀释体系或者改性醛-丙酮稀释体系[3-4]，其中所涉及到的醛、酮类多半具有较高毒性，气味难闻，会对环境以及施工人员造成伤害。同时，这类醛-酮体系的环氧灌浆材料在固化后脆性大，无法应用在伸缩缝、混凝土活缝以及变形缝的补强防渗中。为此，应大力开发研究环保型、低黏度且具有柔性的环氧树脂灌浆材料。

笔者采用不同的活性稀释剂对环氧树脂灌浆初步降黏，再用非活性稀释剂(乙醇)将环氧灌浆材料的黏度降至30 mPa·s以下，考察添加量对环氧固化物黏度以及力学性能的影响。最终优选出各项指标满足JC/T 1041—2007《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》的配方，得到环保型低黏度柔性的环氧树脂灌浆材料。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

双酚F型环氧树脂，工业级，昆山南亚树脂厂；柔性固化剂，自制；固化促进剂，常州山峰化工有限公司；硅烷偶联剂、表面活性剂、消泡剂，工业级，上海凯茵化工有限公司；活性稀释剂：十二至十四烷基缩水甘油醚(AGE)、丁基缩水甘油醚(BGE)、苄基缩水甘油醚(692)，工业级，深圳大洲化工有限公司；无水乙醇，试剂级，国药集团化学试剂有限公司。

旋转黏度计：NDJ-5S，上海右一仪器有限公司；万能试验机：BGD-5，青岛博格达检测仪器有限公司；压力试验机：YAW-300，济南方圆试验仪器有限公司。

1.2 低黏度环氧树脂灌浆材料的制备

由环氧树脂(70%～100%)、活性稀释剂(0～30%)、溶剂(0～10%)、硅烷偶联剂(0.6%～1.4%)、消泡剂(0.3%～0.7%)和表面活性剂(0.3%～0.7%)配置成A组分，自制柔性固化剂(90%～100%)和固化促进剂(0～10%)配制成B组分，将A，B组分按照一定配比混合均匀，得到环保型低黏度柔性环氧树脂灌浆材料。

1.3 测试方法与标准

1.3.1 黏度

按照GB/T 2794—2013《胶黏剂黏度的测定》对浆液的黏度进行测试。

1.3.2 抗拉强度和断裂伸长率

按照GB/T 2568—1995《树脂浇铸体拉伸性能试验方法》进行测试，在恒定温度下固化一定时间，每组试样至少测试5次，取其平均值即为测试结果。

1.3.3 抗压强度

按照GB/T 2567—2008《树脂浇铸体性能测试》进行测试，试件尺寸按照JC/T 1041—2007《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》的要求，采用2 cm×2 cm×2 cm立方体， 在恒定温度下固化一定时间，每组试样至少测试5次，取其平均值即为测试结果。

1.3.4 粘接强度

按照GB/T 16777—2008《建筑防水涂料试验方法》和JC/T 1041—2007《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》进行测试，将8字形砂浆块拉断，在断面处涂上混合均匀的浆液，迅速对接好并用橡皮筋箍筋；湿面粘接为将砂浆块从水中取出抹去游离水后用上述方法进行粘接。

2 结果与讨论

黏度是环氧灌浆材料可灌性优劣的重要因素，黏度越低，可灌性越好。常用环氧树脂的基本黏度通常在3 000～15 000 mPa·s之间，需要加入稀释剂来调节浆液的整体黏度。为了不过多地降低固化物交联密度，采用活性稀释剂与非活性稀释剂(溶剂)相配合的方式降低环氧树脂灌浆浆液的初始黏度。

2.1 活性稀释剂对浆液黏度的影响

笔者研发的环氧灌浆为环保低黏度型，因此选用黏度低、稀释效果好的单官缩水甘油醚AGE、BEG和692活性稀释剂。实验用环氧灌浆浆液的组成和配比见表1。在保持环氧基/活性氢比例不变前提下，保持其他成分添加量不变，仅改变AGE、BEG和692活性稀释剂加量(占环氧树脂质量分数)，浆液的初始黏度变化结果见图1。

表1 含有不同添加量活性稀释剂的浆液的组成和配比 g

图1 不同种类活性稀释剂加量对浆液黏度的影响

从图1可见，随着活性稀释剂的加入，浆液的初始黏度均逐渐下降，原因在于稀释剂的加入减小了环氧树脂分子运动的阻力，增强了其运动能力，所以体系的黏度逐渐减小。25 ℃下，双酚F型环氧树脂的黏度为2 500 mPa·s，当加入30%AGE稀释剂时，体系黏度迅速下降至86 mPa·s；加入30%692稀释剂时，体系黏度迅速下降至67 mPa·s；加入30%BGE稀释剂时，体系黏度迅速下降至50 mPa·s。AGE和692稀释剂的稀释效果明显弱于BGE稀释剂，原因是AGE稀释剂中存在C12-14的长碳链，容易发生分子链间的缠绕或交联而增加分子运动的阻力；692稀释剂中存在苯环，具有较大的位阻作用，同样不能大幅度减小环氧树脂的运动阻力；而BGE相对于AGE和692稀释剂来说，相对分子质量最小，不易发生分子间的缠绕，位阻最小，所以BGE稀释剂的稀释效果最好。综合考虑，选择BGE作为环保型低黏度环氧灌浆的活性稀释剂。

2.2 溶剂含量对浆液黏度以及固化物性能的影响

为了提高浆液的可灌性，需要加入大量的稀释剂来达到降低体系黏度的目的，而加入大量稀释剂会显著降低固化物的力学性能。因此，在加入活性稀释剂后，可选择添加适量的低黏度、高挥发性且低毒的溶剂，以进一步降低浆液的初始黏度。实验选择BGE为活性稀释剂，在保持其他成分含量保持不变的前提下，加入0～30 g 无水乙醇，具体配方见表2，乙醇添加量与浆液黏度的变化关系见图2。

表2 不同乙醇添加量的浆液的组成和配比 g

图2 溶剂添加量对浆液初始黏度的影响

由图2可见，随着乙醇添加量从0逐渐增加至30 g，浆液初始黏度逐渐从50 mPa·s下降至21 mPa·s，且当乙醇添加量为20 g 和30 g时，浆液初始黏度低于30 mPa·s。

固化后，对各配方的力学性能测试结果见表3。随着乙醇添加量的增加，灌浆材料的表干时间逐渐延长，抗压强度、抗拉强度逐渐降低，断裂伸长率逐渐增大，干粘以及湿粘强度均为基材破坏，满足标准。究其原因，发现添加乙醇会降低固化物的交联密度，导致抗压和抗拉强度降低；而部分未挥发的乙醇残留在固化物中，起到增韧的作用，导致固化物的断裂伸长率随着乙醇添加量的增加而增加。综合黏度、性能测试发现，仅有配方4和配方5能满足JC/T 1041—2007《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》中的I型标准，而过多添加乙醇(配方5)导致表干时间长，影响施工效率，且固化物性能下降明显。因此，综合考虑，选择配方4为最终环保型低黏度环氧树脂灌浆材料的配方。

表3 溶剂添加量对环氧树脂灌浆固化物性能的影响

3 结论

BGE稀释剂相比于AGE和692稀释剂具有最优的稀释效果，当添加量为环氧树脂质量的30%时，浆液的初始黏度降至50 mPa·s。

添加无水乙醇对环氧灌浆浆液具有很好的增韧和稀释作用，当环氧树脂用量为150 g，无水乙醇的添加量为20 g时，浆液的初始黏度为25 mPa·s，固化物具有优异的柔韧性和力学性能，其抗压强度为107 MPa，抗拉强度为22.1 MPa，断裂伸长率为36.2%，干粘接强度为4.0 MPa(基材破坏)，湿粘接强度为3.1 MPa(基材破坏)，满足JC/T 1041—2007《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》中的I型要求。