低温环境下混凝土裂缝修复环氧胶粘剂的研究

冯李，田甜

（湖南三一工业职业技术学院，湖南长沙 410000）

0 引言

裂缝是混凝土病害最普遍的表现形式， 裂缝的存在会加速混凝土的劣化，并加剧钢筋锈蚀，显著降低混凝土结构的整体性， 大幅缩短建筑物的使用寿命，甚至会威胁到建筑物的使用安全。

裂缝灌浆是混凝土裂缝修复中效果最好、应用范围最广的一种方法，其主要用于混凝土深层及贯穿裂缝的修补。采用环氧树脂灌浆材料修补混凝土裂缝已有几十年的历史，国内外已有许多企业生产系列环氧树脂灌浆材料，应用技术也趋于成熟。 但随着温度的降低，环氧树脂灌浆材料的黏度也会逐渐升高，导致在冬季低温情况下（＜10 ℃）裂缝修复胶的施工性能变差，尤其是对于宽度为0.2 mm 以下的裂缝，注胶施工会变得十分困难。 为降低胶液黏度，一般会采用掺入稀释剂的方法，但随着掺入量的增加，固化产物的力学强度会大幅下降，最终导致无法达到补强加固的目的。 综上所述，研究低温环境下具有低黏度的混凝土裂缝修复胶是非常有意义的。

1 试验部分

1.1 试验原材料

环氧树脂（双酚A 型，牌号NPEL128）、环氧树脂（双酚F 型，牌号NPEF170），工业级，南亚环氧树脂公司；低黏度高活性环氧树脂（H1），自制；稀释剂（牌号LS748、LS501、LS692、LS678），工业级，湖北绿色家园；稀释剂（牌号：XY636），工业级，安徽新远；偶联剂（牌号KH560），工业级，武汉华伦；固化剂（G1 改性脂环胺），自制；固化剂（G2 改性脂肪胺，G3 脂环胺，G4 改性酚醛胺，G5 聚醚胺），工业级，市售。

1.2 试验仪器

NDJ-1(指针式) 旋转黏度计，上海高致精密仪器有限公司；电子天平，奥豪斯仪器(上海)有限公司；电子万能试验机（20 kN），上海华龙测试仪器股份有限公司。

1.3 材料配制

（1）A 组分配制：将环氧树脂、稀释剂、偶联剂按一定比例混合，搅拌均匀后脱泡静置待用。

（2）B 组分配制：将固化剂、消泡剂、促进剂按一定比例混合，搅拌均匀后脱泡静置待用。

（3）使用时，将A、B 组分按计算配比掺加到容器中，搅拌均匀。

1.4 测定与表征

（1）黏度：参照GB/T 2794—2022《胶黏黏度的测定》标准进行测试，测试温度为（23±1）℃和（5±1）℃。

（2）适用期：参照GB/T 7123.1—2015《多组分段粘剂可操作时间的测定》标准进行测试，测试温度为（23±1）℃和（5±1）℃。

（3）拉伸强度与压缩强度：参照GB/T 2567—2022《树脂浇筑体性能试验方法》标准进行测试，养护条件23 ℃/7 d。

（4）钢与干态混凝土正拉粘结强度：参照GB 50728—2011 《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》标准中附录G 进行测试，养护条件23 ℃/7 d。

2 结果与讨论

2.1 环氧树脂

选用了NPEL128、NPEF170 及H1 三种环氧树脂进行试验， 其中NPEL128 属于双酚A 型环氧树脂，NPEF170 属于双酚F 型环氧树脂，H1 属于低黏度高活性环氧树脂。双酚A 型环氧树脂NPEL128 的原材料容易获取， 材料成本在三种环氧树脂中最为低廉，因而在建筑胶粘剂产品中用量最大，应用范围最广。双酚F 型环氧树脂NPEL170 也是一种常用环氧树脂，能有效地降低环氧树脂的黏度。 H1 低黏度高活性环氧树脂是一种经过了改性， 大幅降低了自身黏度的环氧树脂， 同时由于引入了高活性的官能团，所以其在低温环境下能够更好地进行反应。

2.1.1 环氧树脂对体系黏度的影响

黏度试验均在23 ℃下进行测试， 测试结果如表1 所示。

表1 不同环氧树脂对黏度的影响单位：mPa·s

从表1 可以得知，NPEL128 树脂的黏度最大，H1 自制树脂的黏度仅为800 mPa·s， 不到NPEL128 树脂的十分之一， 适合用于灌浆材料的配制，但须综合考虑其力学性能后再做评价。

2.1.2 环氧树脂对固化产物力学强度的影响

固定其他实验条件不变，环氧树脂的选择对固化产物力学强度的影响如表2 所示。

表2 不同环氧树脂对力学性能的影响

从表2 可知， 双酚F 型环氧树脂NPEF170 与双酚A 型环氧树脂NPEL128 相比，其力学性能较接近，且黏度仅为双酚A 环氧树脂NPEL128 的1/4，这可以有效降低整个环氧体系的黏度。低黏度高活性环氧树脂H1 的力学性能虽然相对于其他两种环氧树脂偏低， 但其力学性能下降幅度并不大，仍表现出较好的力学性能。

综合考虑不同环氧树脂的黏度与力学性能，认为低黏度高活性环氧树脂H1 更适宜用于低温环境下低黏度环氧胶粘剂的制备，所以，后续试验主体树脂均使用低黏度高活性环氧树脂H1。

2.2 稀释剂

由于H1 环氧树脂黏度仍较大，尤其在低温环境下，黏度会上升较明显，无法满足对微细、深层裂缝的灌缝要求，因此需掺入稀释剂降低环氧胶粘剂体系的黏度，改善胶液的施工性能。

选用了五种不同种类的活性稀释剂进行了实验，其中LS748（碳十二至十四烷基缩水甘油醚）、LS501（丁基缩水甘油醚）和LS692（苄基缩水甘油醚）属于单官能度活性稀释剂， LS678（新戊二醇二缩水甘油醚）属于双官能度活性稀释剂，XY636（三羟甲基丙烷三缩水甘油醚）属于三官能度高性能活性稀释剂。 上述五种稀释剂均可参与固化反应，所以对固化产物性能的不利影响远小于非活性稀释剂，同时具有不挥发，更环保的特性。

2.2.1 稀释剂对黏度的影响

将稀释剂掺入自制低黏度环氧树脂H1 中进行混合，直至均匀，在23 ℃的情况下测试在掺入不同种类和掺量的稀释剂下环氧树脂体系黏度的变化，结果见图1。

图1 不同稀释剂对环氧体系黏度的影响

从图1 可知，掺入稀释剂后，胶液体系的黏度有大幅的降低，但随着稀释剂掺量的增大，体系黏度的下降趋势放缓。 从稀释效果看，最好的是丁基缩水甘油醚LS501， 最差的为三羟甲基丙烷三缩水甘油醚XY636，总体来说，单环氧稀释剂稀释效果较好，官能度高的稀释剂稀释效果较差。 原因是单环氧稀释剂的掺入， 使胶液体系的分子链间距变大，从而分子间作用力变小，内摩擦阻力也相应变小，黏度下降。 而多环氧稀释剂分子中含多个官能团，分子间作用力较大，所以稀释效果较差。

2.2.2 稀释剂对固化产物力学强度的影响

不同种类和掺量的稀释剂下环氧树脂体系的抗压强度见图2。

图2 不同稀释剂对环氧体系抗压强度的影响

从图2 可以得知， 随着稀释剂掺量的增大，抗压强度值也随之下降，其中单环氧稀释剂下降尤为明显，其次是双官能团稀释剂，影响最小的是三官能团稀释剂。 这是因为稀释剂官能团越多，形成的固化产物交联密度就越高，力学强度就越好。

从稀释效果、对压缩强度影响及材料成本对比LS692 与LS678 的性能， 认为使用掺量为30%的LS692 更适合用于低温环境下低黏度裂缝修复胶的配制。

2.3 固化剂的影响

采用H1 自制树脂作为基体树脂，掺入30%的LS692，搅拌均匀后制成A 剂，同时，选用5 种不同类型的固化剂进行实验， 其中G1 为自制改性脂环胺、G2 为改性脂肪胺、G3 为脂环胺、G4 为改性酚醛胺、G5 为聚醚胺。分别测试了23 ℃和5 ℃环境下混合物的黏度、固化体系的适用期，以及在23 ℃/7 d 固化条件下的抗压强度及粘结强度，测试结果见表3。

表3 不同固化剂对固化体系性能的影响

3 结论

（1）自制的环氧树脂H1 既有效地降低了体系黏度，又保证了固化产物的力学强度，适宜用于裂缝修复胶的配制。

（2）单环氧稀释剂比多环氧稀释剂的降粘效果更为明显，但是单环氧稀释剂的掺入会使固化产物力学强度明显下降。 苄基缩水甘油醚（LS692）虽然属于单环氧稀释剂， 但其分子中含有苯环结构，刚性大， 所以在显著降低胶液体系粘度的情况下，也有效降低了稀释剂对固化产物力学强度的影响。

（3）制得的低温环境下混凝土裂缝修复环氧胶粘剂施工性能与力学性能符合GB50728—2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》 技术要求，特别适应于在低温环境下对混凝土微细裂缝的补强加固， 且已在某水电站泄洪洞裂缝处进行了应用，应用效果良好。