环氧砂浆性能影响的研究

张晓华，朱华，陈晓龙

（苏州市姑苏新型建材有限公司，江苏 苏州　215132）



环氧砂浆性能影响的研究

张晓华，朱华，陈晓龙

（苏州市姑苏新型建材有限公司，江苏 苏州215132）

摘要：主要分析了稀释剂对环氧砂浆体系强度的影响，并探讨了不同固化剂对操作时间的控制及其力学性能的影响，以及从不同种类填料的配比和掺量方面研究其力学性能的变化，对环氧砂浆的研制具有参考和指导意义。

关键词：环氧树脂；环氧砂浆；石英砂

环氧砂浆是由有机材料和无机材料组成的多相复合材料，其有机材料为环氧树脂和固化剂反应后生成的固化物，在整个体系中充当胶结材料；无机材料主要为惰性的填料，如石英砂、水泥等。为了优化性能还可加入稀释剂、增韧剂等。这种砂浆具有良好的和易性，而且强度高、抗冲击性和耐磨性好、粘结力强以及耐水和化学溶剂侵蚀［1］。正是由于环氧砂浆的这些特点，因此其广泛适用于混凝土结构修补、加固、灌浆、锚固、地坪等施工。

本文主要分析了稀释剂对体系强度的影响，并探讨了不同固化剂对操作时间的控制及其力学性能的影响，以及从不同种类填料的配比和掺量方面研究其力学性能的变化，对环氧砂浆的研制具有参考和指导意义。

1　试验

1.1主要原料

环氧树脂（EP），E-51，工业级，无锡蓝星新材料有限公司；稀释剂AGE，工业级，安微新远化工有限公司；固化剂QS-J004（R），工业级，北京金岛奇士材料有限公司；固化剂2758，工业级，空气化工产品（中国）投资有限公司；42.5级普

通硅酸盐水泥，安徽海螺水泥股份有限公司；河沙，50～70目，苏州某沙厂；石英砂，20目，浙江某沙厂。

1.2试验仪器

JB90-D型强力电动搅拌机，上海标本模型厂；HZF-A1000型电子天平，福州华志科学仪器有限公司；0～200mm游标卡尺，上海量具刃具厂；TYB-300B型压力试验机，无锡建仪仪器机械有限公司；WE-100型液压万能试验机，北京时代润宝科技发展有限责任公司。

1.3试验方法

先将所需不同类型的固化剂按照要求比例混合好，然后再将环氧树脂与固化剂按不同比例混合，最后加入预先混合好的骨料，搅拌均匀，参考GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》，制作40mm×40mm×160mm样块，待其固化后拆模，标准条件下养护7d后测试其抗压强度和抗折强度。

2　结果与讨论

2.1固化剂对体系性能的影响

固化剂是建筑胶粘剂中最主要的配合材料，它直接或通过催化剂与基料进行反应，使原来热塑性的线型树脂或活性单体通过固化反应变成立体网状结构或大分子聚合物。固化结果使分子间距离、形态、热稳定性、化学稳定性等都发生显著的变化，获得了更好的粘结与物理机械性能［2］。在环氧树脂建筑胶中常用的固化剂主要有脂环胺、芳香胺、脂肪胺及其相应的改性胺类固化剂。考虑到反应时间、抗压强度、抗折强度

QS-J004（R）属于改性脂环胺及液体芳香胺固化剂，综合力学性能优异，但是其反应活性温和，为了弥补和调整反应速度，采用了反应活性较高的固化剂2758进行调节。基础研究配方为：100份环氧树脂E-51、20份稀释剂AGE、50份固化剂。固化剂QS-J004（R）和固化剂2758的质量比对体系反应时间及其性能的影响见表1。

表1　固化剂质量比对体系反应时间及其性能的影响

由表1可以看出，随着固化剂2758的用量增大，体系的反应时间也随着加快，根据现场操作需要，一般会选择操作时间在60～120min，所以QS-J004（R）和2758的质量比在1∶（0.8～1.2）较为适宜。

从表1还可以看出，体系的抗压强度随着固化剂QS-J004 （R）用量的减小而提高，这是因为QS-J004（R）属于柔性固化剂，在固化产物强度方面没有固化剂2758高，所以表现出随着QS-J004（R）用量的增加而降低；体系的抗折强度随着QSJ004（R）用量的增加先提高后降低，这是因为2758属于刚性强度比较好的固化剂，随着QS-J004（R）柔性固化剂的加入，体系的韧性慢慢上升，相应的会损失一些抗压强度，在QS-J004 （R）和2758质量比为1∶1时抗折强度达到最高为60MPa（此时，抗折实验的结果都是折断的），随着QS-J004（R）用量继续增加，由于体系的柔性继续上升，刚性持续下降，抗折强度越来越低，同时表现出的破坏效果为实验样品由于柔性太高而无法折断。综上，QS-J004（R）和2758质量比为1∶1最佳。

2.2稀释剂对体系性能的影响

在环氧砂浆中加入一定量的稀释剂，不但可以降低体系的黏度，增加流动性，提高对填料的浸润性和对基材的渗透能力，而且还可以提高骨料的添加量，从而达到降低成本的目的。常用的溶剂可以分为活性的和非活性的，非活性的一般有二甲苯、丙酮、DBP等，其中二甲苯和丙酮等是挥发性比较大的，在施工过程中对环境和施工者都不环保，并且环氧砂浆层本身具有一定的厚度，固化后，会有一些溶剂未挥发而残留在体系内，由于其不参与固化反应，仍然以原来的分子形势存在，游离于砂浆层中，而影响砂浆层的整体强度性能。而高沸点酯类DBP等非活性溶剂虽然不挥发，但不参与体系反应，因此也会残留在体系内而影响环氧砂浆的力学强度。活性溶剂一般是含有1个或2个环氧基的低分子化合物，它们参与固化反应［3］。常用的活性稀释剂有：碳12-14烷基缩水甘油醚（AGE）、正丁基缩水甘油醚（BGE）、苄基缩水甘油醚（692）等，考虑到黏度、性能、气味、价格等因素，本研究选取AGE作为主要稀释剂。AGE活性溶剂在常温下黏度约为10mPa·s，而且无色无味，基本不挥发，可以参与环氧树脂和固化剂的化学反应。试验配比为：100份环氧树脂E-51，50份固化剂 ［QS-J004（R）与2758均为25份］。稀释剂用量对体系强度的影响见图1。

图1　稀释剂用量对体系强度的影响

从图1可以看出，体系的抗压强度随稀释剂AGE用量的增加而降低，这主要是因为AGE用量增加，降低了体系的分子交联密度。由于一开始AGE的添加可以增加体系的韧性，降低脆性，因此抗折强度是先提高的；AGE用量从20份继续增加，体系刚性强度下降明显，体系变软，导致抗折强度下降。综合对抗压、抗折强度的影响、施工方便性、对基材的渗透性和后续成本控制来讲，稀释剂用量控制在20～25份比较适合。

2.3填料对体系性能的影响

填料的添加，不仅可以降低体系的收缩率和热膨胀系数，增加导热率和机械强度［4］，提高材料的粘结力、耐磨性，改善材料的老化性能，增长其使用寿命等［5］；还可以使得环氧树脂的用量下降，从而降低环氧砂浆的成本。选取了42.5级普通硅酸盐水泥、50～70目河砂、20目石英砂这3种材料作为主要填料，按照m（水泥）∶m（河砂）∶m（石英砂）=1.0∶1.5∶1.5的比例预先混合好，液料各组分用量为：100份环氧树脂E-51，20份稀释剂AGE，50份固化剂［QS-J004（R）与2758均为25份］，总液料固定为170份，填料用量对体系性能的影响见图2。

图2　填料用量对体系性能的影响

从图2可以看出，随着填料用量的增加，体系的抗压强度缓慢提高，当m（填料）∶m（液料）=3.5时，体系的抗压强度达到最高为93MPa，之后随着填料用量的继续增加，抗压强度随之降低。这主要是因为填料用量增加，环氧砂浆的密实度得到提升，从而提高了固化产物的刚性强度，所以表现出一开始的抗压强度增加；但当填料用量过大时，由于液料不能很好地浸润包裹填料，使得某些填料增加无效，表现出抗压强度的降低，这种无效填料的继续超负荷增加，使得抗压强度大幅下降，当m（填料）∶m（液料）=5.5时强度下降极其明显。

从图2还可以看出，随着填料用量的增加，体系的抗折强度一直降低，这主要是因为填料的增加提高了体系的刚性强度，韧性随之降低，固化产物变脆；当m（填料）∶m（液料）＞5.5后，由于填料过多，液料无法浸润包裹填料，使得填料无效，体系的抗折强度快速下降。

在整个试验过程中还发现，当填料过少的时候，环氧砂浆在固化过程中会出现分层现象，粗颗粒填料会慢慢沉降到环氧砂浆的底部，分布不均，影响其性能的稳定性，只有当m（填料）∶m（液料）≥3时，这种填料沉淀现象才得以解决，直至环氧砂浆固化结束，都未看到有分层现象。

针对上述不同填料和液料质量比，本研究还进行了钢-混拉拔实验，选用C40混凝土，参照GB 50550—2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》中附录E进行测试，结果见表2。

表2　不同填料和液料质量比时环氧砂浆的钢-混拉拔试验

从表2可以看出，随着填料液料比增大，钢-混拉拔强度一开始变化不大，当m（填料）∶m（液料）=4∶1时，拉拔强度有所降低。这是由于填料用量的增加，环氧砂浆稠度也不断上升，除了液料没有很好地浸润填料造成环氧砂浆本身的强度降低外，还使得环氧砂浆对基材混凝土的渗透能力变差，粘结能力随之下降。甚至随着填料用量的继续增加，其钢-混拉拔强度进一步降低，拉拔破坏形式也从混凝土内聚破坏到混凝土浅层破坏，直至最后的混凝土表皮破坏。

从实际操作来看，填料太少时，环氧砂浆太黏，流动性强，液料和各种填料不稳定，容易分层，成型不方便。随着填料增加，和易性逐渐变好，但是太多时砂浆就会太干，不容易振捣，工作性变差。综合考虑，m（填料）∶m（液料）=3.0或者3.5比较适宜。

2.4不同级配砂对体系性能的影响

为了降低成本，可以添加成本便宜的填料，但是不同大小颗粒的填料对体系的性能影响不同，全部选择细填料，会降低体系的流动性，而且由于细填料的吸油性通常比粗填料大，所以能添加的最大量受到限制。全部选择粗填料，由于填料粒径比较大，添加量过大后，填料与填料之间会有空隙，造成整体力学性能下降，因此有必要对粗细填料的添加量进行研究。在液料E-51为100份，AGE为20份，固化剂为50份［QS-J004 （R）与2758均为25份］，总液料为170份的基础上，选择42.5级普通硅酸盐水泥、50～70目河砂、20目石英砂为填料，填料总量为600份，其中水泥150份不变，河砂和石英砂总量为450份，改变河砂和石英砂的质量比，进行抗压、抗折强度测试，结果见表3。

表3　河砂与石英砂质量比对体系强度的影响

从表3可以看出，在填料总量为600份、液料为170份时，体系抗压和抗折强度受粗细填料的影响不大，随着石英砂用量的增加，体系的强度先提高后降低，当m（河砂）∶m（石英砂）=1.5∶1.5时，体系的抗压、抗折强度均达到最高，之后随着石英砂用量继续增加，体系内部空穴形成的情况增加，抗压和抗折强度开始缓慢下降。

3　结论

（1）通过选用反应较快的改性多胺固化剂2758和反应较慢的韧性固化剂QS-J004（R）复配来调节环氧砂浆的反应时间，并改善其韧性，从而提高抗折强度，固化剂QS-J004（R）和固化剂2758质量比为1∶1时达到最佳。

（2）为了降低成本，在对性能影响不大的情况下能够更多的添加填料，提高液料的润湿性和流动性，不建议以非活性溶剂来稀释，而选取了活性稀释剂AGE，用量控制在m（环氧树脂E-51）∶m（AGE）=（4～5）∶1比较合适。

（3）从添加的填料量以及粗细填料不同添加量对环氧砂浆强度的影响实验中得出，m（填料）∶m（液料）=3.5比较适宜，其中各填料的比例为m（水泥）∶m（河砂）∶m（石英砂）=1.0∶1.5∶1.5，这样可以保证在液料完全浸润填料，而且不发生原料分层、沉淀的基础上最大限度地添加填料，降低成本，还能解决因粗颗

粒填料过多，砂浆内部产生空穴的问题，从而保证环氧砂浆具有较好的抗压、抗折强度。

参考文献：

［1］吕咏梅.国内外环氧树脂生产现状与发展趋势［J］.中国氯碱，2002（7）：4-5.

［2］贺曼罗.建筑胶粘剂［M］.北京：化学工业出版社，2006.

［3］翟海潮.工程胶黏剂［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［4］周梅，刘书贤.填料品种和用量对树脂混凝土强度的影响［J］.新型建筑材料，2001（3）：5-6.

［5］董洪晶.环氧树脂砂浆在低温条件下的配比研究［J］.嘉兴学院学报，2009，21（3）：98-99.

中图分类号：TU57.8+11

文献标识码：A

文章编号：1001-702X（2016）05-0023-03

收稿日期：2015-10-21；

修订日期：2015-12-01

作者简介：张晓华，男，1981年生，江苏苏州人，工程师，主要研究方向为新型建筑材料。等性能要求，本研究选择了QS-J004（R）韧性固化剂和改性多胺固化剂2758。

Study on the influence of the psroperties of epoxy mortar

ZHANG Xiaohua，ZHU Hua，CHEN Xiaolong
（Suzhou Gusu New Building Materials Co.Ltd.，Suzhou 215132，China）

Abstract：In this paper，we mainly analyze effect of diluents on the strength of the epoxy mortar system and discuss the control of operation time of different curing agents，and starting with the different fillers ratio and the amount of different fillers，to study the mechanical properties，it has reference and guiding significance to development of epoxy mortar.

Keywords：epoxy resin（EP），epoxy mortar，quartz sand