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            應用技術論壇

            水下環氧樹脂灌漿料的實驗研究

            發布時間:2017-06-10 瀏覽量: 來源: 本站 作者: 本站

             

                    盧學軍

                      (長沙新德航化工有限公司,湖南長沙,410200

            摘要:在干燥條件下,環氧樹脂在國民經濟的各個領域得到了充分的應用,已經積累了豐富的經驗。人們期望在水下能獲得同樣的應用效果,水下固化劑自然成為了水下環氧膠黏劑的關鍵技術。而水下環氧灌漿料作為水下膠黏劑的分支,如何實現其粘接強度達到與水上干燥環境的強度相差不大,需要對配制砂漿的相關材料合理篩選。本文圍繞水下環氧砂漿的原理、材料、工藝、效果、應用場合做了相關的總結和論述,希望對行業的發展能有所裨益。

            關鍵詞:環氧樹脂 水下固化劑  水下環氧灌漿料          

            1

            環氧樹脂號稱“萬能膠”,具有內聚力大、收縮率低、介電性能好、防腐性能好、極性高、對多種材料的粘接強度高、操作性好、易于滿足不同工藝特殊要求等特點。在電子絕緣材料、防腐涂料、復合材料、建筑結構膠等領域獲得越來越廣泛的應用,尤其在建筑修補行業的發展更是日新月異。在不同的地質條件和環境條件下,均可以輕松實現不同異種材料之間的結構粘接。我們知道,油性環氧樹脂的粘接對粘接界面要求較高,一般要求界面清潔干燥,無水漬無油污無粉塵,甚至需要表面做磷化、噴砂、去脂等處理方能達到較高的粘接強度。但是,建筑修補的很多領域都是在潮濕甚至水下的環境中,無法在達到表面完全干燥的環境下粘接,更不可能進行表面處理。而希望通過改變環氧樹脂的分子結構解決潮濕或水下的粘接問題不太現實,因此通過專用的水下或者潮濕面固化劑,配合通用的環氧樹脂,添加相應的C料混合均勻后即用于水下和潮濕環境下固化粘接是可行的。

             水下環境跟陸上完全不同的外部環境,周圍和界面大量的水分會影響到膠體的固化物強度和粘接強度,膠液中親水性組分會不斷的溶入水中。影響固化的進程。為實現跟陸上一樣的粘接、灌漿、防腐、填縫、加固等用途,必須要有專用的水下固化劑與環氧樹脂配套使用,方能不斷拓寬環氧樹脂在水下的應用范圍。

              多年來,國內研究人員在潮濕或水下固化劑研發方面做了大量工作,如T-31、X-89等潮濕面固化劑,810水下固化劑等,但是其潮濕面或者水下的粘接強度仍有大幅度提升空間,很多應用工程師為片面降低成本,甚至把T-31\650或者一般的酚醛改性胺等通用型固化劑都做成水下環氧樹脂環氧樹脂灌漿料,給水下建筑修補行業帶來極大的隱患。

            2  水下固化劑的特點

            2.1 對水下環氧膠黏劑的技術要求

            作為水下環氧樹脂膠黏劑(水下環氧砂漿、水下環氧灌漿料、水下防腐涂料)必須滿足以下幾個方面的要求:

            1、必須滿足水中對被粘物浸潤的熱力學條件,即在水中的粘附功要大于零。

            2、遇水后能夠在固化前保持穩定,不被水破壞。

            3、能在水中對粘接面進行有效浸潤和固化。

            4、具有一定的表面活性作用,能把被粘接面上的水分子置換或與水分子混溶。

            5、具有適當的粘度和比重。

            6、固化后與界面具有一定的粘接強度和耐水穩定性。

            7、無毒或低毒,尤其不含游離酚,對水源無污染。

            水下環氧樹脂灌漿料要滿足以上幾個條件,基本上依賴于固化劑的特性。

            2.2新德航水下環氧固化劑的特點。

             針對以上要求,我們組織課題組專業技術攻關,現開發了一系列水下環氧樹脂固化劑。該系列水下固化劑具有以下共同特點:

            2.2.1阻水性強

               具有極佳的憎水性,正常水下固化,不會被水沖散,表面出現

            斑紋狀發白,也不影響粘接強度;能清除界面上的水份,即使添

            加較多量水泥河沙,仍能保證界面干燥,照常如干燥條件下超過混

            凝土或大理石的強度;純膠水下粘接強度高,水下固化強度保持率

            95%以上,浮膠現象輕微。純膠水下表面出現正常網狀條紋。

            2.2.2表面活性好

              純膠水中固化能有效浸潤界面,水下流動性好,接觸角小,通  過添加2-3倍水泥、活性硅微粉和河沙后仍保持足夠的水下流動性和滲透性,有效填充混凝土縫隙孔洞,補強混凝土的強度;能有效處理石英沙,并保證其足夠的阻水性。

            2.2.3反應活性高

             低溫固化性能。在0°C以上固化完全,隨時間延長具備足夠的交聯度,強度指標高于國家標準要求。

            2.2.4韌性好,

             可實現水下對多種材質的粘接,如混凝土、鋼板、大理石等多種建筑材質。

            2.2.5抗壓強度高

             水泥環氧砂漿在水下常溫24小時達到50Mpa以上的抗壓強度。

            2.2.6水下粘接強度好

             水下底材疏松結構仍能保持較好的粘接強度。

            2.3 新德航水下固化劑實驗室測得的參數和特性

            項目/品名

            H-2801

            H-2802

            H-2803

              

            棕色液體

            中黃色液體

            棕色液體

            25°C粘度mpas

            3500

            3500

            3500

            胺值mgKOH/g

            250-300

             250-300

             300-350

            活潑氫當量(理論值)

            63

               76

              50

            參考配比(E-51/固化劑)

              3:1

             100:40

            100:25

            操作時間(25°C分鐘)

            30

            50

            15

            毒性LD50(mg/kg)

            5000

              5000

            5000

            水下鋼-鋼拉剪強度(Mpa)

            16.7

            19.8

            15.1

            環氧灌漿料水下正拉粘接強度(Mpa)

            3.80

            內聚破壞

            4.33

            內聚破壞

            4.15

            內聚破壞

            適應范圍

            水下建筑結構膠,水下防腐涂料

            水下大面積灌漿或化學灌漿、水下防腐涂料

            水下修補砂漿、水下快固砂漿

            3 水下環氧灌漿料的配制

            配方中對其余材料的選擇均要考慮其疏水性,盡量不添加或者少添加親水性的組份,這樣有利于提高水下界面粘接強度。

            3.1環氧樹脂和稀釋劑的選擇

            建議選擇通用型雙酚 A性環氧樹脂,如E-51\E-44\128等,雙酚A型骨架提供了體系雙苯環結構,有利于阻水防水,從操作方便性考慮,128粘度適中優于E-44在水下環氧灌漿料中得到應用。

            稀釋劑的選擇,選用環氧樹脂活性稀釋劑,帶苯環或脂環結構的雙官能團或者單官能團活性稀釋劑比較合適,不要選用非活性的甲苯,丙酮等非活性稀釋劑調節粘度。如692690680,鄰甲酚縮水甘油醚等可供選用。其余不帶環式結構的如501622AGEBGE等具有較強的親水性,極易導致界面水分,不建議選用。

            3.2對固化劑的選擇

              并非干燥面粘接好的固化劑就可以用于水下環氧砂漿的配制,固化劑既要帶給體系足夠的阻水性,又要具備足夠的表面活性,而一般的固化劑很難同時達到這兩個方面的要求。如聚酰胺、T-31及一般的酚醛改性胺,均表現為阻水性不夠或者表面活性的不足,不是容易被水沖散溶解導致固化不完全,就是在水下結團成球狀,無法實現對水底表面的浸潤和粘接。

               水下環氧修補砂漿、水下基礎快速填充環氧灌漿料需選擇阻水性強、固化快滲透力佳的水下固化劑,如H-2803。

               大面積水下環氧灌漿料需要固化劑提供足夠操作時間,因此需選擇即能低溫固化,又能提供50分鐘左右操作時間的固化劑品種,如H-2802. 

            3.3對增韌劑的選擇

            如果需要往砂漿中添加增韌劑以提高抗沖擊強度,建議添加含苯環或脂環結構的低粘度活性增韌劑,一方面相當于稀釋劑降低體系粘度,增加C料的添加量,另一方面具備一定的阻水性能。

            因為分子結構的不同,增韌劑的添加可能會對水下環氧灌漿料的流動性和滲透性、親水性造成影響,

            故需要大量實驗驗證。

            3.4C料的選擇

             大面積水下灌漿必須考慮成本的因素,填充料的添加一方面降低收縮率,有利于粘接強度的提高,另一方面可能帶給水下環氧灌漿料阻水性能和粘接強度的直線下降。因此,對C料必須篩選。且需通過固化劑的合理選用實現對石英砂的處理,使其達到親和環氧樹脂體系的目的。

            3.4.1石英砂的搭配

            不同目數的河沙和球形或準形硅微粉相互搭配,小顆粒的球形粉體能起到滾珠的作用既可以增加流動性,還可以降低混合粘度,增加加沙量,并且因結構致密,水下環氧灌漿料能有效阻滯水分侵入,有利于水下界面粘接強度的提高。

            3.4.2選用水泥

            水泥是一種用途非常廣泛的建筑材料,接觸水即能發生水化反應生成石材般的結構物,但是其親水性和吸水性使得水下固化的環氧砂漿粘接強度面臨挑戰,只有在水下固化劑阻水性能足夠優秀的前提下才能選用水泥做C料,否則會導致界面水分嚴重,粘接失效。

            3.4.3處理石英砂

            干燥石英砂,提供體系較高的抗壓強度和模量,成本低廉,可大量添加。但是表面的強烈親水性對水下粘接同樣形成挑戰,其水下固化的強度完全依賴于對固化劑的選擇。

             3.4.4用活性硅微粉

            活性硅微粉,經過活性硅烷偶聯劑處理的石英粉具有較強的疏水性和對環氧樹脂的親和性,太粗的粒徑影響浸潤,太細的粒徑影響粘度,一般以300-400目左右的準球形活性硅微粉在石英砂中可起到滾珠的作用,降低粘度,增強流動性。適合在水下環氧樹脂灌漿料中作填充料使用。另外,硅微粉表面處理的效果直接影響砂漿的疏水性能。

            3.4.5用滑石粉

            滑石粉具有一定的疏水性的天然填充劑,雖含有結合水,但在常溫固化的條件下影響不大,建議部分采納300-400目左右的滑石粉,過細粒徑的滑石粉增長粘度較快,影響石英砂的添加量。

            3.4.6C料量的控制

            要保證水下環氧灌漿液對C料的浸潤性好,C料添加過多,則漿料混合粘度高,無法對C料的粒徑表面進行充分處理和浸潤,因此水下的流動性和滲透性自然大打折扣,漿液也極易在水中析出。

            3.5水下環氧灌漿料參考配方

            128                                                                    85份

            692                                                                    15份

            水下固化劑                                 25-40份

            400目活性硅微粉                                           30-150份

            石英砂約40-80目為宜                  250-450

               硅烷偶聯劑如550                                                 2份
             
            如需要繼續降低粘度,可使用部分雙酚F環氧樹脂,還可考慮多種目數的河沙和準球型活性硅微粉相互搭配。 

             以上材料按照混合工藝混合攪拌均勻即可用于水下灌漿。

             

             3.6水下環氧灌漿料混合工藝建議

              128同692先預混1分鐘,加入固化劑同550混合2分鐘,再加入石英砂基本混合均勻后,最后加入水泥或活性硅微粉混合攪拌均勻,最好保證固化劑和河沙加入從混合開始到灌漿至少5-10分鐘的混合時間,這樣有利于河沙在體系得到充分浸潤,以防止膠水在隨后的灌漿工藝中析出。

              不建議水泥或者硅微粉先于石英砂加入到混合膠水體系中。

              不建議我司水下固化劑同別的固化劑混合復配使用。

            4.水下環氧灌漿料的應用范圍

             4.1水工建筑使用的環氧樹脂灌漿料

            水工建筑物修補材料占水工建筑物修補材料的60%,包括環氧樹脂灌漿材料、環氧樹脂修補砂漿和環氧樹脂鋼結構防腐涂層。如水工建筑的基礎和壩體裂縫的防滲加固。高速公路、橋梁、地鐵、工業和民用建筑升溫各種混凝土裂紋和基礎的防滲補強加固處理;能在潮濕和水下固化粘接的環氧樹脂砂漿涂層可做水電站抗磨蝕材料、混凝土裂紋修補材料、混凝土防滲處理和修補損傷、松動混凝土;水工建筑環氧樹脂防腐涂料和金屬結構涂層。

            4.2各種建筑物和建筑制品的水下防堵漏修補和水下防腐

              電力、建筑、鐵路、碼頭、隧道、高鐵、水池渡槽、人防工程等建筑物的缺陷修補、防水堵水,水泥制品和設備的水中粘接,且在造船、沉船打撈、船舶的水中修補中大量應用。海岸河流橋礅、鋼筋混凝土、地下電纜、輸水管道、冶金船舶、石油、煤礦等場合的水下防腐或封堵。

             4.3水下建筑結構膠

              水下建筑加固,包括水下粘接碳纖維、鋼板、錨固等建筑多種建筑加固處理。

             5.結論

            5.1  水下環氧灌漿料的主要性能關鍵取決于固化劑的特性。

            5.2 組成水下環氧灌漿料的各種原材料均要考慮盡量阻水性好、C料要干燥,尤其少含水分或不含親水性物質。

            5.3 不同目數的石英砂和球形填充料相互搭配,既可以增強水下環氧灌漿料的阻水性又可以降低其混合粘度,增強環氧灌漿料的水下流動性和滲透性。

            5.4  工藝也很重要,石英砂先于水泥或硅微粉加入到混合均勻的水下環氧灌漿料中,有利于水下環氧漿液對石英砂的處理,并保證5-10分鐘的混合處理時間,再灌漿入水,這樣才能真實反應水下環氧灌漿料的阻水能力。

             

              

             

             

             

             該文獻同時發表在《第七屆中國建筑膠黏劑發展論壇會刊》,請參閱。

            參考文獻:

            1)王熙 鄭水蓉 司小燕.水下環氧膠黏劑的研究進展

                    (J).粘接,2007.28(2):44-46 

            2) 賀曼羅 建筑結構膠粘劑施工應用技術(M).北京:化學工業出版社,2001                  

            3) 魏濤 董建軍.環氧樹脂在水工建筑物的應用.北京.化學工業出版社,2007   

             

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