柔韧性环氧树脂堵漏材料的研究

杨晓强，王彦臻，陈千（西安市地下铁道有限责任公司，陕西西安　710018）



柔韧性环氧树脂堵漏材料的研究

杨晓强，王彦臻，陈千
（西安市地下铁道有限责任公司，陕西西安710018）

摘要：采用低分子多胺、多聚甲醛与长链酚的曼尼斯反应合成酚醛胺，再配以聚醚胺和促进剂制备柔韧性环氧树脂固化剂，同时通过共混改性的方法对环氧树脂进行改性，制备一种柔韧性环氧树脂堵漏材料。研究了活性稀释剂、增韧剂和固化剂含量对环氧堵漏材料性能的影响。通过配方的优化，得到了可灌性好、性能优异的堵漏材料。

关键词：环氧树脂；柔韧性；堵漏材料

0　前言

随着国民经济的快速发展，我国城市地铁建设十分迅速。地铁工程设计的使用寿命长达百年，然而受地质条件的不同，新旧结构的搭接，地铁隧道不同施工工艺的结构之间的结合，混凝土自身的收缩，施工质量，地下水等因素的影响，造成地铁混凝土结构的裂缝、变形缝、施工缝及缺陷等不可避免地存在一定程度的渗漏水，给地铁的安全运营带来潜在的安全隐患，极大地影响混凝土结构的耐久性，严重影响地铁系统的使用寿命[1-2]。通过使用堵漏材料可以有效地对地铁的渗漏水进行治理，消除隐患，延长地铁系统的使用寿命。环氧树脂堵漏材料具有优良的力学性能，能有效在水介质中快速固化，而且固结体强度高、与混凝土粘结性能良好、收缩率低，耐酸、碱、盐等性能优异，同时兼顾了堵漏和加固的作用，在地铁渗漏水治理方面具有广阔的应用前景[3-5]。

环氧树脂堵漏材料一般分为A、B组分，A组分以环氧树脂为主体，B组分为固化剂，通常使用的固化剂为小分子多元胺，其反应速度快、可室温固化，但是分子量较低、挥发性大、毒性大，对人体伤害也大。由于反应速度过快，使固化收缩应力大、易开裂、性脆。并且固化剂用量少，配比要求严格，给使用者带来不便[6]。本文采用低分子多胺、多聚甲醛与长链酚的曼尼斯反应，制备柔韧性的酚醛胺固化剂，克服了传统小分子多元胺固化剂的上述缺点。同时采用共混改性的方法对环氧树脂进行改性，制备出一种柔韧性环氧树脂堵漏材料。

1　实验

1.1原材料与实验仪器

环氧树脂、活性稀释剂、增韧剂、长链酚、多聚甲醛、低分子多胺、聚醚胺和促进剂，均为工业品。

傅立叶红外光谱仪，美国Analect公司；NDJ-1型旋转黏度计，上海精科天平仪器厂；WDW3020型微机控制电子万能试验机，长春科新试验仪器有限公司；恒温恒湿试验箱，华南仪器设备有限公司。

1.2环氧树脂堵漏材料的制备

在带有回流冷凝器的反应器中加入定量的长链酚和低分子多胺，升温到50℃，边搅拌边分批加入多聚甲醛，体系升温到（80±5）℃回流反应3 h，冷却至50℃即得到酚醛胺。再加入聚醚胺和促进剂混合均匀，得到固化剂。

将环氧树脂、活性稀释剂和增韧剂以不同比例混合均匀，作为A组分；固化剂作为B组分。A、B组分按照2∶1质量比混合均匀，即得到环氧树脂堵漏材料。

1.3测试方法

（1）黏度：按GB/T 2794—1995《胶粘剂粘度的测定》进行测试。

（2）FTIR分析：采用美国Analect公司RFX-65A傅里叶红外转换光谱仪测试。

（3）水下初凝时间：在实验室标准条件下[温度（23±2）℃，相对湿度（50±10）%]，将浆液A、B组分按照一定质量比混合均匀并称量45 g，倒入250ml的玻璃烧杯中，使其铺展均匀。将250ml玻璃烧杯放入3000ml的玻璃烧杯中，将水倒入到3000ml的刻度处。每隔10min用玻璃棒接触一次浆液混合体的表面，直到出现“拉丝”现象。记录此时经过的时间，则该时间为环氧树脂堵漏材料在水下的初凝时间，精确到10min。

（4）抗压强度：按照GB/T 2567—2008《树脂浇注体性能测试》，截取直径为10mm高度为25mm的圆柱体试样。浇注体在恒定温度下放置28 d后，使用WDW3020型微机控制电子万能试验机进行测试，记录样品破裂前所受最大压力下的压强值。

（5）断裂伸长率：按GB/T 2568—1995《树脂浇铸体拉伸性能试验方法》测试固结体的断裂伸长率。

（6）水下粘结强度

试件制备：按照GB/T 16777—2008《建筑防水涂料试验方法》要求制备“8”字型砂浆试块。采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，将水泥和中砂按照1∶1质量比加入砂浆搅拌机中搅拌，加水量以砂浆稠度70～90mm为准，倒入模框中振实抹平，然后移入养护室，1 d后脱模，水中养护10 d后再在（50±2）℃的烘箱中干燥（24±0.5）h，取出在标准条件下放置备用，同样制备5对砂浆试块。

试验器具：拉力试验机，拉伸速度（5±1）mm/min。

试验步骤：将“8”字模拉断并浸泡于水中，24 h后取出。将浆液A、B组分按照一定质量比混合均匀，涂于“8”字模断面，对接粘合后用橡皮筋固定好，将粘合面水平放置，立即完全浸入（23±2）℃水中养护28 d，取出后测其粘结强度。

2　结果与讨论

2.1曼尼斯反应制备酚醛胺的红外光谱结构表征

长链酚、低分子多胺和合成酚醛胺的红外谱图如图1所示。在长链酚的红外谱图中，3342 cm-1附近为酚—OH的吸收峰，1600～1400 cm-1区域为苯环的吸收峰，3000～2800 cm-1区域为烷烃链中C—H的吸收峰，3072 cm-1附近为=C—H的吸收峰，此峰很弱说明长链酚中连接苯环的长烃链上有少量的C=C。在低分子多胺的红外谱图中，3400～3200 cm-1区域的双峰以及900～770 cm-1区域的峰为伯胺特有的吸收峰。合成的酚醛胺谱图中，3400～3200 cm-1区域的双峰逐渐变成单峰，以及900～770 cm-1区域的峰逐渐消失，说明低分子多胺的端氨基发生了反应，此外，在1850～1650 cm-1区域未出现C=O的任何吸收峰，说明醛被反应完全，生成了目标产物酚醛胺。

图1　曼尼斯反应合成酚醛胺的红外光谱

2.2活性稀释剂对环氧树脂堵漏材料性能的影响

活性稀释剂为分子链上带有1个环氧官能团的低分子物质，其黏度很低，小于10mPa·s（25℃），可以有效降低环氧树脂的黏度，同时可以参加固化反应。但是由于只含有1个环氧基团，参加反应后降低了环氧树脂的交联度，通常会使得材料的性能降低。实验将一定份数活性稀释剂与100份环氧树脂混合配制成环氧浆液A组分，测试活性稀释剂含量对A组分黏度和固结体（A、B组分质量比为2∶1）抗压强度的影响，实验结果见图2和图3。

从图2、图3可以看出，随着稀释剂含量的增加，A组分的黏度先迅速下降，后下降速度变缓，而固结体抗压强度下降速度一直很快。这说明稀释剂含量不能太多，否则严重影响材料的抗压强度，本实验活性稀释剂含量在20份左右时，浆液的黏度比较适中，固结体强度也较高。

图2　稀释剂含量对A组分黏度的影响

2.3增韧剂含量对环氧树脂堵漏材料性能的影响

增韧剂一般为分子链柔性好的物质，通过共混对环氧树脂改性后，会大大改善环氧固结体的脆性，但同时也会对其强度产生一定影响。本实验采用20份活性稀释剂将100份环氧树脂稀释后，再以不同份数的增韧剂对其改性，测试增韧剂含量对固结体（A、B组分质量比为2∶1）性能的影响，实验结果见图4和图5。

图3　稀释剂含量对固结体抗压强度的影响

图4　增韧剂含量对固结体断裂伸长率的影响

图5　增韧剂含量对固结体抗压强度的影响

从图4、图5可以看出，随着增韧剂含量的增加，材料的断裂伸长率前期增长较缓慢，中期迅速增长，后期增速趋于平缓，其抗压强度则缓慢下降。这说明增韧剂含量必须达到一定量时才能对材料的脆性有明显改善，但也不可添加太多，以免强度下降太多。本实验在增韧剂含量为20份时，材料的综合性能较好。

2.4固化剂用量对环氧树脂堵漏材料的性能

固化剂用量对环氧树脂堵漏材料的性能有较大影响，实验将100份环氧树脂、20活性稀释剂和20份增韧剂混合配制成环氧浆液A组分，然后将A组分与固化剂按不同质量比混合，测试固化剂用量对环氧树脂堵漏材料初凝时间和抗压强度的影响，实验结果见表1。

表1　固化剂用量对环氧树脂堵漏材料性能的影响

从表1可以看出，随着固化剂用量的增加，环氧树脂堵漏材料的水下初凝时间缩短，抗压强度提高。当A组分与固化剂的质量比由3∶1变到1∶1时，水下初凝时间由240min缩短到50min，抗压强度由40MPa提高到52MPa。当A组分与固化剂的质量比为2∶1时，材料的综合性能较优。

3　结语

采用长链酚、多聚甲醛和低分子多胺的曼尼斯反应合成了一种酚醛胺，再配以聚醚胺和促进剂得到柔韧性环氧树脂固化剂。经过配比试验得到较佳配方，将100份环氧树脂、20活性稀释剂和20份增韧剂混合配制成环氧浆液A组分，浆液的初始黏度在500mPa·s左右。然后将A组分与固化剂按2∶1质量比混合，制得的环氧树脂堵漏材料水下初凝时间120 min、抗压强度49MPa、断裂伸长率15%、水下粘接强度1.7 MPa。此环氧树脂堵漏材料可灌性好，施工方便，水下凝固速度快，力学性能优良。

参考文献：

[1]雷永生，邓国华.城市地下铁道工程防水技术探讨[J].地下空间与工程学报，2012，8（3）：637-644.

[2]张运勋，彭纪超，王玖玲，等.地铁漏水事故及原因分析[J].交通企业管理，2013（11）：62-64.

[3]魏涛，汪在芹，韩炜，等.环氧树脂灌浆材料的种类及其在工程中的应用[J].长江科学院院报，2010，26（7）：69-72.

[4]邹海良，张亚峰，邝健政，等.弹性环氧灌浆材料的性能研究[J].新型建筑材料，2009（10）：73-78.

[5]邱建华，谢永江，李化建，等.环氧树脂灌浆材料的制备及其性能研究[J].新型建筑材料，2010（10）：62-65.

[6]刘守贵，甘国华，王家贵.环氧树脂胺系固化剂改性综述[J].水运工程，1996（4）：46-52.

Study on the flexible epoxy resin sealing material

YANG Xiaoqiang，WANG Yanzhen，CHEN Qian
（Xi'an Mass Transit Railway Co.Ltd.，Xi'an 710018，China）

Abstract：A kind of flexible epoxy resin curing agent was prepared by mixing phenolic amine，poly formaldehyde and promoter.The phenolic amines ware synthesized by Mannich reaction of low molecular polyamine，polyamine and long chain phenol.At the same time，the epoxy resin was modified by blending modification method.Then，a kind of flexible epoxy resin sealing material was prepared.The effect of the content of reactive diluent，toughening agent and curing agent on the properties of epoxy resin sealing material was studied.Through the optimization of the formulation，a new sealing material with good irrigation and excellent performance was obtained.

Key words：epoxy resin，flexible，sealing material

作者简介：杨晓强，男，1966年生，陕西礼泉人，教授级高级工程师。地址：西安市未央区凤城八路126号，E-mail：xiaoqiangyang123@126. com。

收稿日期：2015-09-10

中图分类号：TU57

文献标识码：A

文章编号：1001-702X（2016）01-0056-03