固化温度对环氧树脂结构胶早期性能影响研究

2023-12-21陈勇发

大科技 2023年52期

陈勇发

（广州建设工程质量安全检测中心有限公司，广东广州 510440）

0 引言

近年来，随着我国城市更新建设由高速发展转变为高质量发展，建筑结构的维修和加固成为保障其安全性和耐久性的关键环节。环氧树脂结构胶作为一种重要的建筑材料，具有优良的胶体性能、黏结性能和耐久性能等，广泛应用于各种建筑结构维修加固等领域中[1-3]。随着环氧树脂结构胶的应用场景逐渐复杂，其相关应用研究主要集中于针对应用环境进行制备研究和性能优化，其中以研究温度最为普遍。低温方面，李翠影等[4]研究发现聚氨酯可显著改善环氧树脂的低温韧性，有效避免环氧树脂低温开裂现象；崔东霞等[5]研究发现降低固化温度可减小环氧树脂体系的交联密度，从而有效提高环氧树脂固化物的断裂伸长率；刘文松[6]通过添加增韧剂解决低温环境下环氧树脂基复合材料韧性不足的问题，并经自催化模型动力学方程验证实验结果；曹成林[7]对环氧-固化剂分子结构和交联密度进行设计并制备耐低温环氧胶黏剂，探索其在能源运输领域的应用。高温方面，张宝华等[8]研究不同固化温度条件下环氧树脂固化物的各项性能；胡高平等[9]测定环氧建筑结构胶热变形温度，探讨了影响其热变形温度的因素；李悦等[10]研究发现升高固化温度可提高环氧树脂结构胶的抗压、抗弯强度。

本文选取环氧树脂结构胶为研究对象，研究在不同固化温度、不同龄期条件下环氧树脂结构胶的压缩强度、拉伸强度、伸长率和正拉黏结强度，分析固化温度对环氧树脂结构胶早期性能的影响，为工程实际中环氧树脂结构胶的应用提供参考。

1 试验概况

1.1 试验材料及仪器设备

试验材料包括环氧树脂结构胶（AB 双组份，比例为2∶1），生产厂家为广东光和建筑材料有限公司。

仪器设备包括万能试验机、高温箱等。

1.2 试样制备及试验方法

（1）试样制备。将环氧树脂结构胶按规定的双组份比例2∶1 混合并搅拌均匀，并充分排除气泡。在室温环境下进行浇铸，浇铸时应尽量避免产生气泡。图1 为各试验待测试样。浇铸后放置24h 拆模，将试样平均分成3 份，第1 份在23℃环境下进行养护，第2 份在40℃环境下进行养护，第3 份在65℃环境下进行养护，并分别在2d、3d、5d 和7d 龄期时进行性能测试。试验前，试样应在温度（23±2）℃、湿度50%±10%环境下至少进行4h状态调节。

图1 各试验待测试样

（2）压缩试验。参照《树脂浇铸体性能试验方法》（GB/T 2567—2021）中6.2 节进行试验，试验速度为2mm/min。

（3）拉伸试验。参照《树脂浇铸体性能试验方法》（GB/T 2567—2021）中6.1 节进行试验，试验速度为2mm/min。环氧树脂结构胶压缩试验和拉伸试验如图2所示。

图2 环氧树脂结构胶压缩试验和拉伸试验

（4）正拉黏结试验。参照《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》（GB 50728—2011）中附录G 进行试验，试验速度为3mm/min，并记录破坏形式。

2 试验结果与分析

不同固化温度（23℃、40℃、65℃）、不同龄期（2d、3d、5d、7d）条件下环氧树脂结构胶的压缩强度、拉伸强度、伸长率和正拉黏结强度等试验结果如表1 所示。

表1 不同固化温度、龄期条件下环氧树脂结构胶性能试验结果

2.1 固化温度对环氧树脂结构胶早期压缩强度的影响

环氧树脂结构胶早期压缩强度与固化温度的关系如图3 所示。

图3 环氧树脂结构胶早期压缩强度与固化温度的关系

由表1 与图3 可看出，环氧树脂结构胶的压缩强度随固化温度的升高而提高。从龄期上看，环氧树脂结构胶的压缩强度在第5～7d 的增长幅度明显高于前3d的增长幅度，且7d 龄期的压缩强度已基本满足相关使用要求。从固化温度上看，环氧树脂结构胶的压缩强度在相同龄期下的增长幅度随固化温度的升高而提高。7d 龄期时，固化温度为40℃和65℃的压缩强度分别增长4.6%和25.8%。由此可得出，固化温度主要影响环氧树脂结构胶早期压缩强度快速增长阶段，即第5～7d 龄期；而对于早期压缩强度缓慢增长阶段，即前3d 龄期，固化温度的影响较小。

2.2 固化温度对环氧树脂结构胶早期拉伸强度、伸长率的影响

环氧树脂结构胶早期拉伸强度与固化温度的关系如图4 所示，环氧树脂结构胶早期伸长率与固化温度的关系如图5 所示。

图4 环氧树脂结构胶早期拉伸强度与固化温度的关系

图5 环氧树脂结构胶早期伸长率与固化温度的关系

由表1 与图4、图5 可看出，环氧树脂结构胶的拉伸强度随固化温度的升高而提高，伸长率随固化温度的升高而先降低后提高。拉伸强度方面，从龄期上看，第5～7d 的增长幅度明显高于前3d 的增长幅度；从固化温度上看，相同龄期下的增长幅度随固化温度的升高而提高；7d 龄期时，固化温度为40℃和65℃的拉伸强度分别增长16.9%和43.4%。伸长率方面，从固化温度上看，固化温度为23℃和40℃时，伸长率随龄期增长而降低，固化温度为65℃时，伸长率随龄期增长而提高；从龄期上看，前3d 的变化幅度明显高于第5～7d 的变化幅度。由此可得出，在环氧树脂结构胶早期拉伸强度缓慢增长阶段，即前3d 龄期，由于结构胶的AB 组分发生交联聚合反应，其内部大分子网状结构基本形成，但强度尚未开始发展，此时固化温度对拉伸强度的影响较小，对伸长率的影响较大；在环氧树脂结构胶早期压缩强度快速增长阶段，即第5～7d 龄期，由于结构胶的内部结构强度迅速发展，此时固化温度对拉伸强度的影响较大，对伸长率的影响较小。

2.3 固化温度对环氧树脂结构胶早期正拉黏结强度的影响

由表1 可看出，在不同固化温度、不同龄期条件下，正拉黏结试验的破坏形式均为混凝土基体块内聚破坏，正拉黏结强度基本在3.81MPa～4.08MPa，基本可认为此强度为基体混凝土本身的抗拉强度，环氧树脂结构胶正拉黏结试验如图6 所示。由于结构胶的AB 组分发生交联聚合反应，生成的大分子聚合物在内部形成三向网状结构，使其早期就具有一定的黏结性。当和混凝土黏结时，表现出来的正拉黏结强度大于混凝土本身的抗拉强度，致使混凝土基体块发生内聚破坏。由此可得出，环氧树脂结构胶的正拉黏结强度在早期（2d龄期）就基本形成，且固化温度的影响较小。