陳勇發(fā)

（廣州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)中心有限公司，廣東廣州 510440）

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市更新建設(shè)由高速發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)的維修和加固成為保障其安全性和耐久性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠作為一種重要的建筑材料，具有優(yōu)良的膠體性能、黏結(jié)性能和耐久性能等，廣泛應(yīng)用于各種建筑結(jié)構(gòu)維修加固等領(lǐng)域中[1-3]。隨著環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用場(chǎng)景逐漸復(fù)雜，其相關(guān)應(yīng)用研究主要集中于針對(duì)應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行制備研究和性能優(yōu)化，其中以研究溫度最為普遍。低溫方面，李翠影等[4]研究發(fā)現(xiàn)聚氨酯可顯著改善環(huán)氧樹(shù)脂的低溫韌性，有效避免環(huán)氧樹(shù)脂低溫開(kāi)裂現(xiàn)象；崔東霞等[5]研究發(fā)現(xiàn)降低固化溫度可減小環(huán)氧樹(shù)脂體系的交聯(lián)密度，從而有效提高環(huán)氧樹(shù)脂固化物的斷裂伸長(zhǎng)率；劉文松[6]通過(guò)添加增韌劑解決低溫環(huán)境下環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料韌性不足的問(wèn)題，并經(jīng)自催化模型動(dòng)力學(xué)方程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果；曹成林[7]對(duì)環(huán)氧-固化劑分子結(jié)構(gòu)和交聯(lián)密度進(jìn)行設(shè)計(jì)并制備耐低溫環(huán)氧膠黏劑，探索其在能源運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用。高溫方面，張寶華等[8]研究不同固化溫度條件下環(huán)氧樹(shù)脂固化物的各項(xiàng)性能；胡高平等[9]測(cè)定環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠熱變形溫度，探討了影響其熱變形溫度的因素；李悅等[10]研究發(fā)現(xiàn)升高固化溫度可提高環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的抗壓、抗彎強(qiáng)度。

本文選取環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠為研究對(duì)象，研究在不同固化溫度、不同齡期條件下環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的壓縮強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和正拉黏結(jié)強(qiáng)度，分析固化溫度對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠早期性能的影響，為工程實(shí)際中環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料及儀器設(shè)備

試驗(yàn)材料包括環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠（AB 雙組份，比例為2∶1），生產(chǎn)廠家為廣東光和建筑材料有限公司。

儀器設(shè)備包括萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、高溫箱等。

1.2 試樣制備及試驗(yàn)方法

（1）試樣制備。將環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠按規(guī)定的雙組份比例2∶1 混合并攪拌均勻，并充分排除氣泡。在室溫環(huán)境下進(jìn)行澆鑄，澆鑄時(shí)應(yīng)盡量避免產(chǎn)生氣泡。圖1 為各試驗(yàn)待測(cè)試樣。澆鑄后放置24h 拆模，將試樣平均分成3 份，第1 份在23℃環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，第2 份在40℃環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，第3 份在65℃環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并分別在2d、3d、5d 和7d 齡期時(shí)進(jìn)行性能測(cè)試。試驗(yàn)前，試樣應(yīng)在溫度（23±2）℃、濕度50%±10%環(huán)境下至少進(jìn)行4h狀態(tài)調(diào)節(jié)。

圖1 各試驗(yàn)待測(cè)試樣

（2）壓縮試驗(yàn)。參照《樹(shù)脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法》（GB/T 2567—2021）中6.2 節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)速度為2mm/min。

（3）拉伸試驗(yàn)。參照《樹(shù)脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法》（GB/T 2567—2021）中6.1 節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)速度為2mm/min。環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠壓縮試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)如圖2所示。

圖2 環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠壓縮試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)

（4）正拉黏結(jié)試驗(yàn)。參照《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》（GB 50728—2011）中附錄G 進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)速度為3mm/min，并記錄破壞形式。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

不同固化溫度（23℃、40℃、65℃）、不同齡期（2d、3d、5d、7d）條件下環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的壓縮強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和正拉黏結(jié)強(qiáng)度等試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 不同固化溫度、齡期條件下環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠性能試驗(yàn)結(jié)果

2.1 固化溫度對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠早期壓縮強(qiáng)度的影響

環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠早期壓縮強(qiáng)度與固化溫度的關(guān)系如圖3 所示。

圖3 環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠早期壓縮強(qiáng)度與固化溫度的關(guān)系

由表1 與圖3 可看出，環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的壓縮強(qiáng)度隨固化溫度的升高而提高。從齡期上看，環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的壓縮強(qiáng)度在第5～7d 的增長(zhǎng)幅度明顯高于前3d的增長(zhǎng)幅度，且7d 齡期的壓縮強(qiáng)度已基本滿足相關(guān)使用要求。從固化溫度上看，環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的壓縮強(qiáng)度在相同齡期下的增長(zhǎng)幅度隨固化溫度的升高而提高。7d 齡期時(shí)，固化溫度為40℃和65℃的壓縮強(qiáng)度分別增長(zhǎng)4.6%和25.8%。由此可得出，固化溫度主要影響環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠早期壓縮強(qiáng)度快速增長(zhǎng)階段，即第5～7d 齡期；而對(duì)于早期壓縮強(qiáng)度緩慢增長(zhǎng)階段，即前3d 齡期，固化溫度的影響較小。

2.2 固化溫度對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠早期拉伸強(qiáng)度、 伸長(zhǎng)率的影響

環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠早期拉伸強(qiáng)度與固化溫度的關(guān)系如圖4 所示，環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠早期伸長(zhǎng)率與固化溫度的關(guān)系如圖5 所示。

圖4 環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠早期拉伸強(qiáng)度與固化溫度的關(guān)系

圖5 環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠早期伸長(zhǎng)率與固化溫度的關(guān)系

由表1 與圖4、圖5 可看出，環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的拉伸強(qiáng)度隨固化溫度的升高而提高，伸長(zhǎng)率隨固化溫度的升高而先降低后提高。拉伸強(qiáng)度方面，從齡期上看，第5～7d 的增長(zhǎng)幅度明顯高于前3d 的增長(zhǎng)幅度；從固化溫度上看，相同齡期下的增長(zhǎng)幅度隨固化溫度的升高而提高；7d 齡期時(shí)，固化溫度為40℃和65℃的拉伸強(qiáng)度分別增長(zhǎng)16.9%和43.4%。伸長(zhǎng)率方面，從固化溫度上看，固化溫度為23℃和40℃時(shí)，伸長(zhǎng)率隨齡期增長(zhǎng)而降低，固化溫度為65℃時(shí)，伸長(zhǎng)率隨齡期增長(zhǎng)而提高；從齡期上看，前3d 的變化幅度明顯高于第5～7d 的變化幅度。由此可得出，在環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠早期拉伸強(qiáng)度緩慢增長(zhǎng)階段，即前3d 齡期，由于結(jié)構(gòu)膠的AB 組分發(fā)生交聯(lián)聚合反應(yīng)，其內(nèi)部大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)基本形成，但強(qiáng)度尚未開(kāi)始發(fā)展，此時(shí)固化溫度對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響較小，對(duì)伸長(zhǎng)率的影響較大；在環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠早期壓縮強(qiáng)度快速增長(zhǎng)階段，即第5～7d 齡期，由于結(jié)構(gòu)膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度迅速發(fā)展，此時(shí)固化溫度對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響較大，對(duì)伸長(zhǎng)率的影響較小。

2.3 固化溫度對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠早期正拉黏結(jié)強(qiáng)度的影響

由表1 可看出，在不同固化溫度、不同齡期條件下，正拉黏結(jié)試驗(yàn)的破壞形式均為混凝土基體塊內(nèi)聚破壞，正拉黏結(jié)強(qiáng)度基本在3.81MPa～4.08MPa，基本可認(rèn)為此強(qiáng)度為基體混凝土本身的抗拉強(qiáng)度，環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠正拉黏結(jié)試驗(yàn)如圖6 所示。由于結(jié)構(gòu)膠的AB 組分發(fā)生交聯(lián)聚合反應(yīng)，生成的大分子聚合物在內(nèi)部形成三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其早期就具有一定的黏結(jié)性。當(dāng)和混凝土黏結(jié)時(shí)，表現(xiàn)出來(lái)的正拉黏結(jié)強(qiáng)度大于混凝土本身的抗拉強(qiáng)度，致使混凝土基體塊發(fā)生內(nèi)聚破壞。由此可得出，環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的正拉黏結(jié)強(qiáng)度在早期（2d齡期）就基本形成，且固化溫度的影響較小。

圖6 環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠正拉黏結(jié)試驗(yàn)

3 結(jié)論

本文通過(guò)測(cè)試不同固化溫度、不同齡期條件下環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的各項(xiàng)性能，分析固化溫度對(duì)其早期性能的影響，得出以下結(jié)論。

（1）環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的壓縮強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度隨固化溫度的升高而提高，伸長(zhǎng)率隨固化溫度的升高而先降低后提高。

（2）對(duì)于早期壓縮強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度，固化溫度主要在強(qiáng)度快速增長(zhǎng)階段起影響作用，即第5～7d 齡期；對(duì)于早期伸長(zhǎng)率，固化溫度主要在強(qiáng)度緩慢增長(zhǎng)階段起影響作用，即前3d 齡期。

（3）環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的正拉黏結(jié)強(qiáng)度在早期（2d 齡期）就基本形成，基本不受固化溫度的影響。