橋面覆層用彈性環(huán)氧膠粘劑的研究

許新武

摘 要：在對橋面覆層用彈性環(huán)氧膠粘劑進行制備時，結合對相關稀釋劑、增韌劑、固化劑的研究，從不同配方出發(fā)進行優(yōu)化，最終獲得性能良好的彈性環(huán)氧膠粘劑。結合拉伸測試發(fā)現(xiàn)：該橋面覆層用彈性環(huán)氧膠粘劑的拉伸強度、斷裂伸長度和混凝土粘接強度等方面均表現(xiàn)不錯，其綜合性能優(yōu)異，能夠適用于橋面鋪裝工程。

關鍵詞：橋面覆層;彈性環(huán)氧膠粘劑;粘接強度;拉伸強度;斷裂伸長度;稀釋劑

中圖分類號：TQ343 ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2022）02-0189-03

彈性環(huán)氧膠粘劑屬于不錯的橋面覆層，其主要由環(huán)氧膠粘劑和防滑耐磨骨料所組成。在具體使用期間，該覆層具有較好的力學性能特征，并且能夠和水泥、鋼板、骨料、混凝土等相粘接，整體性能良好[1]。環(huán)氧覆層能夠有效降低橋面的鋪裝厚度，具備防水、抗裂、耐磨且防離子滲透等特點[2]。不過，從實際情況觀察，普通類的環(huán)氧膠粘劑和混凝土在熱膨脹系數(shù)方面有較大差異，且不具備良好的相容性，在溫度發(fā)生改變的條件下，會導致基材與覆層中間出現(xiàn)較大的內(nèi)應力，很容易使橋面覆層出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。結合相關研究，發(fā)現(xiàn)在低彈性模量、具備較好的變形能力的材料可以降低橋面覆層和混凝土之間存在的內(nèi)應力，能夠改善脫落情況[3]?；诖?，研究橋面覆層用彈性環(huán)氧膠粘劑具有重要的意義。依據(jù)要求，對于橋面覆層使用的彈性環(huán)氧膠粘劑其抗拉強度要保持在12～34 MPa，斷裂伸長率要控制在30%～70%[4]。本次研究結合相關固化劑、增韌劑和稀釋劑的使用情況，對環(huán)氧膠粘劑的拉伸狀況與柔韌性能展開研究，力求制備出滿足橋面覆層使用要求的彈性環(huán)氧膠粘劑。

1 實驗內(nèi)容

1.1 實驗材料

結合此次實驗過程，選擇的原材料種類如下：

增韌劑：4種，分別為R1、R2、R3和R4。其中，R1為自制反應型的長鏈脂肪族的增韌劑;R2為具有端巰基的液態(tài)聚硫橡膠;R3為改性的聚氨酯;R4為端環(huán)氧基反應型液態(tài)丁腈橡膠。

稀釋劑：3種，分別為X1、X2、X3。其中，X1為正丁基縮水甘油醚（單氧環(huán)）;X2為間苯二酚二縮水甘油醚（雙氧環(huán)）;X3為三羥甲基丙烷三縮水甘油醚（三氧環(huán)）。

固化劑：6種，分別為G1、G2、G3、G4、G5和G6。其中，G1屬于改性脂環(huán)胺;G2為聚酰胺;G3為改性脂肪胺;G4為酚醛胺;G5為聚醚胺;G6為自制改性胺。

環(huán)氧樹脂：液態(tài)環(huán)氧樹脂e-51。

1.2 實驗儀器設備

電子萬能試驗機、旋轉黏度計、恒溫箱、研磨分散計等。

1.3 主要項目測試

（1）對制備出來的環(huán)氧膠粘劑進行拉伸性能測試：其中包括拉伸強度、彈性模量、斷裂伸長率;

（2）對環(huán)氧膠粘劑的黏度予以測試，遵從《塑料、環(huán)氧樹脂黏度測定方法》所提出的要求。

1.4 試件的有效制備

（1）制備拉伸試件。把增韌劑或者稀釋劑添加到環(huán)氧樹脂中，將其混合品轉移至研磨粉碎機中，并且按照2 000 r/min的頻率進行攪拌，攪拌時間控制在10 min左右;然后，再添加固化劑，繼續(xù)執(zhí)行攪拌過程并最終混合均勻狀態(tài)。最終將其注入到特定的拉伸模具中完成澆注成型操作;

（2）固化方法。主要分成2種，其一是在恒溫23 ℃狀況下保持1周;其二是在溫度23 ℃條件下固化1 周。最后在溫度80 ℃條件下固化1 d。

2 實驗結果和討論

2.1 添加增韌劑對環(huán)氧膠粘劑拉伸性能的影響

增韌劑在發(fā)揮作用期間，主要借助物理作用有效降低聚合物的玻璃化溫度，通過改變固化樹脂交聯(lián)點間鏈運動的壁壘發(fā)揮出幫助固化產(chǎn)物獲得柔韌性的目標。本次研究結合4種不同種類的增韌劑R1、R2、R3和R4 ，探究其對環(huán)氧固化體系拉伸性能的影響。按照實驗試件制備流程，在23 ℃條件下固化1周，最終判斷其拉伸性能，結果如表1所示。

由表1可知，在加入R1和R2兩種增韌劑時，固化產(chǎn)物的柔韌性能發(fā)生顯著改變。從實際情況來看，當增韌劑加入到環(huán)氧樹脂以后，在環(huán)氧樹脂的交聯(lián)結構中接引柔性較好的分子鏈，有效提升了環(huán)氧交聯(lián)結構的自由活動性，從而改變了固化產(chǎn)物的柔韌狀況。總體上在上述兩組增韌劑摻量達到40%時，獲得的固化產(chǎn)物擁有大的伸長率，顯然對比早期沒有經(jīng)過改性處理的環(huán)氧固化產(chǎn)物在斷裂伸長率方面有了顯著提升。不過，結合數(shù)據(jù)觀察，固化產(chǎn)物的彈性模量卻呈現(xiàn)出降低的趨勢。究其原因，主要在于引入長鏈段分子后促使其內(nèi)聚強度降低，固化產(chǎn)物的抗拉能力、彈性模量也會受到明顯影響所致[5]。

總體上在摻入R3時，固化產(chǎn)物的柔韌性能改善狀況并不明顯，其抗拉強度與彈性模量表現(xiàn)出先持續(xù)遞增后逐漸降低的走勢。當摻入量控制在10%的時候，固化產(chǎn)物的抗拉強度、彈性模量屬于最大狀態(tài);這主要是因為在環(huán)氧樹脂性狀沒有發(fā)生變化時，整體上具有脆性。隨著聚氨酯的加入，其和環(huán)氧樹脂逐漸融合，就會使該體系的內(nèi)應力減弱[6]。隨著R3摻入量逐漸超過了10%，固化產(chǎn)物的彈性模量和抗拉強度表現(xiàn)出下降趨勢;這主要是因為伴隨著聚氨酯的摻量逐漸增多，與環(huán)氧樹脂的協(xié)同性降低，總體上朝著柔韌性能提升的方向發(fā)展，但是總體強度明顯下降[7]。在摻入R4以后，固化產(chǎn)物的拉伸強度與彈性模量逐漸降低，斷裂伸長率表現(xiàn)為先升高后降低的情況;在摻入量達到20%時，斷裂伸長率達到最大狀態(tài)，一旦摻入量超過該數(shù)值，就會促使斷裂伸長率降低。通過上述分析，發(fā)現(xiàn)雖然使用R3和R4可以適度提升拉伸強度，但是存在柔韌性不足的缺點;而在具體使用期間，要求橋面覆層擁有較好的柔韌性能。因此排除上述兩種增韌劑。對于R1和R2兩種類型，發(fā)現(xiàn)整體上在摻入R1時獲得的拉伸強度、柔韌狀況更佳。

2.2 稀釋劑對環(huán)氧固化體系性能的總體影響

表2為稀釋劑的摻量對抗拉強度伸長率、彈性模量的影響結果。

由表2可知，發(fā)現(xiàn)應用稀釋劑X1時，雖然能夠起到較好的稀釋效果;但是會對固化物的抗拉強度產(chǎn)生影響，不宜使用X1。在使用X2時，雖然可以保持較高的抗拉強度，可是對伸長率的影響并不穩(wěn)定。從表2中的數(shù)據(jù)還可觀察到，選擇X3作為稀釋劑時效果相對較好，在抗拉強度、斷裂伸長率、彈性模量方面數(shù)值較為穩(wěn)定，并且摻量控制在30%，此時伸長率和彈性模量更好。

2.3 固化劑種類對環(huán)氧固化體系性能的影響

按照上述固化操作，分析固化劑的種類對拉伸性能的影響，結果如表3所示。

對比在使用不同的固化劑種類條件下，對抗拉強度、斷裂伸長率以及彈性模塊的影響，在抗拉強度方面，應用固化劑G3達到最大值24.85 MPa，斷裂伸長率達到57%（與G1一致，但G1在抗拉強度和彈性模量方面弱于G3），彈性模量最大，達到1.03?？傮w上發(fā)現(xiàn)在使用G3時，能夠使固化產(chǎn)物獲得較好的性能。因此，可選擇G3作為此次制備彈性環(huán)氧膠粘劑的種類[8]。

3 結語

通過分析上述結果，在對橋面覆層用彈性環(huán)氧膠粘劑展開研究時，發(fā)現(xiàn)摻入增韌劑能夠提升固化產(chǎn)物的柔韌性，積極改善其柔韌性能;在摻入三環(huán)氧稀釋劑的情況下，能夠使環(huán)氧固化產(chǎn)物獲得較好的柔韌性能與抗拉強度，效果較好;不同種類的固化劑對固化產(chǎn)物柔韌性的影響程度不同，本次選擇G3時效果較佳。通過合理的配方設計，才能為制備出力學性能良好且柔韌性較強的環(huán)氧膠粘劑創(chuàng)造條件，最終應用于現(xiàn)實，提升橋面的防滑能力和質量。

【參考文獻】

[1] 楊侶珍，張平，趙鋒軍.水泥混凝土橋面環(huán)氧覆層鋪裝設計方法的研究[J].中外公路，2018，38（1）：63-67.

[2] 張宇娜，匡怡，鄭益.硅烷偶聯(lián)劑對橋面鋪裝環(huán)氧樹脂膠粘劑粘結性能的影響研究[J].中國水運（下半月），2021（1）：95-96.

[3] 林浩.觸變劑對橋梁加固用環(huán)氧樹脂膠粘劑的影響研究[J].中國膠粘劑，2018，27（5）：58-60.

[4] 劉希方.鋼橋面鋪裝環(huán)氧樹脂防水粘結層施工質量控制研究[J].建筑·建材·裝飾，2019（10）：76.

[5] 張衛(wèi)華.環(huán)氧瀝青橋面粘結防水層試驗研究[J].山西交通科技，2019（3）：58-60.

[6] 張勇.橋梁加固用環(huán)氧樹脂膠粘劑體系固化動力學研究[J].中國膠粘劑，2021，30（1）：39-43.

[7] 林浩.觸變劑對橋梁加固用環(huán)氧樹脂膠粘劑的影響研究[J].中國膠粘劑，2019，27（5）：58-60.

[8] 林浩，周秀茹.填料對橋梁加固用環(huán)氧樹脂膠粘劑性能的影響研究[J].粘接，2018，39（3）：31-34.