超细粉末橡胶对环氧树脂砂浆力学性能影响

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2019-06-05
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  慧聪涂料原料网讯:试验主要研究了不同掺量的超细粉末橡胶对环氧树脂砂浆抗折强度、抗压强度、抗拉强度的影响。试验结果表明,在一定掺量内超细粉末橡胶可以明显提高环氧树脂砂浆的抗折强度和抗拉强度,同时对其抗压强度有负面影响。超细粉末橡胶掺量为1.5%时,环氧树脂砂浆的抗拉强度提高43.1%,抗折强度提高30.9%,抗压强度降低6.2%,增韧效果明显。

  丁率1,2,郝建薇1,仲朝明3(1.理工大学材料学院,100081;2.中国石油化工股份有限公司化工研究院,100013;3.中冶建筑研究总院有限公司,100088)

  环氧树脂砂浆是一种常见的工程材料,它具有强度高、耐磨性好、耐酸碱、与基础黏接力高等优点,广泛应用于耐磨地坪、防腐工程、钢结构桥梁铺装、混凝土结构修补[1]、水工混凝土过流面等场合。与水泥砂浆相比,环氧树脂砂浆的韧性有了一定的提高,但还是属于脆性材料,因此人们通过聚氨酯改性环氧树脂[2]、添加液体橡胶[3]、添加纤维等方法对环氧树脂砂浆进行增韧改性。

  超细粉末橡胶是近几年来出现的一种新材料,它具有纳米级的细度,在塑料及树脂增韧改性方面具有很好的效果。本研究主要是通过添加超细粉末橡胶对环氧树脂砂浆进行增韧改性,试验研究了不同掺量的超细粉末橡胶对环氧树脂砂浆力学性能的影响。

  低黏度双酚A型环氧树脂,环氧当量180~195g/eq,25℃时黏度1200mPa·s;改性脂环胺固化剂,胺当量59~63g/eq,25℃时黏度23mPa·s;超细粉末橡胶,VP-501超细全硫化粉末羧基丁腈橡胶,粒径50~100nm,中石化化工研究院研制生产;粉煤灰,I级,元宝山电厂;硅砂,20~40目。

  试验在干燥下进行,试验温度20℃。因为试验条件所限,超细粉末橡胶无法均匀分散到环氧树脂液体中,所以试验前先将粉煤灰、硅砂和超细粉末橡胶混合并搅拌均匀作为粉料。试验时先将环氧树脂和固化剂倒入砂浆搅拌机中慢速搅拌1min,继续边搅拌边倒入混合好的粉料,粉料全部倒入搅拌机后再慢速搅拌3min出料成型,试件于20℃干燥下养护28d进行力学性能试验。

  抗压强度、抗折强度试验按照GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行,试件为40mm×40mm×160mm棱柱体,在进行抗压试验的同时由试验机电脑自动记录荷载-位移曲线”字模法,按照DL/T5193—2004《环氧树脂砂浆技术规程》要求进行。

  固化剂的理论计算用量为环氧树脂质量的32.5%,试验用量为环氧树脂质量的1/3,超细粉末橡胶按照环氧树脂砂浆总质量的0.75%、1.5%、3.0%、4.5%、6.0%掺入,试验配合比见表1。

  超细粉末橡胶掺量对环氧树脂砂浆抗拉强度的影响如图1所示,从图中可以看出,在一定掺量内超细粉末橡胶可以明显提高环氧树脂砂浆的抗拉强度。当掺量为0.75%、1.5%时,环氧树脂砂浆的抗拉强度由12.3MPa分别提高到15.3、17.6MPa,提高了24.4%、43.1%。但是随着掺量的增加,这种提升效果逐步减弱,当掺量提高到6.0%时,抗拉强度出现下降趋势。下降的原因是因为超细粉末橡胶的细度达到了纳米级,比表面积较大,掺量较高时环氧树脂砂浆变得十分黏稠,甚至出现松散不黏聚的现象,成型较为困难,导致砂浆内部不密实,使得抗拉强度下降。

  

  超细粉末橡胶掺量对环氧树脂砂浆抗折强度的影响如图2所示,从图中可以看出,在一定范围内超细粉末橡胶对环氧树脂砂浆抗折强度有提升作用,而随着掺量的增加,这种提升作用逐渐减弱,直至出现负面影响。当超细粉末橡胶的掺量为0.75%、1.5%时,环氧树脂砂浆的抗折强度由35.6MPa分别提高到40.8、46.6MPa,提高了14.6%、30.9%;当掺量增加到6.0%时,环氧树脂砂浆的抗折强度出现降低的趋势,其原因应该和抗拉强度一样,都是因为砂浆稠度的提高导致了试块密实度下降。

  超细粉末橡胶掺量对环氧树脂砂浆抗压强度的影响如图3所示,从图中可以看出,随着超细粉末橡胶掺量的增加,环氧树脂砂浆的抗压强度逐渐降低。掺量为0、0.75%、1.5%、3.0%、4.5%、6.0%时,抗压强度比分别为100%、95.7%、93.8%、80.7%、78.3%、71.1%,压折比分别为3.13、2.62、2.25、1.89、1.81、1.85。由此可见,在4.5%掺量内,随着超细粉末橡胶掺量的增加,环氧树脂砂浆的抗压强度逐渐降低,抗折强度逐渐提高,压折比逐渐降低,显示出环氧树脂砂浆的韧性逐渐提高。

  抗压试验时试验机自动记录了荷载-位移曲线两组的试验曲线组有较大重复,导致无法从图中进行分辨,由此荷载-位移曲线四组试验,其试验曲线中可以看出,抗压强度试验时,当超细粉末橡胶掺量为0时,环氧树脂砂浆为脆性,表现为试块突然,荷载-位移曲线上没有下降段;而随着超细粉末橡胶的掺量逐渐增大时,荷载-位移曲线的下降段逐步变长;当超细粉末橡胶掺量达到6.0%时,环氧树脂砂浆已经具备了很好的弹性。

  (1)在本次试验条件下,超细粉末橡胶在一定掺量下对环氧树脂砂浆的抗拉强度和抗折强度有明显的提高作用,其掺量为0.75%、1.5%时,环氧树脂砂浆的抗拉强度提高了24.4%、43.1%,抗折强度提高了14.6%、30.9%。

  (2)在本次试验条件下,超细粉末橡胶的掺入导致了环氧树脂砂浆抗压强度的下降,并且掺量越高,抗压强度下降越多。

  (3)在本次试验条件下,超细粉末橡胶对环氧树脂砂浆有明显的增韧作用,在试验的掺量范围内,掺量越大增韧效果越明显。

  [1]彭跃,李立,廖宏,等.环氧胶泥及砂浆修补混凝土大梁裂缝的工程实例[J].混凝土,2005(9):92-93.

  [2]张培培,陈有双,唐忠锋.聚氨酯改性环氧树脂的研究进展[J].高通报,2010(12):84-87.

  [3]苏航,魏伯荣,宫大军,等.橡胶增韧环氧树脂的研究[J].中国胶黏剂,2007,16(11):4-7.

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