摘要： 本文主要探討了固化劑的摻量、存貯時間及環(huán)境因素對環(huán)氧樹脂砂漿性能的影響，研究結果表明，固化劑摻量為30份/100份環(huán)氧樹脂時，環(huán)氧樹脂砂漿早期強度發(fā)展很快，3d抗折強度為7.2MPa，抗壓強度為24.4MPa；后期強度發(fā)展稍慢，90d抗壓強度為53.1MPa。固化劑摻量為10份/100份環(huán)氧樹脂時，后期強度很大，90d抗壓強度為96.9MPa，但早期強度發(fā)展較慢，固化時間長。40℃下環(huán)氧樹脂砂漿固化迅速，3d抗折強度即高于12.5MPa，抗壓強度可達48.1MPa。
關鍵詞：T31固化劑，環(huán)氧樹脂砂漿，修補材料
中圖分類號：U418；TU58
Investigation on the Effect of Curing Agent on the Properties of Repairing Material of Epoxy Resin Mortar
Abstract: The effect of the dosage of curing agent, storage time and curing conditions on the properties of epoxy resin mortar has been investigated. When the dosage of curing agent is 30 curing agent /100 epoxy resin, the epoxy resin mortar gets higher early strength. Compression strength and flexile strength at 3 days are 24.4MPa and 7.2MPa, respectively. However, the long age strength is relatively lower, with 53.1MPa of compression strength at 90 days. When the dosage of curing agent is 10 curing agent/100 epoxy resin, the epoxy resin mortar has been of lower early strength but higher long age strength, with 96.9MPa of compression strength at 90 days. When the epoxy resin mortar cured at 40℃, higher early strength is achieved, the flexile strength at 3 days is higher than 12.5MPa and the compression strength is 48.1MPa.
Key words: curing agent; epoxy resin mortar; repairing materials
1 引言
環(huán)氧樹脂是一種分子中含有兩個以上環(huán)氧基的化合物總稱，有時也稱為環(huán)氧低聚物，品種有：雙酚Ａ型環(huán)氧樹脂、阻燃溴化環(huán)氧樹脂、酚醛型環(huán)氧樹脂和脂環(huán)族環(huán)氧樹脂等[1]。隨著更多產(chǎn)品的開發(fā)，環(huán)氧樹脂的需求量也逐年增大，應用前景廣闊。然而環(huán)氧樹脂必須與固化劑反應以生成三向立體結構才具有實用價值，固化劑的結構與品質將直接影響環(huán)氧樹脂的應用效果。
T31固化劑(結構式如圖1[2])是一種改性多元胺類的環(huán)氧樹脂固化劑，它是由苯酚、甲醛、二乙烯三胺經(jīng)曼尼希(Mannich)反應縮合而來，具有較強的憎水性，能在0℃左右的低溫下固化環(huán)氧樹脂，也可以在相對濕度大于90%或水下固化環(huán)氧樹脂，有耐腐蝕、抗?jié)B透性好、固化速度快、粘接強度高、操作使用方便及價格較低等特點，是船舶，酸、堿、鹽類容器、地下油氣管線、礦井設備等的防腐、防水工程用低溫高溫和水下施工補漏作業(yè)及進行化工設備和管道堵漏搶修時理想的固化劑，也是我國目前產(chǎn)量最大的固化劑[2]。與其他種類固化劑相比，T31固化劑是無毒等級的固化劑，應用安全，固化收縮率小[3]，其技術指標見表1[4]。 
2 固化機理
以E-44環(huán)氧樹脂為例，T31固化劑與環(huán)氧樹脂的固化機理如下：
第一步，由固化劑中的伯胺上的活潑氫與環(huán)氧基反應生成仲胺：
其中K為環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基的質量分數(shù)，％。得出其與E-44環(huán)氧樹脂的理論的配合比為100:(22.92~28.29)。
鑒于環(huán)氧樹脂砂漿體系中T31固化劑和樹脂的最佳配比這一問題還需進一步探討，筆者進行了一系列的實驗工作，探討固化劑的合理摻量及對環(huán)氧樹脂砂漿修補材料性能的影響。
3 實驗結果和討論
3.1 固化劑對環(huán)氧樹脂砂漿固化時間及強度發(fā)展的影響
T31固化劑與環(huán)氧樹脂、增塑劑、水泥和砂按設計配比混合均勻后，用40mm×40mm×160 mm三聯(lián)模成型砂漿試件，T31固化劑的用量分別為10、15、20、25和30份，試件在標準水泥混凝土養(yǎng)護室中養(yǎng)護，養(yǎng)護條件為20±2℃和80%RH，參照GB/T1346-2001測試砂漿的固化時間，并在齡期為3d、7d、28d和90d時測定試件的抗折強度和抗壓強度。
固化劑的用量對環(huán)氧樹脂砂漿固化時間及強度發(fā)展的影響見表2。由表2中數(shù)據(jù)可知，隨著固化劑使用量的減少，環(huán)氧樹脂砂漿的固化時間延長，在實際使用中帶來的問題也越多。因此，10份和15份固化劑摻量的配比只適合用在有特殊需要的行業(yè)。
隨著養(yǎng)護時間的延長，環(huán)氧樹脂砂漿的強度持續(xù)增長，使用20份固化劑時，3d的抗折強度是3.3MPa，抗壓強度是16.3MPa，7d的抗折強度已經(jīng)超過抗折強度測定儀的最大量程，即抗折強度大于12.5MPa，抗壓強度為45.6MPa。
養(yǎng)護至90d時，使用10份固化劑的環(huán)氧樹脂砂漿強度最高，達到96MPa，這與理論計算中固化劑完全固化環(huán)氧樹脂時所需的16.4～23.5份/100份環(huán)氧樹脂不相符，說明在實際使用中，當固化劑使用量較少時，在第三步固化反應中，反應物與生成物中的羥基與環(huán)氧基的反應就會相對比較多，甚至很可能占主導地位，而且由于醚鍵的誘導效應，環(huán)氧基上的氧原子有較多的負電荷，末端碳原子上則有較多的正電荷，因此它可以被叔胺開環(huán)，而引起陰離子加成聚合反應，最后生成三向交聯(lián)巨大分子[7]，導致體系早期強度發(fā)展緩慢，但后期強度非常大。
摻入30份固化劑的環(huán)氧樹脂砂漿早期強度發(fā)展得非常快，但7d后其強度幾乎沒有增長，筆者認為這可能是由于早期固化劑的量比較充足，固化反應的進程相當快，并隨著反應的進行放出大量的熱，這些熱無法在短時間內轉移，最終導致樹脂內部燒焦、表面發(fā)泡，造成其固化后的強度較小。
3.2 固化劑的存貯時間對環(huán)氧樹脂砂漿固化時間及強度發(fā)展的影響
一般來說，T31固化劑的保質期是1年，隨著存貯時間的延長，其性能會有所變化，因此本研究中分別采用新鮮的、存放時間為6m和存放時間為12m的T31固化劑進行試驗。試驗中用20份T31固化劑與環(huán)氧樹脂、增塑劑、水泥和砂按設計配比混合均勻，用40mm× 40mm×160mm的三聯(lián)模成型砂漿試件，在標準水泥混凝土養(yǎng)護室中養(yǎng)護，測定砂漿的固化時間，并在齡期為3d、7d、28d和90d時測定試件的抗折和抗壓強度。
固化劑的存貯時間對環(huán)氧樹脂砂漿固化時間及強度發(fā)展的影響見表3。由表3中的數(shù)據(jù)可知，當T31固化劑存貯時間在6m之內時不影響環(huán)氧樹脂砂漿的固化過程及強度的發(fā)展，但固化劑存貯時間為12m時，強度發(fā)展緩慢。這可能是因為放置12m后伯胺上的活潑氫的活性降低而導致的，但由于活潑氫的數(shù)量并沒有減少，所以存放12m的T31固化劑并不影響環(huán)氧樹脂砂漿的長期強度。 
3.3 不同環(huán)境下固化劑對環(huán)氧樹脂砂漿固化時間及強度發(fā)展的影響
選用20份T31固化劑與環(huán)氧樹脂、增塑劑、水泥和砂按設計配比混合均勻，用40mm× 40mm×160mm的三聯(lián)模成型砂漿試件，養(yǎng)護條件分別為放置在室外(見表4)、標準水泥混凝土養(yǎng)護室及40℃的烘箱內，測定砂漿的固化時間，并在齡期為3d、7d、28d和90d時測定試件的抗折和抗壓強度。不同環(huán)境條件下固化劑對環(huán)氧樹脂砂漿固化時間及強度發(fā)展的影響見表5。 
無論哪種固化劑其固化的環(huán)氧樹脂砂漿產(chǎn)物對環(huán)境條件的變化都非常敏感，T31固化劑雖然在這方面與同類材料相比性能出眾，但環(huán)境條件對其固化過程的影響也較大。由表5的數(shù)據(jù)可知，在40℃的烘箱內養(yǎng)護時強度發(fā)展得最快，3d的抗折強度即可超過12.5MPa，抗壓強度達到了48.1MPa，但其長期強度不高，這應該是較高的溫度促進了固化反應。而在室外養(yǎng)護的試樣剛好相反，其早期強度發(fā)展緩慢，長期強度很高。
4 結論
(1) 當養(yǎng)護條件為20±2℃和80%RH，T31固化劑摻量為30份/100份環(huán)氧樹脂時，環(huán)氧樹脂砂漿早期強度發(fā)展很快，3d抗折強度為7.2MPa，抗壓強度為24.4MPa；后期強度偏小，90d抗壓強度為53.1MPa，適用于需要快硬快凝的工程。
(2) 當養(yǎng)護條件為20±2℃和80%RH，T31固化劑摻量為10份/100份環(huán)氧樹脂時，后期強度很大，90d抗壓強度可達96.9MPa；但早期強度發(fā)展較慢，3d還沒有完全固化，適用于需要后期強度很大且施工時間寬裕的工程。
(3) T31固化劑存放半年后使用并不影響環(huán)氧樹脂砂漿的固化物整體強度。
(4) T31固化劑在固化環(huán)氧樹脂砂漿過程中，環(huán)境條件的變化對環(huán)氧樹脂砂漿性能的影響很大，當環(huán)氧樹脂砂漿處于高溫(40℃)下，其固化迅速，3d抗折強度即可超過12.5MPa，抗壓強度為48.1MPa，但長期強度不高，90d抗壓強度為61.3MPa，適用于需快硬的工程；處于低溫下時，其固化較緩慢，適用于需要后期強度很大且施工時間寬裕的工程。
(5) T31固化劑在實際工程使用中必須根據(jù)施工的要求、環(huán)境的因素及固化劑的儲存時間綜合考慮固化劑的用量，不能照搬經(jīng)驗或理論用量。
