盧學(xué)軍

          （長沙新德航化工有限公司，湖南長沙，410200）

摘要：在干燥條件下，環(huán)氧樹脂在國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域得到了充分的應(yīng)用，已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗。人們期望在水下能獲得同樣的應(yīng)用效果，水下固化劑自然成為了水下環(huán)氧膠黏劑的關(guān)鍵技術(shù)。而水下環(huán)氧灌漿料作為水下膠黏劑的分支，如何實現(xiàn)其粘接強(qiáng)度達(dá)到與水上干燥環(huán)境的強(qiáng)度相差不大，需要對配制砂漿的相關(guān)材料合理篩選。本文圍繞水下環(huán)氧砂漿的原理、材料、工藝、效果、應(yīng)用場合做了相關(guān)的總結(jié)和論述，希望對行業(yè)的發(fā)展能有所裨益。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹脂 水下固化劑  水下環(huán)氧灌漿料          

1 前 言

環(huán)氧樹脂號稱“萬能膠”，具有內(nèi)聚力大、收縮率低、介電性能好、防腐性能好、極性高、對多種材料的粘接強(qiáng)度高、操作性好、易于滿足不同工藝特殊要求等特點。在電子絕緣材料、防腐涂料、復(fù)合材料、建筑結(jié)構(gòu)膠等領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用，尤其在建筑修補(bǔ)行業(yè)的發(fā)展更是日新月異。在不同的地質(zhì)條件和環(huán)境條件下，均可以輕松實現(xiàn)不同異種材料之間的結(jié)構(gòu)粘接。我們知道，油性環(huán)氧樹脂的粘接對粘接界面要求較高，一般要求界面清潔干燥，無水漬無油污無粉塵，甚至需要表面做磷化、噴砂、去脂等處理方能達(dá)到較高的粘接強(qiáng)度。但是，建筑修補(bǔ)的很多領(lǐng)域都是在潮濕甚至水下的環(huán)境中，無法在達(dá)到表面完全干燥的環(huán)境下粘接，更不可能進(jìn)行表面處理。而希望通過改變環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)解決潮濕或水下的粘接問題不太現(xiàn)實，因此通過專用的水下或者潮濕面固化劑，配合通用的環(huán)氧樹脂，添加相應(yīng)的C料混合均勻后即用于水下和潮濕環(huán)境下固化粘接是可行的。

 水下環(huán)境跟陸上完全不同的外部環(huán)境，周圍和界面大量的水分會影響到膠體的固化物強(qiáng)度和粘接強(qiáng)度，膠液中親水性組分會不斷的溶入水中。影響固化的進(jìn)程。為實現(xiàn)跟陸上一樣的粘接、灌漿、防腐、填縫、加固等用途，必須要有專用的水下固化劑與環(huán)氧樹脂配套使用，方能不斷拓寬環(huán)氧樹脂在水下的應(yīng)用范圍。

  多年來，國內(nèi)研究人員在潮濕或水下固化劑研發(fā)方面做了大量工作，如T-31、X-89等潮濕面固化劑，810水下固化劑等，但是其潮濕面或者水下的粘接強(qiáng)度仍有大幅度提升空間，很多應(yīng)用工程師為片面降低成本，甚至把T-31\650或者一般的酚醛改性胺等通用型固化劑都做成水下環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂灌漿料，給水下建筑修補(bǔ)行業(yè)帶來極大的隱患。

2  水下固化劑的特點

2.1 對水下環(huán)氧膠黏劑的技術(shù)要求

作為水下環(huán)氧樹脂膠黏劑(水下環(huán)氧砂漿、水下環(huán)氧灌漿料、水下防腐涂料)必須滿足以下幾個方面的要求：

1、必須滿足水中對被粘物浸潤的熱力學(xué)條件，即在水中的粘附功要大于零。

2、遇水后能夠在固化前保持穩(wěn)定，不被水破壞。

3、能在水中對粘接面進(jìn)行有效浸潤和固化。

4、具有一定的表面活性作用，能把被粘接面上的水分子置換或與水分子混溶。

5、具有適當(dāng)?shù)恼扯群捅戎亍?

6、固化后與界面具有一定的粘接強(qiáng)度和耐水穩(wěn)定性。

7、無毒或低毒，尤其不含游離酚，對水源無污染。

水下環(huán)氧樹脂灌漿料要滿足以上幾個條件，基本上依賴于固化劑的特性。

2.2新德航水下環(huán)氧固化劑的特點。

 針對以上要求，我們組織課題組專業(yè)技術(shù)攻關(guān)，現(xiàn)開發(fā)了一系列水下環(huán)氧樹脂固化劑。該系列水下固化劑具有以下共同特點：

2.2.1阻水性強(qiáng)

   具有極佳的憎水性，正常水下固化，不會被水沖散，表面出現(xiàn)

斑紋狀發(fā)白，也不影響粘接強(qiáng)度；能清除界面上的水份，即使添

加較多量水泥河沙，仍能保證界面干燥，照常如干燥條件下超過混

凝土或大理石的強(qiáng)度；純膠水下粘接強(qiáng)度高，水下固化強(qiáng)度保持率

在95%以上，浮膠現(xiàn)象輕微。純膠水下表面出現(xiàn)正常網(wǎng)狀條紋。

2.2.2表面活性好

  純膠水中固化能有效浸潤界面，水下流動性好，接觸角小，通  過添加2-3倍水泥、活性硅微粉和河沙后仍保持足夠的水下流動性和滲透性，有效填充混凝土縫隙孔洞，補(bǔ)強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度；能有效處理石英沙，并保證其足夠的阻水性。

2.2.3反應(yīng)活性高

 低溫固化性能。在0°C以上固化完全，隨時間延長具備足夠的交聯(lián)度，強(qiáng)度指標(biāo)高于國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.4韌性好，

 可實現(xiàn)水下對多種材質(zhì)的粘接，如混凝土、鋼板、大理石等多種建筑材質(zhì)。

2.2.5抗壓強(qiáng)度高

 水泥環(huán)氧砂漿在水下常溫24小時達(dá)到50Mpa以上的抗壓強(qiáng)度。

2.2.6水下粘接強(qiáng)度好

 水下底材疏松結(jié)構(gòu)仍能保持較好的粘接強(qiáng)度。

2.3 新德航水下固化劑實驗室測得的參數(shù)和特性

3 水下環(huán)氧灌漿料的配制

配方中對其余材料的選擇均要考慮其疏水性，盡量不添加或者少添加親水性的組份，這樣有利于提高水下界面粘接強(qiáng)度。

3.1環(huán)氧樹脂和稀釋劑的選擇

建議選擇通用型雙酚 A性環(huán)氧樹脂，如E-51\E-44\128等，雙酚A型骨架提供了體系雙苯環(huán)結(jié)構(gòu)，有利于阻水防水，從操作方便性考慮，128粘度適中優(yōu)于E-44在水下環(huán)氧灌漿料中得到應(yīng)用。

稀釋劑的選擇，選用環(huán)氧樹脂活性稀釋劑，帶苯環(huán)或脂環(huán)結(jié)構(gòu)的雙官能團(tuán)或者單官能團(tuán)活性稀釋劑比較合適，不要選用非活性的甲苯，丙酮等非活性稀釋劑調(diào)節(jié)粘度。如692、690、680，鄰甲酚縮水甘油醚等可供選用。其余不帶環(huán)式結(jié)構(gòu)的如501、622、AGE、BGE等具有較強(qiáng)的親水性，極易導(dǎo)致界面水分，不建議選用。

3.2對固化劑的選擇

  并非干燥面粘接好的固化劑就可以用于水下環(huán)氧砂漿的配制，固化劑既要帶給體系足夠的阻水性，又要具備足夠的表面活性，而一般的固化劑很難同時達(dá)到這兩個方面的要求。如聚酰胺、T-31及一般的酚醛改性胺，均表現(xiàn)為阻水性不夠或者表面活性的不足，不是容易被水沖散溶解導(dǎo)致固化不完全，就是在水下結(jié)團(tuán)成球狀，無法實現(xiàn)對水底表面的浸潤和粘接。

   水下環(huán)氧修補(bǔ)砂漿、水下基礎(chǔ)快速填充環(huán)氧灌漿料需選擇阻水性強(qiáng)、固化快滲透力佳的水下固化劑，如MH-2803。

   大面積水下環(huán)氧灌漿料需要固化劑提供足夠操作時間，因此需選擇即能低溫固化，又能提供80分鐘左右操作時間的固化劑品種，如MH-2802. 

3.3對增韌劑的選擇

如果需要往砂漿中添加增韌劑以提高抗沖擊強(qiáng)度，建議添加含苯環(huán)或脂環(huán)結(jié)構(gòu)的低粘度活性增韌劑，一方面相當(dāng)于稀釋劑降低體系粘度，增加C料的添加量，另一方面具備一定的阻水性能。

因為分子結(jié)構(gòu)的不同，增韌劑的添加可能會對水下環(huán)氧灌漿料的流動性和滲透性、親水性造成影響，

故需要大量實驗驗證。

3.4對C料的選擇

 大面積水下灌漿必須考慮成本的因素，填充料的添加一方面降低收縮率，有利于粘接強(qiáng)度的提高，另一方面可能帶給水下環(huán)氧灌漿料阻水性能和粘接強(qiáng)度的直線下降。因此，對C料必須篩選。且需通過固化劑的合理選用實現(xiàn)對石英砂的處理，使其達(dá)到親和環(huán)氧樹脂體系的目的。

3.4.1石英砂的搭配

不同目數(shù)的河沙和球形或準(zhǔn)形硅微粉相互搭配，小顆粒的球形粉體能起到滾珠的作用既可以增加流動性,還可以降低混合粘度，增加加沙量，并且因結(jié)構(gòu)致密，水下環(huán)氧灌漿料能有效阻滯水分侵入，有利于水下界面粘接強(qiáng)度的提高。

3.4.2選用水泥

水泥是一種用途非常廣泛的建筑材料，接觸水即能發(fā)生水化反應(yīng)生成石材般的結(jié)構(gòu)物，但是其親水性和吸水性使得水下固化的環(huán)氧砂漿粘接強(qiáng)度面臨挑戰(zhàn)，只有在水下固化劑阻水性能足夠優(yōu)秀的前提下才能選用水泥做C料，否則會導(dǎo)致界面水分嚴(yán)重，粘接失效。

3.4.3處理石英砂

干燥石英砂，提供體系較高的抗壓強(qiáng)度和模量，成本低廉，可大量添加。但是表面的強(qiáng)烈親水性對水下粘接同樣形成挑戰(zhàn)，其水下固化的強(qiáng)度完全依賴于對固化劑的選擇。

 3.4.4選用活性硅微粉

活性硅微粉，經(jīng)過活性硅烷偶聯(lián)劑處理的石英粉具有較強(qiáng)的疏水性和對環(huán)氧樹脂的親和性，太粗的粒徑影響浸潤，太細(xì)的粒徑影響粘度，一般以300-400目左右的準(zhǔn)球形活性硅微粉在石英砂中可起到滾珠的作用，降低粘度，增強(qiáng)流動性。適合在水下環(huán)氧樹脂灌漿料中作填充料使用。另外，硅微粉表面處理的效果直接影響砂漿的疏水性能。

3.4.5選用滑石粉

滑石粉具有一定的疏水性的天然填充劑，雖含有結(jié)合水，但在常溫固化的條件下影響不大，建議部分采納300-400目左右的滑石粉，過細(xì)粒徑的滑石粉增長粘度較快，影響石英砂的添加量。

3.4.6對C料量的控制

要保證水下環(huán)氧灌漿液對C料的浸潤性好，C料添加過多，則漿料混合粘度高，無法對C料的粒徑表面進(jìn)行充分處理和浸潤，因此水下的流動性和滲透性自然大打折扣，漿液也極易在水中析出。

3.5水下環(huán)氧灌漿料參考配方

128                                              85份

692                                              15份

水下固化劑                                 25-50份

400目活性硅微粉                        25-30份

石英砂約40-80目為宜                  250-300份

   硅烷偶聯(lián)劑如550                           1份
 
如需要繼續(xù)降低粘度，可使用部分雙酚F環(huán)氧樹脂，還可考慮多種目數(shù)的河沙和準(zhǔn)球型活性硅微粉相互搭配。 

 以上材料按照混合工藝混合攪拌均勻即可用于水下灌漿。

 3.6水下環(huán)氧灌漿料混合工藝建議

  128同692先預(yù)混1分鐘，加入固化劑同550混合2分鐘，再加入石英砂基本混合均勻后，最后加入水泥或活性硅微粉混合攪拌均勻，最好保證固化劑和河沙加入從混合開始到灌漿至少5-10分鐘的混合時間，這樣有利于河沙在體系得到充分浸潤，以防止膠水在隨后的灌漿工藝中析出。

  不建議水泥或者硅微粉先于石英砂加入到混合膠水體系中。

  不建議我司水下固化劑同別的固化劑混合復(fù)配使用。

4.水下環(huán)氧灌漿料的應(yīng)用范圍

 4.1水工建筑使用的環(huán)氧樹脂灌漿料

水工建筑物修補(bǔ)材料占水工建筑物修補(bǔ)材料的60%，包括環(huán)氧樹脂灌漿材料、環(huán)氧樹脂修補(bǔ)砂漿和環(huán)氧樹脂鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層。如水工建筑的基礎(chǔ)和壩體裂縫的防滲加固。高速公路、橋梁、地鐵、工業(yè)和民用建筑升溫各種混凝土裂紋和基礎(chǔ)的防滲補(bǔ)強(qiáng)加固處理；能在潮濕和水下固化粘接的環(huán)氧樹脂砂漿涂層可做水電站抗磨蝕材料、混凝土裂紋修補(bǔ)材料、混凝土防滲處理和修補(bǔ)損傷、松動混凝土；水工建筑環(huán)氧樹脂防腐涂料和金屬結(jié)構(gòu)涂層。

4.2各種建筑物和建筑制品的水下防堵漏修補(bǔ)和水下防腐

  電力、建筑、橋墩玻璃纖維套筒、鐵路、碼頭、隧道、高鐵、水池渡槽、人防工程等建筑物的缺陷修補(bǔ)、防水堵水，水泥制品和設(shè)備的水中粘接，且在造船、沉船打撈、船舶的水中修補(bǔ)中大量應(yīng)用。海岸河流橋礅、鋼筋混凝土、地下電纜、輸水管道、冶金船舶、石油、煤礦等場合的水下防腐或封堵。

 4.3水下建筑結(jié)構(gòu)膠

  水下建筑加固，包括水下粘接碳纖維、鋼板、錨固等建筑多種建筑加固處理。

 5.結(jié)論

5.1  水下環(huán)氧灌漿料的主要性能關(guān)鍵取決于固化劑的特性。

5.2 組成水下環(huán)氧灌漿料的各種原材料均要考慮盡量阻水性好、C料要干燥，尤其少含水分或不含親水性物質(zhì)。

5.3 不同目數(shù)的石英砂和球形填充料相互搭配，既可以增強(qiáng)水下環(huán)氧灌漿料的阻水性又可以降低其混合粘度，增強(qiáng)環(huán)氧灌漿料的水下流動性和滲透性。

5.4  工藝也很重要，石英砂先于水泥或硅微粉加入到混合均勻的水下環(huán)氧灌漿料中，有利于水下環(huán)氧漿液對石英砂的處理，并保證5-10分鐘的混合處理時間，再灌漿入水，這樣才能真實反應(yīng)水下環(huán)氧灌漿料的阻水能力。

 該文獻(xiàn)同時發(fā)表在《第七屆中國建筑膠黏劑發(fā)展論壇會刊》，請參閱。

參考文獻(xiàn)：

1）王熙 鄭水蓉 司小燕.水下環(huán)氧膠黏劑的研究進(jìn)展

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2） 賀曼羅 建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑施工應(yīng)用技術(shù)（M).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001                  

3） 魏濤 董建軍.環(huán)氧樹脂在水工建筑物的應(yīng)用.北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2007