有機硅改性環氧樹脂建筑結構膠在水泥地的應用研究

摘要：在水泥地中最為常見的破壞為裂縫，一旦出現裂縫后將會影響水泥地的正常使用，于是需要對其進行及時的維修處理。環氧樹脂建筑結構膠具有不錯的性能，然而也存在一些缺陷，比如耐熱性能、抗沖擊韌性等較差，于是文章為了提高該材料在水泥地中的應用效果，對環氧樹脂建筑結構膠進行了有機硅改性研究。通過實驗研究，研究了有機硅改性環氧樹脂建筑結構膠不同方面的性能。研究結果表明，經過改性后的環氧樹脂建筑結構膠具有更好的抗沖擊強度、耐濕熱老化性能和力學性能。

關鍵詞：水泥地;有機硅;改性;環氧樹脂;建筑結構膠

中圖分類號：TQ323.5

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）09-0030-05

水泥地在我國城市道路建設中占據重要作用，然而隨著水泥地的使用時間邊長，地面就會出現各種缺陷，而其中最為常見的屬于裂縫損害，屬于眾多損害中占比最高的損害，地面出現裂縫會影響水泥地的正常使用，從而阻礙交通運輸，甚至會影響交通安全事故的發生，所以為了降低水泥地裂縫對人類生活和生產的影響，需要及時對裂縫進行維修處理[1-3]。有機高分子修補材料具有不錯的性能，在實際水泥地裂縫修補中能夠起到較好的應用效果[4]。有機高分子修補材料中環氧漿料具有較好的力學性能和粘接性能，所以其應用也愈發的廣泛[5-6]。然而在應用過程中也發現其質脆、耐熱性、耐疲勞性和抗沖擊韌性比較差，使其不利于水泥地裂縫的修補，于是文章為了提高在水泥地裂縫中應用效果，研究了有機硅改性環氧樹脂建筑結構膠[7-8]。

1 實驗過程

1.1 實驗材料和儀器

實驗中所需要的主要材料如表1所示。實驗所需的儀器主要有：電子天平秤、紅外光譜儀、掃描電子顯微鏡、恒壓滴液漏斗。

1.2 實驗方法

首先需要合成端異氰酸酯有機硅氧烷，其工藝如圖1所示。然后對環氧樹脂進行除水，其中使用到的除水工藝與合成預聚體的方式一樣，再對其進行冷卻，直至達到40℃為止。于是解除真空，并且進行充氮和攪拌處理，然后將預聚體慢慢放入到燒瓶中，其中使用的工具為恒壓滴液漏斗，最后對其進行升溫處理，直至達到90℃為止，保溫2h即可出料。

1.3 檢測方法

2 實驗結果與討論

2.1有機硅摻量對吸水率和收縮率的影響

檢驗環氧樹脂建筑結構膠的性能時，其吸水率屬于一個重要指標，因為當吸水率比較高時，其材料就會容易產生內應力，還會降低其耐熱性能、力學性能和耐腐蝕性能，另外還會影響到其老化性能。通過實驗研究獲得如表3所示的結果。

從實驗結果可以看出，與純環氧樹脂建筑結構膠相比，改性環氧樹脂建筑結構膠的收縮率更大，且當有機硅含量越來越高時，改性環氧樹脂建筑結構膠的收縮率越大。出現這種現象的原因在于在環氧樹脂建筑結構膠中加入有機硅時，會使得膠粘劑的交聯密度不斷增大，就會增加固收縮的效果，所以當加入量越多時，加固收縮將會更加明顯，于是收縮率就會越來越大。吸水率的變化趨勢正好與收縮率相反，與純環氧樹脂建筑結構膠相比，改性環氧樹脂建筑結構膠的吸水率更小，且當有機硅含量不斷增加時，吸水率會會不斷降低。出現這種現象的原因在于有機硅的表面能比較低，就會發生較大的變化，比如富集和遷移，于是就會使得環氧樹脂表面性能發生變化。另外，由于改性環氧樹脂建筑膠具有一定的憎水性，所以就會造成如上所述的變化趨勢。

2.2 力學性能的影響

水泥地裂縫的修補材料需要具備一定的力學性能，才能使得修補效果更好，所以力學性能屬于有機硅環氧樹脂建筑膠的重要指標。于是文章分析了有機硅含量對4種不同力學性能的影響，其結果如圖2～5所示。

首選對圖2和圖3進行分析，從圖中可以看出，抗擊強度和斷裂伸長率的變化趨勢為隨著有機硅含量的不斷提升，其大小先增大后降低。然而兩者的變化趨勢也有所區別，即當有機硅含量比較少只有5%時，其沖擊強度的增大幅度比較小，能夠說明當加入的有機硅含量比較少時，增強結構膠沖擊強度的效果不是很明顯，當時斷裂伸長率加入5%的有機硅時，其值發生非常明顯的增加增強作用。

然后再對圖4和圖5進行分析，拉伸強度和抗剪切強度的變化趨勢一致，即當有機硅含量不斷增加時，抗剪切強度和拉伸強度都處于降低狀態。出現這種現象的主要原因在于當有機硅含量增加時，就會增加結構膠的柔順性，于是就會降低拉伸強度。由于環氧樹脂和有機硅之間的兼容性比較差，于是就會導致有機硅聚集在一起，形成一個明顯的界面，所以就會降低剪切強度。

2.3 耐人工老化性能

表4即為人工老化試驗后應用于水泥地裂縫修補中的力學性能，從表中可以看出，經過人工老化處理后，剪切強度和拉伸強度有了一定程度的降低，當加入有機硅之后，提高了保留率，于是可以說明，有機硅改性環氧樹脂建筑膠能夠提高耐濕熱老化性能。出現這種現象在于有機硅有助于提高材料耐熱性能和疏水性能，所以應用于水泥地裂縫修補中能夠增加耐濕熱老化能力，于是能夠提高應用耐久性。

從表4中還可以看出，當材料經過老化處理后，其力學性能的變化趨勢為先增高后降低，而且不會一直降低。出現這種現象的主要原因在于濕熱環境，因為水分子會破壞掉基體的化學鍵，另外，濕熱會提高基體固化程度，于是就會造成這種變化趨勢。但是可以看出總體上力學性能是下降趨勢，主要由于基體與粘接面存在不可逆的破壞，于是就會降低力學性能。

2.4 250℃熱失重結果分析

通過實驗分析之后得到如表5所示的失重結果，從中可以看出，與未改性的材料進行比較，改性之后的耐熱性能更好。當條件為10h時，有機硅含量增加20%，失重結果降低了1.88%，因為加入有機硅之后的材料處于高溫環境下，會形成二氧化硅，其性能非常溫蒂，可以形成保護層，于是就會阻礙分解，所以改性后的材料具有更好的耐熱性。

2.5 紅外光譜測試

上述實驗還不能明確了解基團已經引入到環氧中，需要進行紅外光譜分析，于是通過紅外光譜儀得到圖6到圖8的光譜圖。圖6為異氰酸酯紅外光譜圖，圖7為預聚體紅外光譜圖，圖8為改性環氧樹脂建筑膠的紅外光譜圖。

對圖6和圖7進行對比分析，Si-OH基團和-NCO基團的吸收峰有所降低，另外還產生了新C=O基團，于是可以證明聚硅氧烷和異氰酸酯發生了作用。然后將圖8與圖6和圖7進行對比分析，能夠發現227cm^-1處的-NCO基團的吸收峰消失，證明該基團和-OH基團發生化學反應，從而生成了氨基甲酸酯鍵。從而可以證明有機硅預聚體能夠增加和環氧樹脂相結合后的兼容性。

2.6 掃描電鏡分析

在水泥地裂縫中使用有機硅改性環氧樹脂建筑結構膠進行修補，需要對其進行微觀分析，通過使用掃描電子顯微鏡即可得到相關結果，為了凸顯改性后材料的結構變化，對沒有加入有機硅的材料也進行了微觀分析，分別得到如圖9和圖10所示的結果，其中圖9即為純環氧樹脂，圖10為改性環氧樹脂。

從圖9中可以看出，其形態結構為單相連續型，因為材料中沒有有機硅，于是沒有發生相分離情況，另外由于樹脂基體處于均勻分布，于是從圖片中可以看出沒有呈現顏色梯度分布，裂紋發生在同一個方向，然后其長度比較長，屬于脆性斷裂特征。

從圖10中可以看出，與純環氧樹脂相比，通過改性之后的材料，電子顯微鏡照片存在明顯的區別，其基體不再均勻分布，裂縫方向沒有規律，且表面粗糙，屬于一種韌性斷裂，所以可以證明當加入有機硅之后，能夠改善材料的脆性。

通過改性之后獲得的電子顯微圖片中存在一些微小的孔洞，Kinlock對其進其進行了分析，其中指出有機硅粒子會受到流體靜力拉力的影響，還會受到負荷后三向應力場的作用，這兩個力就會相互疊加，就會使得界面遭到破壞，于是就形成了如圖所示的孔洞，這些孔洞就會使得塑性體膨脹，并且使得發生裂紋的位置出現純化現象，于是就會阻止水泥地出現斷裂并且降低應力集中現象。所以在水泥地中應用有機硅改性環氧樹脂建筑結構膠有助于降低裂縫的產生。

3 結語

綜上所述，加入有機硅改性之后，所獲得的有機硅改性環氧樹脂建筑結構膠提高了收縮率，降低了吸水率、熱失重。另外當有機硅加入量為10%時，能夠增強斷裂伸長率和沖擊強度。經過人工老化試驗可知，改性后的材料具有更好的耐濕熱老化性能。所以在水泥地中使用有機硅改性環氧樹脂建筑結構膠能夠提高其使用壽命、降低裂縫的發生、增強力學性能等優勢。

參考文獻

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[2]李慶華，舒程嵐青，徐世娘，超高韌性水泥基復合材料的層裂試驗研究[J].工程力學，2020，37（04）：51-59.

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[8]劉旭東.改性環氧樹脂裂縫修補材料制備及其熱解動力學研究[D].烏魯木齊：新疆大學，2019.

1、塑料粘接知識——表面處理：

聚甲醛的特性，聚甲醛一般分為：聚甲醛和均聚甲醛，是一種線型高分子，結晶度高，密度大，力學性能優良，特別是剛性大，耐沖擊和耐蠕變性優良，卓越的耐疲勞性能，突出的自潤滑性，耐磨，耐化學品腐蝕性，是優良的工程塑料。由于其結晶度高，且耐溶劑性好，無法采用溶劑粘接。而且膠粘劑粘接時，受表面能低的限制，必須進行表面處理后方可粘接。

作者簡介：郭銳（1975-），男，漢族，河南陜縣人，大學本科，工程師，研究方向：建筑學及項目管理。