推广 热搜: 溶剂  白乳胶  玻璃胶  胶粘剂  聚氨酯  热熔胶  胶黏剂  橡胶  厌氧胶  环氧树脂 

填料品种和用量对树脂混凝土强度的影响

   日期:2015-03-07     浏览:215    
核心提示:周梅,刘书贤(辽宁工程技术大学土木系,辽宁省阜新123000)1问题的提出  树脂混凝土(PC)是以合

周梅,刘书贤(辽宁工程技术大学土木系,辽宁省阜新123000)

1问题的提出
  树脂混凝土(PC)是以合成树脂加上适量的固化剂、增韧剂、稀释剂及填料作为胶粘剂,以砂、石作为骨料,经混合、成型、固化而成的一种复合材料。由于其具有良好的耐蚀、耐磨、耐水和抗冻性能及力学性能,弥补了水泥混凝土抗拉强度低、抗拉应变小、抗裂性小、脆性大等缺点。固化后的环氧树脂混凝土对大气、潮湿、化学介质、细菌等都有很强的抵抗力,因此,大多应用在较为恶劣的环境中。20世纪70年代在发达国家的建筑、电气、机械、化工等工业中就获得广泛而有效的应用。我国树脂混凝土的研制开发虽已有40年历史,但由于技术、造价、国情等所限,应用数量和范围还相当有限。特别对树脂胶粘剂、填料的认识还非常有限,本文正是在这种有实际需要的背景条件下进行研究开发,期望能推动树脂混凝土在我国的应用。
2试验方案
2.1试验材料
  (1)主剂:环氧树脂。环氧树脂是指在聚合物分子链中含有仲醇基和醚键,同时在分子两端具有反应性环氧基的聚合物。结构是线型的,由于它分子结构中含有活泼的环氧基、羟基、醚键等,可与多种类型的固化剂发生交联固化反应,而变为体型结构,其性能亦能由热塑性变为热固性。由于环氧树脂在固化过程中不析出低分子物,具有很小的收缩率,故可用来配制成无溶剂型胶粘剂。实际应用中,一般选择常温下是液态的树脂,以保证混凝土拌和物施工要求的流动性,便于成型。但常温下是液态的树脂(E-51)粘度较低,影响粘聚性,我们经几组实测效果比较,最后选择70%E-51、30%E-44的组合,能很好解决拌和物流动性与粘聚性之间的矛盾。本试验选用的是无锡树脂厂生产的E-51、E-44,二者均为二酚基丙烷型环氧树脂,具有一般高聚性产品的通性,环氧值(当量/100g)分别为0.41~0.47和0.48~0.54,粘度(25℃)不大于2.5Pas。
  (2)固化剂:选择由苯酚、甲醛、脂肪胺合成的改性胺T31(低毒、室温固化型)。我们选择的胺类固化剂的特征是在常温下可以固化,反应时放热多,放出的热量可进一步促使环氧树脂与固化剂的反应,加快固化速度。采用胺类固化剂,用量必须选择正确。胺类固化剂用量(g/每100g树脂)=(胺类分子量/胺分子中活泼氢原子数)×环氧值。
  (3)稀释剂:丙酮。胶粘剂粘度过大会造成使用不便,或胶粘剂对骨料、基层表面润湿不良,故使用中要求掺适量稀释剂。另外,适量稀释剂可以控制环氧树脂与固化剂的反应热,延长使用时间。本试验选用的丙酮是非活性稀释剂,它不参与环氧树脂固化过程中的反应,在环氧材料中不断挥发,可能产生气泡、增加收缩率,降低粘结能力。
  (4)增韧剂:邻苯二甲酸二丁脂(DBP)。硬化后的环氧树脂虽具有较高的机械强度,但性质较脆,特别在低温条件下硬化,抗冲击能力差,为改进环氧树脂胶粘剂固化后的韧性,提高其抗弯和抗冲击性能,本试验选择了沈阳试剂厂生产的邻苯二甲酸二丁脂作为增韧剂。邻苯二甲酸二丁脂属于非活性增韧剂,它不与环氧树脂起化学反应,只起润滑作用,但随着时间的延长而挥发掉,将失去增韧的作用。
  (5)填料:合适的填料能使环氧树脂胶粘剂的性能进一步改进,降低胶粘剂的收缩率和热膨胀系数,增加热导率和机械强度,提高尺寸的稳定性,消除固化物中的成型应力,避免发生裂缝,改善粘结性能,降低吸水性,增长使用寿命,还能调节粘度、流动性等工艺性能要求。大量加入廉价的填料,胶粘剂的成本也可降低。此项试验我们通过分别加入水泥、粉煤灰、Al2O3粉末、CaO粉末、玻璃纤维等5种填料做对比试验,目的在于寻找合适的填料及配比。我们的研究与日本的研究均表明,树脂混凝土中骨料、填料和胶粘剂的最佳比例为8∶1∶1。
2.2试验尺寸
  环氧胶粘剂剪切试件:100mm×20mm×3mm(手工成型);树脂混凝土抗折试件:40mm×40mm×160mm(手工成型),抗压试件:40mm×40mm×62.5mm(手工成型)。
2.3环氧胶粘剂质量配比(见表1)

  

3试验结果及分析
3.1填料对环氧胶粘剂剪切强度的影响
  填料的品种和用量对环氧胶粘剂剪切强度的影响见图和图2。

  


  

从图1、图2可以看出:
  (1)在相同的成型条件下,随水泥质量份数的增加,环氧胶粘剂的剪切强度明显上升。这因为加入的水泥承担了部分应力,提高了胶层的内部硬度,故随加入量的递增强度提高。当质量份数在150~250时,剪切强度变化趋于平稳;200份时,环氧胶粘剂剪切强度达到峰值(20.0MPa);此后份数再增加,剪切强度缓慢下降。这因为水泥是一种吸湿性极大的活性物质,使胶粘剂的粘度稍有提高,降低胶粘剂的流动性及润湿能力,减少有效粘接面积,当水泥加入量达到200份时,粘接面积减少开始起到明显的作用,故强度缓慢下降。
  (2)在相同的成型条件下,随粉煤灰质量份数的增加,环氧胶粘剂的剪切强度明显上升。粉煤灰质量份数在150时,粘结剂剪切强度达到峰值(22.0MPa)。此后随质量份数增加,剪切强度缓慢下降。这是因为粉煤灰中SiO2、Al2O3等具有化学活性,在碱性激发剂作用下,粉煤灰发生反应,作为胶凝材料的一部分起增强作用。另外,粉煤灰中含有大量理想的玻璃微珠,这些球形小颗粒弥散分布在胶层中,使应力均匀分布,提高胶层内部硬度,稳定胶层收缩率,减少固化时间。但环氧胶粘剂的剪切强度上升的趋势是有限的,随填料用量过大,环氧树脂含量势必减少,这样胶粘剂的粘接面积就减小,故胶粘剂的剪切强度将缓慢下降。
  (3)Al2O3粉末作为增强相,本身强度很高,能够起增强作用,而且Al2O3粉末吸湿性较弱,可改善环氧胶的润湿能力,增强流动性。但随加入量递增,胶粘剂粘度降低,峰值在30份左右。
  (4)CaO粉末具有较强的吸湿性,能提高胶体粘度及降低流动性,使胶体润湿能力下降,峰值在40份左右。由于峰值时加入量不大,因此降低润湿作用不明显,而作为硬相能均匀分布在胶层中,提高在外力作用下胶层的滑移变形能力,改善了胶层本身的脆性,提高强度。
3.2填料对树脂混凝土强度的影响
  通过上述试验,我们找到了各种填料的最佳配比,以此为基数,在其它配料相同的情况下进行了树脂混凝土抗折、抗压强度等性能的检测,检测结果见表2。



3.2.1对抗压强度影响的分析
  从表2可看出,加入水泥、粉煤灰做填料的试件,其后期抗压强度增加很大,分别提高了51.3%和34.9%;加入CaO粉末的试件,后期抗压强度大幅度下降;而加入Al2O3粉末和玻璃纤维的试件,前期与后期抗压强度没有太大变化。主要原因分析如下:
  (1)用水泥做填料,对提高树脂混凝土前期和后期抗压强度有明显优势。这主要是因为:水泥颗粒与胶粘剂充分混合,由于水泥的吸湿性,使得胶粘剂的粘度提高,水泥与胶粘剂形成颗粒胶体,增大了胶体有效粘接面积,包裹在骨料的表面,并填充骨料间的空隙。固化前,水泥起润滑作用,使胶体尽可能与骨料均匀混合;固化后,水泥颗粒、骨料与胶粘剂三者胶接成一体,起胶结作用。
  (2)用粉煤灰做填料,能提高树脂混凝土前期和后期抗压强度的主要原因:粉煤灰是一种典型的活性混合材料,我们选择的粉煤灰SiO2+Al2O3+Fe2O3含量占粉煤灰总量的89.74%,且大部分为玻璃态实心或中空球状颗粒(粒径一般在1~5μm),使胶粘剂的润湿能力大大提高,使骨料得到润滑并明显改善树脂混凝土的和易性(便于施工,有推广价值),使配制的混凝土更密实、更均匀。另外,试验证明在环氧树脂中填充粉煤灰微珠,还可减轻混凝土质量,提高抗破坏性。
  (3)Al2O3和CaO粉末作为硬相颗粒,均对提高混凝土强度作出贡献。但Al2O3粉末价格较贵,没有实用价值。CaO粉末有很强的潮解作用,性质不稳定,随时间的延长吸收水分膨胀变质,使胶体疏松,从而丧失强度,28d的抗压强度低于7d抗压强度也说明了这一点。
  (4)玻璃纤维填料由于采用铺层法加入,手工成型纤维层没能与混凝土充分粘接,应力不能通过基体传递到纤维,故纤维不能承担外界荷载,没达到增强作用。
3.2.2对抗折强度影响的分析
  通过对5种填料树脂混凝土试件的断面观察,发现断面都较平齐,没有凸凹的骨料起伏,即折断不是沿着骨料与胶粘剂粘结界面发展。这说明骨料与胶粘剂粘结强度、骨料本身强度、含填料的胶粘剂强度较接近。5种填料中水泥试件抗折强度最高(27.7MPa)、粉煤灰(23.8MPa)次之,但都高于不加填料的树脂混凝土抗折试件。4结论通过试验,我们建议用粉煤灰做树脂混凝土的填料,最佳掺入量150份(质量比)。粉煤灰是一种工业废料,大量排放占用了耕地、污染了环境,而在树脂混凝土中大量加入这种廉价的填料,不仅降低了胶粘剂的成本,试验证明也提高了树脂混凝土前期和后期的抗压和抗折强度,为粉煤灰的综合利用找到一种新的途径。
 
打赏
 
更多>同类技术

推荐图文
推荐技术
点击排行
网站首页  |  企业资质  |  关于我们  |  联系方式  |  使用协议  |  版权隐私  |  网站地图  |  排名推广  |  广告服务  |  积分换礼  |  RSS订阅  |  违规举报
      310100103573