林国新, 张建国

(1 中山市技师学院，广东　中山　528403；2 中山市大田汽车护理用品有限公司，广东　中山　528478)



水性环氧水泥砂浆添加剂的开发

林国新1, 张建国2

(1 中山市技师学院，广东中山528403；2 中山市大田汽车护理用品有限公司，广东中山528478)

合成适合用于水泥砂浆的水性环氧乳液WE44和水性环氧固化剂，并通过一系列的试验，考查了不同灰砂比和聚灰比情况下，改性水泥砂浆的抗压、抗折、及与混凝土的正拉粘结强度。试验对比结果表明：该体系更适合改性水泥砂浆，性能明显优于市售的水性环氧乳液+低分子聚酰胺体系。随着聚灰比的增大，改性水泥砂浆的抗压、抗折强度以及与混凝土的正拉粘结强度都有不同程度提高，特别是抗压强度与粘结强度的提升比较明显，当聚灰比为0.8时，7天的抗压强度约为48 MPa，粘结强度约为4 MPa。该材料适合用于有较高要求的修复或新建场合。

水性环氧体系；改性水泥砂浆；水泥砂浆添加剂

普通的水泥基复合材料(如普通混凝土或水泥砂浆)是非均质、多相无机脆性材料，而且这种多孔材料在外界侵蚀性介质如二氧化碳、水、氯离子、硫酸盐等的侵蚀作用下，会加速破坏，使用寿命大大缩短[1]。

聚合物改性水泥砂浆是有机和无机的复合材料，将分散于水中或溶于水中的聚合物掺入普通砂浆中配制而成。聚合物的引入使得水泥砂浆的上述性能明显提高；同时聚合物的引入也改善了原水泥砂浆的微观结构，砂浆的密实度增强[2]。聚合物改性水泥砂浆具有良好的性能。加入聚合物材料后，水泥基材料的许多性能如强度、变形能力、粘结性能、防水性能、耐久性能等都会有所改善，改善的程度与聚灰比(固体聚合物的质量与水泥质量之比)、聚合物的品种和性能等有很大关系。

水性环氧乳液较其他聚合物乳液有以下4个优点：① 粘结强度高。环氧分子中的脂肪族羟基和醚基是分子和相邻表面之间产生电磁或化学吸附；② 抗压强度高。水性环氧乳液和水性固化剂固化后在水泥砂浆内部形成三维网状结构，大大提升了力学性能；③ 收缩率小。环氧乳液固化后没有低分子副产物；④ 耐腐蚀性能好[3]。

1　实　验

1.1试验原料和仪器

环氧树脂E44:工业级，广州市东风化工实业有限公司。乳化剂:实验室自制；二乙烯三胺:工业级，陶氏化学；低分子聚酰胺651：江西远大化工；丁基缩水甘油醚，安徽恒远化工；苄基缩水甘油醚，安徽恒远化工；水泥：广州石井牌PO42.5普通硅酸盐水泥；砂：普通的河砂；去离子水；电动搅拌器(D-971型):常州澳华仪器有限公司；砂磨、分散、搅拌多用机(SF0.4型)：中国常州彩宝机械有限公司 电子万能试验机(CNT-4304型)，珠海三思泰捷公司

1.2试验制备

1.2.1水性环氧乳液WE44的合成

首先按比例把加热后的环氧树脂E44和乳化剂放入2升的广口不锈钢釜里进行匀速搅拌，当体系温度为(60±5) ℃时，边搅拌边缓慢地将蒸馏水滴入其中，直到体系黏度骤降，此时可判断其发生了相反转，体系连续相由环氧溶液相转为水相，持续进行一段时间快速搅拌之后再次加入蒸馏水，将其浓度稀释到一定程度后即制备完成[4]。

1.2.2水性固化剂NH260的合成

于2000 mL烧瓶中加入二乙烯三胺，然后滴加丁基缩水甘油醚和苄基缩水甘油醚，在(60±5) ℃温度下保持反应2 h。然后再将环氧树脂E44滴加入三口烧瓶中，保持搅拌，控制反应温度为(60±5) ℃，整个反应期间应控制烧瓶中料液为淡黄色半透明液体，无颗粒状物质出现。2 h后将一定量醋酸加入烧瓶中，继续搅拌一段时间。反应结束后，加水稀释至固含量50%，搅拌0.5 h，出料[5]。

1.2.3测试样品的制备

水性环氧改性水泥砂浆由水泥、砂子、水性环氧乳液(A组份)和水性固化剂(B组份)组成。配料的流程如图1。

图1　水性环氧水泥砂浆配料流程图Fig.1　Waterborne epoxy cement mortar blending process

1.3测试或表征

1.3.1水泥胶砂强度试验

水泥砂浆强度试验采用40 mm×40 mm×160 mm试件，依照标准GB/T 17671-1999《水泥胶砂成型方法》和GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检测方法》进行[6]。

1.3.2水泥胶砂与混凝土的正拉粘结强度

依照标准GB 50367-2006附录F进行检测。

2　结果与讨论

2.1聚灰比和灰砂比对改性水泥砂浆抗压强度的影响

我们采用三个不同的配方，分别考察随着聚合物添加量的增加(聚灰比：聚合物的添加量与水泥用量的比)，三天和七天的抗压强度的表现情况。

表1　改性水泥砂浆抗压强度表Table 1　Compressive strength of the modified cement mortar

图2　改性水泥砂浆抗压强度图Fig.2　Compressive strength of the modified cement mortar

由上面的表1和图2可以发现随着聚灰比的增加， 3天和7天的抗压强度明显提高，当聚灰比为0.8时，7天的抗压强度约为48 MPa。

对比A组和B组试样发现，不同的灰砂比(灰砂比：水泥和砂子的比)对改性水泥砂浆的抗压强度影响不大。

A、B组试样的抗压强度明显高于C组试样，说明聚合物中使用水性固化剂要比市场上常用的固化剂(低分子聚酰胺651)的效果好得多。

2.2聚灰比对改性水泥砂浆抗折强度的影响

表2　改性水泥砂浆抗折强度表Table 2　Fracture resistance of modified cement mortar

图3　改性水泥砂浆抗折强度图Fig.3　Fracture resistance of modified cement mortar

由上面的表2和图3可以发现A组试样的抗折强度明显高于C组试样，随着聚灰比的增加，3天和7天的抗压强度都有小幅度的提升，但提升度不是特别大，这也是在以后的研究过程中需要解决的。

2.3聚灰比对改性水泥砂浆与混凝土正拉粘结强度的影响

表3　改性水泥砂浆与混凝土正拉粘结强度表Table 3　Cohesive pulling strength of modified cement mortar and concrete

图4　改性水泥砂浆与混凝土正拉粘结强度图Fig.4　Cohesive pulling strength of modified cement mortar and concrete

由表3和图4可以发现A组试样的粘结强度明显高于C组试样，随着聚灰比的增加，3天和7天的抗压强度都有不同程度的提升，特别是A组试样，当聚灰比为0.8时，7天的粘结强度约为4 MPa，树脂大大高于小份量的添加，说明水性环氧体系的加入对改性水泥砂浆的粘结强度的影响是有效而明显的。

在标准水泥砂浆中加入水性环氧乳液和水性固化剂，随着聚灰比的增大，改性水泥砂浆的抗压、抗折强度以及与混凝土的正拉粘结强度也随之提高，这主要是因为水性环氧体系不仅可以提高水泥砂浆中的粘附力和粘结强度，能减少水泥砂浆中的空隙率，而且环氧树脂本身的抗压、抗拉等力学性能指标也比较高，能有效提高改性水泥砂浆的各项力学性能[7]。

3　结　语

水性环氧乳液和水性环氧固化剂作为水性环氧砂浆(混凝土)添加剂，与水泥砂浆(混凝土)有良好的配伍性。添加到砂浆(混凝土)中，通过水性环氧的交联固化及水泥的水化作用形成具有空间网状结构的高性能的有机-无机复合材料体系，既增加了界面间的粘合力，也起到增强、抗渗和抗化学品作用，适应于道路桥梁、水利、地下人防工程等建筑物的建造和缺陷修补粘结。

实验结果表明，在标准水泥砂浆中加入水性环氧乳液和水性固化剂，性能明显优于市售的水性环氧乳液+低分子聚酰胺体系。随着聚灰比的增大，改性水泥砂浆的抗压、抗折强度以及与混凝土的正拉粘结强度都有不同程度提高，特别是抗压强度与粘结强度的提升比较明显，当聚灰比为0.8时，7天的抗压强度约为48 MPa，粘结强度约为4 MPa。但抗折强度的提升度不明显，而且对修补工程中最关心的早期强度也没有特别的优势，这也是在以后的研究过程中需要解决的。

[1]王伟.水性环氧树脂乳液修补水泥混凝土路面微小裂缝技术的探讨及应用[J].科技资讯，2009(7):96.

[2]张荣辉，陈楚洲.水性环氧树脂在公路养护中的应用[J].公路，2006(1):14-17.

[3]赵志国，朱宏.水性环氧乳液改性水泥砂浆性能的研究[J].混凝土，2008(9):88-90.

[4]胡登华，官仕龙，陈协等.水性环氧树脂的研究进展[J].武汉工程大学学报，2011(10):13-16.

[5]陈强.水性环氧乳液与水性固化剂的制备研究[D].天津:天津大学,2007.

[6]彭妙娟，王兴培，李荣鑫.水性环氧改性水泥砂浆的路用性能试验研究[J].中外公路，2012，32(2):201-206.

[7]杨桂清.聚合物改性砂浆的研究与应用[J].四川建筑,2010(4):26-27.

Development of Waterborne Epoxy Cement Mortar Additives

LINGuo-xin1,ZHANGJian-guo2

(1 Zhongshan Technical College, Guangdong Zhongshan 528403；2 Shongshan Datian Car Care Inc., Guangdong Zhongshan 528478, China)

The waterborne epoxy resin emulsion WE44 and waterborne epoxy hardener which were suitable for cement mortar was synthesized, and the compression and fracture resistance of cement mortar were examined, as well as the cohesive pulling strength of concrete in different cement-sand and polymer-cement ratios through a series of experiments. The experimental results showed that this system was more suitable for modified cement mortar, and its properties were much better than the waterborne epoxy resin emulsion and low molecule polyamide system on the market. With the increase of polymer-cement ratio, the compression and fracture resistance of cement mortar, and the cohesive pulling strength of concrete had some improvements, and the improvements of compression resistance and cohesive strength were very remarkable. The 7 days compression resistance was about 48 MPa, and cohesive strength was about 4 MPa when the polymer-cement ratio was 0.8. The materials were suitable for the high quality maintenances or new construction used.

waterborne epoxy system; modified cement mortar; cement mortar additives

林国新(1970-)，男，化学工程师，主要从事有机化学合成应用与检测。

TQ075+.1

B

1001-9677(2016)018-0113-03