温度对f2断层施工所用环氧浆材抗压强度的影响

石军　韦尚伟

摘 要：温度是化学反应中的一个至关重要的影响因素。在有机反应中，温度不光影响化学反应速率，更会影响生成物的结构。针对四川省锦屏一级水电站左岸f2断层使用的深圳市帕斯卡系统建材有限公司PSI系列环氧浆材，我们进行了温度对其抗压强度影响的研究，发现温度高时，反应速率快，固化速度快，但是生成物抗压强度相应减弱，反之，温度低时，反应速率慢，固化速度慢，生成物抗压强度增强。

关键词：温度 f2断层 环氧浆材 抗压强度

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0061-02

四川省锦屏一级水电站左岸f2断层地质条件薄弱，碳化严重，只通过固结灌浆并不能达到强度要求，因此我们进行了大量的化学灌浆。但是由于化学浆材性能较之水泥浆材对温度更加敏感，控制条件要求更加苛刻，因而我们对所使用的PSI系列化学浆材进行了控温培养的抗压强度研究。

1 温度与环氧浆材化学反应速率的关系

1.1 温度是化学反应中的一个至关重要的影响因素

温度可以加速化学反应体系内分子碰撞速率，提高化学反应速率。在有机化学反应中，温度不光影响反应速率，还会影响反应生成物的结构，从而影响的生成物的力学性能。

1.2 环氧浆材化学反应原理

双酚A（即二酚基丙烷）型环氧树脂即二酚基丙烷缩水甘油醚。在环氧树脂中它的原材料易得、成本最低，因而产量最大（在我国约占环氧树脂总产量的90%，在世界约占环氧树脂总产量的75%～80%），用途最广，被称为通用型环氧树脂。

双酚A型环氧树脂是由二酚基丙烷（双酚A）和环氧氯丙烷在碱性催化剂（通常用NaOH）作用下缩聚而成。其反应历程的说法不一。专家们比较一致的认识是，大体上说来在合成过程中主要的反应可能如下。

（1）在碱催化下，双酚A的羟基与环氧氯丙烷的环氧基反应，生成端基为氯化羟基的化合物—开环反应。

（2）氯化羟基与NaOH反应，脱HCl再形成环氧基—闭环反应。

（3）新生成的环氧基与双酚A的羟基反应生成端羟基化合物—开环反应。

（4）端羟基化合物与环氧氯丙烷反应生成端氯化羟基化合物—开环反应。

（5）生成的氯化羟基与NaOH反应，脱HCl再生成环氧基—闭环反应。

（6）在环氧氯丙烷过量情况下，继续不断地进行上述开环—开环—闭环反应，最终即可得到二端基为环氧基的双酚A型环氧树脂。

上述反应是缩聚过程中的主要反应。此外还可能有一些不希望有的副反应，如环氧基的水解反映、水化反应，酚羟基与环氧基的反常加成反应等。

当温度发生增加时，开环闭环反应速率增加，反应点增多，同时副反应相应增加，从而导致反应生成的线性环氧树脂链长变短，形成的立体结构变简单，但是在相同时间内与低温反应相比反应更加充分，使得试件内部软弱点减少，从而影响到生成物力学性能。

2 不同温度条件下试件的抗压强度

四川省锦屏一级水电站左岸f2断层化学灌浆施工使用的是深圳市帕斯卡系统建材有限公司生产的PSI系列环氧树脂化学灌浆材料，其中主要使用的是PSI-501和PSI-530两个类型的浆材。

2.1 进行试验的固化制度和浆液配比

我们进行试验的固化制度主要分为以下几点。

（1）35℃1d，40℃9d。

（2）32℃1d，35℃9d。

（3）30℃1d，33℃9d。

（4）25℃1d，30℃9d。

其中（1）与（2）同时进行实验，（3）与（4）同时进行实验。在进行变温培养的过程中，同时进行了遵循JC/T 1041-2007的行业标准的28天20±3℃试样培养，以便与行业标准一致的检测进行对比。28d培养共进行两次，一次与（1）、（2）同时进行培养，一次与（3）、（4）同时进行培养。培养过程中发现，温度越高时，浆液粘度上升速度越快，初凝时间越短。

浆液配比主要分为以下几方面。

PSI-501型：3∶1 、4∶1 、 5∶1、 6∶1 、 7∶1 、 8∶1

PSI-530型：5∶1、 6∶1、 7∶1、 8∶1

2.2 试验得到的不同温度养护条件下试样抗压强度

2.2.1 两次28天培养抗压强度的统计

第一次28天培养与（1）、（2）同时进行培养。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为： 鼓型变形、42.6、81.1、77.9、57.6、51.9。

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为66.2、81.2、83.1、64.5。

第二次28天培养与（3）、（4）同时进行培养。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为： 鼓型变形、57.2、77.1、89.4、76.5、58.39；

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为53.4、84.4、97.9、97.2。

两次测试数据差异较大原因分析：第一次培养时，中间出现停电导致温度偏高，测试时试件形状不够规则，使得试件强度受到影响；第二次培养温度控制到位，测试时试件形状打磨规则，所得数据较为理想。

2.2.2 四个变温固化制度下培养抗压强度的统计

（1）35℃1 d，40℃9 d（试件取出后在室温条件下冷却1d后进行测试）。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为：14.4、72.5、98.0、119.2、119.7、110.7。

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为56.1、79.7、104.5、103.1。

2）32℃1 d，35℃9 d（试件取出后在室温条件下冷却1d后进行测试）。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为：8.4、58.4、83.5、103.0、88.1、84.5。

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为49.1、82.1、88.7、92.5。

3）30℃1d，33℃9d（试件取出后在室温条件下冷却1 d后进行测试）。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为：鼓形畸变、64、5、86.5、92.0、69.8、83.0。

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为65.5、91.9、97.1、93.1。

4）25℃1 d，30℃9 d（试件取出后在室温条件下冷却1d后进行测试）。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为：78.4、48.5、64.0、47.0、40.4、45.0。

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为68.2、69.5、92.4、81.0。

3 结论

由以上实验数据分析可知，四川省锦屏一级水电站左岸f2断层化学灌浆施工使用的PSI系列环氧树脂化学灌浆材料的抗压强度与培养温度关系十分密切，当温度较高时，强度上升速度更快，相同培养时间的试件抗压强度更高，同时还会导致可操作时间减少。因此在灌浆施工的过程中，需要合理控制浆液温度，以使浆液到达地层后能达到设计所需的各项物理性能。endprint

摘 要：温度是化学反应中的一个至关重要的影响因素。在有机反应中，温度不光影响化学反应速率，更会影响生成物的结构。针对四川省锦屏一级水电站左岸f2断层使用的深圳市帕斯卡系统建材有限公司PSI系列环氧浆材，我们进行了温度对其抗压强度影响的研究，发现温度高时，反应速率快，固化速度快，但是生成物抗压强度相应减弱，反之，温度低时，反应速率慢，固化速度慢，生成物抗压强度增强。

关键词：温度 f2断层 环氧浆材 抗压强度

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0061-02

四川省锦屏一级水电站左岸f2断层地质条件薄弱，碳化严重，只通过固结灌浆并不能达到强度要求，因此我们进行了大量的化学灌浆。但是由于化学浆材性能较之水泥浆材对温度更加敏感，控制条件要求更加苛刻，因而我们对所使用的PSI系列化学浆材进行了控温培养的抗压强度研究。

1 温度与环氧浆材化学反应速率的关系

1.1 温度是化学反应中的一个至关重要的影响因素

温度可以加速化学反应体系内分子碰撞速率，提高化学反应速率。在有机化学反应中，温度不光影响反应速率，还会影响反应生成物的结构，从而影响的生成物的力学性能。

1.2 环氧浆材化学反应原理

双酚A（即二酚基丙烷）型环氧树脂即二酚基丙烷缩水甘油醚。在环氧树脂中它的原材料易得、成本最低，因而产量最大（在我国约占环氧树脂总产量的90%，在世界约占环氧树脂总产量的75%～80%），用途最广，被称为通用型环氧树脂。

双酚A型环氧树脂是由二酚基丙烷（双酚A）和环氧氯丙烷在碱性催化剂（通常用NaOH）作用下缩聚而成。其反应历程的说法不一。专家们比较一致的认识是，大体上说来在合成过程中主要的反应可能如下。

（1）在碱催化下，双酚A的羟基与环氧氯丙烷的环氧基反应，生成端基为氯化羟基的化合物—开环反应。

（2）氯化羟基与NaOH反应，脱HCl再形成环氧基—闭环反应。

（3）新生成的环氧基与双酚A的羟基反应生成端羟基化合物—开环反应。

（4）端羟基化合物与环氧氯丙烷反应生成端氯化羟基化合物—开环反应。

（5）生成的氯化羟基与NaOH反应，脱HCl再生成环氧基—闭环反应。

（6）在环氧氯丙烷过量情况下，继续不断地进行上述开环—开环—闭环反应，最终即可得到二端基为环氧基的双酚A型环氧树脂。

上述反应是缩聚过程中的主要反应。此外还可能有一些不希望有的副反应，如环氧基的水解反映、水化反应，酚羟基与环氧基的反常加成反应等。

当温度发生增加时，开环闭环反应速率增加，反应点增多，同时副反应相应增加，从而导致反应生成的线性环氧树脂链长变短，形成的立体结构变简单，但是在相同时间内与低温反应相比反应更加充分，使得试件内部软弱点减少，从而影响到生成物力学性能。

2 不同温度条件下试件的抗压强度

四川省锦屏一级水电站左岸f2断层化学灌浆施工使用的是深圳市帕斯卡系统建材有限公司生产的PSI系列环氧树脂化学灌浆材料，其中主要使用的是PSI-501和PSI-530两个类型的浆材。

2.1 进行试验的固化制度和浆液配比

我们进行试验的固化制度主要分为以下几点。

（1）35℃1d，40℃9d。

（2）32℃1d，35℃9d。

（3）30℃1d，33℃9d。

（4）25℃1d，30℃9d。

其中（1）与（2）同时进行实验，（3）与（4）同时进行实验。在进行变温培养的过程中，同时进行了遵循JC/T 1041-2007的行业标准的28天20±3℃试样培养，以便与行业标准一致的检测进行对比。28d培养共进行两次，一次与（1）、（2）同时进行培养，一次与（3）、（4）同时进行培养。培养过程中发现，温度越高时，浆液粘度上升速度越快，初凝时间越短。

浆液配比主要分为以下几方面。

PSI-501型：3∶1 、4∶1 、 5∶1、 6∶1 、 7∶1 、 8∶1

PSI-530型：5∶1、 6∶1、 7∶1、 8∶1

2.2 试验得到的不同温度养护条件下试样抗压强度

2.2.1 两次28天培养抗压强度的统计

第一次28天培养与（1）、（2）同时进行培养。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为： 鼓型变形、42.6、81.1、77.9、57.6、51.9。

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为66.2、81.2、83.1、64.5。

第二次28天培养与（3）、（4）同时进行培养。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为： 鼓型变形、57.2、77.1、89.4、76.5、58.39；

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为53.4、84.4、97.9、97.2。

两次测试数据差异较大原因分析：第一次培养时，中间出现停电导致温度偏高，测试时试件形状不够规则，使得试件强度受到影响；第二次培养温度控制到位，测试时试件形状打磨规则，所得数据较为理想。

2.2.2 四个变温固化制度下培养抗压强度的统计

（1）35℃1 d，40℃9 d（试件取出后在室温条件下冷却1d后进行测试）。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为：14.4、72.5、98.0、119.2、119.7、110.7。

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为56.1、79.7、104.5、103.1。

2）32℃1 d，35℃9 d（试件取出后在室温条件下冷却1d后进行测试）。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为：8.4、58.4、83.5、103.0、88.1、84.5。

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为49.1、82.1、88.7、92.5。

3）30℃1d，33℃9d（试件取出后在室温条件下冷却1 d后进行测试）。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为：鼓形畸变、64、5、86.5、92.0、69.8、83.0。

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为65.5、91.9、97.1、93.1。

4）25℃1 d，30℃9 d（试件取出后在室温条件下冷却1d后进行测试）。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为：78.4、48.5、64.0、47.0、40.4、45.0。

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为68.2、69.5、92.4、81.0。

3 结论

由以上实验数据分析可知，四川省锦屏一级水电站左岸f2断层化学灌浆施工使用的PSI系列环氧树脂化学灌浆材料的抗压强度与培养温度关系十分密切，当温度较高时，强度上升速度更快，相同培养时间的试件抗压强度更高，同时还会导致可操作时间减少。因此在灌浆施工的过程中，需要合理控制浆液温度，以使浆液到达地层后能达到设计所需的各项物理性能。endprint

摘 要：温度是化学反应中的一个至关重要的影响因素。在有机反应中，温度不光影响化学反应速率，更会影响生成物的结构。针对四川省锦屏一级水电站左岸f2断层使用的深圳市帕斯卡系统建材有限公司PSI系列环氧浆材，我们进行了温度对其抗压强度影响的研究，发现温度高时，反应速率快，固化速度快，但是生成物抗压强度相应减弱，反之，温度低时，反应速率慢，固化速度慢，生成物抗压强度增强。

关键词：温度 f2断层 环氧浆材 抗压强度

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0061-02

四川省锦屏一级水电站左岸f2断层地质条件薄弱，碳化严重，只通过固结灌浆并不能达到强度要求，因此我们进行了大量的化学灌浆。但是由于化学浆材性能较之水泥浆材对温度更加敏感，控制条件要求更加苛刻，因而我们对所使用的PSI系列化学浆材进行了控温培养的抗压强度研究。

1 温度与环氧浆材化学反应速率的关系

1.1 温度是化学反应中的一个至关重要的影响因素

温度可以加速化学反应体系内分子碰撞速率，提高化学反应速率。在有机化学反应中，温度不光影响反应速率，还会影响反应生成物的结构，从而影响的生成物的力学性能。

1.2 环氧浆材化学反应原理

双酚A（即二酚基丙烷）型环氧树脂即二酚基丙烷缩水甘油醚。在环氧树脂中它的原材料易得、成本最低，因而产量最大（在我国约占环氧树脂总产量的90%，在世界约占环氧树脂总产量的75%～80%），用途最广，被称为通用型环氧树脂。

双酚A型环氧树脂是由二酚基丙烷（双酚A）和环氧氯丙烷在碱性催化剂（通常用NaOH）作用下缩聚而成。其反应历程的说法不一。专家们比较一致的认识是，大体上说来在合成过程中主要的反应可能如下。

（1）在碱催化下，双酚A的羟基与环氧氯丙烷的环氧基反应，生成端基为氯化羟基的化合物—开环反应。

（2）氯化羟基与NaOH反应，脱HCl再形成环氧基—闭环反应。

（3）新生成的环氧基与双酚A的羟基反应生成端羟基化合物—开环反应。

（4）端羟基化合物与环氧氯丙烷反应生成端氯化羟基化合物—开环反应。

（5）生成的氯化羟基与NaOH反应，脱HCl再生成环氧基—闭环反应。

（6）在环氧氯丙烷过量情况下，继续不断地进行上述开环—开环—闭环反应，最终即可得到二端基为环氧基的双酚A型环氧树脂。

上述反应是缩聚过程中的主要反应。此外还可能有一些不希望有的副反应，如环氧基的水解反映、水化反应，酚羟基与环氧基的反常加成反应等。

当温度发生增加时，开环闭环反应速率增加，反应点增多，同时副反应相应增加，从而导致反应生成的线性环氧树脂链长变短，形成的立体结构变简单，但是在相同时间内与低温反应相比反应更加充分，使得试件内部软弱点减少，从而影响到生成物力学性能。

2 不同温度条件下试件的抗压强度

四川省锦屏一级水电站左岸f2断层化学灌浆施工使用的是深圳市帕斯卡系统建材有限公司生产的PSI系列环氧树脂化学灌浆材料，其中主要使用的是PSI-501和PSI-530两个类型的浆材。

2.1 进行试验的固化制度和浆液配比

我们进行试验的固化制度主要分为以下几点。

（1）35℃1d，40℃9d。

（2）32℃1d，35℃9d。

（3）30℃1d，33℃9d。

（4）25℃1d，30℃9d。

其中（1）与（2）同时进行实验，（3）与（4）同时进行实验。在进行变温培养的过程中，同时进行了遵循JC/T 1041-2007的行业标准的28天20±3℃试样培养，以便与行业标准一致的检测进行对比。28d培养共进行两次，一次与（1）、（2）同时进行培养，一次与（3）、（4）同时进行培养。培养过程中发现，温度越高时，浆液粘度上升速度越快，初凝时间越短。

浆液配比主要分为以下几方面。

PSI-501型：3∶1 、4∶1 、 5∶1、 6∶1 、 7∶1 、 8∶1

PSI-530型：5∶1、 6∶1、 7∶1、 8∶1

2.2 试验得到的不同温度养护条件下试样抗压强度

2.2.1 两次28天培养抗压强度的统计

第一次28天培养与（1）、（2）同时进行培养。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为： 鼓型变形、42.6、81.1、77.9、57.6、51.9。

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为66.2、81.2、83.1、64.5。

第二次28天培养与（3）、（4）同时进行培养。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为： 鼓型变形、57.2、77.1、89.4、76.5、58.39；

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为53.4、84.4、97.9、97.2。

两次测试数据差异较大原因分析：第一次培养时，中间出现停电导致温度偏高，测试时试件形状不够规则，使得试件强度受到影响；第二次培养温度控制到位，测试时试件形状打磨规则，所得数据较为理想。

2.2.2 四个变温固化制度下培养抗压强度的统计

（1）35℃1 d，40℃9 d（试件取出后在室温条件下冷却1d后进行测试）。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为：14.4、72.5、98.0、119.2、119.7、110.7。

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为56.1、79.7、104.5、103.1。

2）32℃1 d，35℃9 d（试件取出后在室温条件下冷却1d后进行测试）。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为：8.4、58.4、83.5、103.0、88.1、84.5。

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为49.1、82.1、88.7、92.5。

3）30℃1d，33℃9d（试件取出后在室温条件下冷却1 d后进行测试）。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为：鼓形畸变、64、5、86.5、92.0、69.8、83.0。

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为65.5、91.9、97.1、93.1。

4）25℃1 d，30℃9 d（试件取出后在室温条件下冷却1d后进行测试）。

PIS-501型：从3∶1到8∶1强度分别为：78.4、48.5、64.0、47.0、40.4、45.0。

PSI-530型：从5∶1到8∶1强度分别为68.2、69.5、92.4、81.0。

3 结论

由以上实验数据分析可知，四川省锦屏一级水电站左岸f2断层化学灌浆施工使用的PSI系列环氧树脂化学灌浆材料的抗压强度与培养温度关系十分密切，当温度较高时，强度上升速度更快，相同培养时间的试件抗压强度更高，同时还会导致可操作时间减少。因此在灌浆施工的过程中，需要合理控制浆液温度，以使浆液到达地层后能达到设计所需的各项物理性能。endprint