有机硅改性环氧树脂建筑结构胶在水泥地的应用研究

摘要：在水泥地中最为常见的破坏为裂缝，一旦出现裂缝后将会影响水泥地的正常使用，于是需要对其进行及时的维修处理。环氧树脂建筑结构胶具有不错的性能，然而也存在一些缺陷，比如耐热性能、抗冲击韧性等较差，于是文章为了提高该材料在水泥地中的应用效果，对环氧树脂建筑结构胶进行了有机硅改性研究。通过实验研究，研究了有机硅改性环氧树脂建筑结构胶不同方面的性能。研究结果表明，经过改性后的环氧树脂建筑结构胶具有更好的抗冲击强度、耐湿热老化性能和力学性能。

关键词：水泥地;有机硅;改性;环氧树脂;建筑结构胶

中图分类号：TQ323.5

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）09-0030-05

水泥地在我国城市道路建设中占据重要作用，然而随着水泥地的使用时间边长，地面就会出现各种缺陷，而其中最为常见的属于裂缝损害，属于众多损害中占比最高的损害，地面出现裂缝会影响水泥地的正常使用，从而阻碍交通运输，甚至会影响交通安全事故的发生，所以为了降低水泥地裂缝对人类生活和生产的影响，需要及时对裂缝进行维修处理[1-3]。有机高分子修补材料具有不错的性能，在实际水泥地裂缝修补中能够起到较好的应用效果[4]。有机高分子修补材料中环氧浆料具有较好的力学性能和粘接性能，所以其应用也愈发的广泛[5-6]。然而在应用过程中也发现其质脆、耐热性、耐疲劳性和抗冲击韧性比较差，使其不利于水泥地裂缝的修补，于是文章为了提高在水泥地裂缝中应用效果，研究了有机硅改性环氧树脂建筑结构胶[7-8]。

1 实验过程

1.1 实验材料和仪器

实验中所需要的主要材料如表1所示。实验所需的仪器主要有：电子天平秤、红外光谱仪、扫描电子显微镜、恒压滴液漏斗。

1.2 实验方法

首先需要合成端异氰酸酯有机硅氧烷，其工艺如图1所示。然后对环氧树脂进行除水，其中使用到的除水工艺与合成预聚体的方式一样，再对其进行冷却，直至达到40℃为止。于是解除真空，并且进行充氮和搅拌处理，然后将预聚体慢慢放入到烧瓶中，其中使用的工具为恒压滴液漏斗，最后对其进行升温处理，直至达到90℃为止，保温2h即可出料。

1.3 检测方法

2 实验结果与讨论

2.1有机硅掺量对吸水率和收缩率的影响

检验环氧树脂建筑结构胶的性能时，其吸水率属于一个重要指标，因为当吸水率比较高时，其材料就会容易产生内应力，还会降低其耐热性能、力学性能和耐腐蚀性能，另外还会影响到其老化性能。通过实验研究获得如表3所示的结果。

从实验结果可以看出，与纯环氧树脂建筑结构胶相比，改性环氧树脂建筑结构胶的收缩率更大，且当有机硅含量越来越高时，改性环氧树脂建筑结构胶的收缩率越大。出现这种现象的原因在于在环氧树脂建筑结构胶中加入有机硅时，会使得胶粘剂的交联密度不断增大，就会增加固收缩的效果，所以当加入量越多时，加固收缩将会更加明显，于是收缩率就会越来越大。吸水率的变化趋势正好与收缩率相反，与纯环氧树脂建筑结构胶相比，改性环氧树脂建筑结构胶的吸水率更小，且当有机硅含量不断增加时，吸水率会会不断降低。出现这种现象的原因在于有机硅的表面能比较低，就会发生较大的变化，比如富集和迁移，于是就会使得环氧树脂表面性能发生变化。另外，由于改性环氧树脂建筑膠具有一定的憎水性，所以就会造成如上所述的变化趋势。

2.2 力学性能的影响

水泥地裂缝的修补材料需要具备一定的力学性能，才能使得修补效果更好，所以力学性能属于有机硅环氧树脂建筑胶的重要指标。于是文章分析了有机硅含量对4种不同力学性能的影响，其结果如图2～5所示。

首选对图2和图3进行分析，从图中可以看出，抗击强度和断裂伸长率的变化趋势为随着有机硅含量的不断提升，其大小先增大后降低。然而两者的变化趋势也有所区别，即当有机硅含量比较少只有5%时，其冲击强度的增大幅度比较小，能够说明当加入的有机硅含量比较少时，增强结构胶冲击强度的效果不是很明显，当时断裂伸长率加入5%的有机硅时，其值发生非常明显的增加增强作用。

然后再对图4和图5进行分析，拉伸强度和抗剪切强度的变化趋势一致，即当有机硅含量不断增加时，抗剪切强度和拉伸强度都处于降低状态。出现这种现象的主要原因在于当有机硅含量增加时，就会增加结构胶的柔顺性，于是就会降低拉伸强度。由于环氧树脂和有机硅之间的兼容性比较差，于是就会导致有机硅聚集在一起，形成一个明显的界面，所以就会降低剪切强度。

2.3 耐人工老化性能

表4即为人工老化试验后应用于水泥地裂缝修补中的力学性能，从表中可以看出，经过人工老化处理后，剪切强度和拉伸强度有了一定程度的降低，当加入有机硅之后，提高了保留率，于是可以说明，有机硅改性环氧树脂建筑胶能够提高耐湿热老化性能。出现这种现象在于有机硅有助于提高材料耐热性能和疏水性能，所以应用于水泥地裂缝修补中能够增加耐湿热老化能力，于是能够提高应用耐久性。

从表4中还可以看出，当材料经过老化处理后，其力学性能的变化趋势为先增高后降低，而且不会一直降低。出现这种现象的主要原因在于湿热环境，因为水分子会破坏掉基体的化学键，另外，湿热会提高基体固化程度，于是就会造成这种变化趋势。但是可以看出总体上力学性能是下降趋势，主要由于基体与粘接面存在不可逆的破坏，于是就会降低力学性能。

2.4 250℃热失重结果分析

通过实验分析之后得到如表5所示的失重结果，从中可以看出，与未改性的材料进行比较，改性之后的耐热性能更好。当条件为10h时，有机硅含量增加20%，失重结果降低了1.88%，因为加入有机硅之后的材料处于高温环境下，会形成二氧化硅，其性能非常温蒂，可以形成保护层，于是就会阻碍分解，所以改性后的材料具有更好的耐热性。

2.5 红外光谱测试

上述实验还不能明确了解基团已经引入到环氧中，需要进行红外光谱分析，于是通过红外光谱仪得到图6到图8的光谱图。图6为异氰酸酯红外光谱图，图7为预聚体红外光谱图，图8为改性环氧树脂建筑胶的红外光谱图。

对图6和图7进行对比分析，Si-OH基团和-NCO基团的吸收峰有所降低，另外还产生了新C=O基团，于是可以证明聚硅氧烷和异氰酸酯发生了作用。然后将图8与图6和图7进行对比分析，能够发现227cm^-1处的-NCO基团的吸收峰消失，证明该基团和-OH基团发生化学反应，从而生成了氨基甲酸酯键。从而可以证明有机硅预聚体能够增加和环氧树脂相结合后的兼容性。

2.6 扫描电镜分析

在水泥地裂缝中使用有机硅改性环氧树脂建筑结构胶进行修补，需要对其进行微观分析，通过使用扫描电子显微镜即可得到相关结果，为了凸显改性后材料的结构变化，对没有加入有机硅的材料也进行了微观分析，分别得到如图9和图10所示的结果，其中图9即为纯环氧树脂，图10为改性环氧树脂。

从图9中可以看出，其形态结构为单相连续型，因为材料中没有有机硅，于是没有发生相分离情况，另外由于树脂基体处于均匀分布，于是从图片中可以看出没有呈现颜色梯度分布，裂纹发生在同一个方向，然后其长度比较长，属于脆性断裂特征。

从图10中可以看出，与纯环氧树脂相比，通过改性之后的材料，电子显微镜照片存在明显的区别，其基体不再均匀分布，裂缝方向没有规律，且表面粗糙，属于一种韧性断裂，所以可以证明当加入有机硅之后，能够改善材料的脆性。

通过改性之后获得的电子显微图片中存在一些微小的孔洞，Kinlock对其进其进行了分析，其中指出有机硅粒子会受到流体静力拉力的影响，还会受到负荷后三向应力场的作用，这两个力就会相互叠加，就会使得界面遭到破坏，于是就形成了如图所示的孔洞，这些孔洞就会使得塑性体膨胀，并且使得发生裂纹的位置出现纯化现象，于是就会阻止水泥地出现断裂并且降低应力集中现象。所以在水泥地中应用有机硅改性环氧树脂建筑结构胶有助于降低裂缝的产生。

3 结语

综上所述，加入有机硅改性之后，所获得的有机硅改性环氧树脂建筑结构胶提高了收缩率，降低了吸水率、热失重。另外当有机硅加入量为10%时，能够增强断裂伸长率和冲击强度。经过人工老化试验可知，改性后的材料具有更好的耐湿热老化性能。所以在水泥地中使用有机硅改性环氧树脂建筑结构胶能够提高其使用寿命、降低裂缝的发生、增強力学性能等优势。

参考文献

[1]杨清宇.水泥混凝土路面裂缝修补材料研究[D].长沙：长沙理工大学，2013.

[2]李庆华，舒程岚青，徐世娘，超高韧性水泥基复合材料的层裂试验研究[J].工程力学，2020，37（04）：51-59.

[3]高杰，张暄，韩乐冰，等.超高韧性水泥基复合材料弯曲韧性研究[J].硅酸盐通报，2020，39（04）：1050-1056.

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[5]张志谦，张春红，曹海琳，等.环氧/纳米Si02杂化浆料的制备及其对碳纤维复合材料性能的影响[J].航空材料学报，2005，25（2）：44-48.

[6]龙勇.有机硅异氰酸酯预聚体改性环氧树脂灌浆材料[D].西安：长安大学，2012.

[7]刘汉有，陈耀井，徐建祥.环氧树脂混凝土开裂原因分析及其在桥梁结构维修中的应用[J].现代交通技术，2010，007（005）：67-70.

[8]刘旭东.改性环氧树脂裂缝修补材料制备及其热解动力学研究[D].乌鲁木齐：新疆大学，2019.

1、塑料粘接知识——表面处理：

聚甲醛的特性，聚甲醛一般分为：聚甲醛和均聚甲醛，是一种线型高分子，结晶度高，密度大，力学性能优良，特别是刚性大，耐冲击和耐蠕变性优良，卓越的耐疲劳性能，突出的自润滑性，耐磨，耐化学品腐蚀性，是优良的工程塑料。由于其结晶度高，且耐溶剂性好，无法采用溶剂粘接。而且胶粘剂粘接时，受表面能低的限制，必须进行表面处理后方可粘接。

作者简介：郭锐（1975-），男，汉族，河南陕县人，大学本科，工程师，研究方向：建筑学及项目管理。