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地板漆环氧砂浆强度力学性能研究

随着现代工业的快速发展 , 以环氧为主的地坪地板漆获得了广泛应用 , 至今几乎已涉足现代工业的所有行业 , 尤以电子、制药、食品、化妆品、轻工、机械、造纸等行业最为广泛采用。环氧砂浆以其强度高、固化快、耐磨、粘结性能好等众多优点已被环氧地坪涂装系统所采用[1]。目前大部分环氧地坪涂装体系中底涂层和中涂层都采用环氧砂浆的形式 , 其砂浆层强度性能将直接影响着环氧地坪体系的整体力学性能和使用范围。本文通过固化剂的选择、加砂比例的调节及普通砂和级配砂的对比研究 , 探讨了环氧砂浆层的强度因素 , 对实际施工中砂浆层材料的选择、地坪强度的确定具有很好的指导意义。



1 试验部分



1.1 原材料



改性脂环胺固化剂1618、脂肪胺固化剂155、促进剂K54,美国气体化工;芳香胺固化剂113、端氨基聚醚,广州惠联化工;E-51环氧树脂,Shell 828;20~40目的普通石英砂、级配砂,市售。



1.2 试验仪器设备



WE-100型液压式万能试验机:整个试验期间用来测试砂浆样快的抗压强度和抗折强度等力学性能。制作样块的工具:模具(参考相关标准制作),刮刀,天平等。



1.3 试验方法



将环氧树脂与各种固化剂按理论配比混合好 , 再与石英砂按各种比例混合搅拌均匀 , 然后参考国标水泥胶砂强度检验方法(ISO法)GB/T17671-1999中强度测试样块制备方法制作40mm×40mm×160mm 的棱柱型样块。静置样块待其完全固化,7d后测试其抗压强度、抗折强度。观察记录不同材料、不同添加比例类型石英砂情况下的强度性能。



2 结果与讨论



2.1 固化剂的选择



固化剂的种类对环氧树脂固化后性能影响很大[2]。本实验选取了几种现在地坪工程中比较常用的固化剂(改性脂环胺类、脂肪胺类、芳香胺类和端氨基聚醚类)进行对比研究 , 而现在常用的中底涂固化剂中还有酚醛胺类的T31和聚酰胺类。由于T31固化剂没有一个统一的标准,实际中应用的T31固化剂性能差别非常大,对环氧砂浆层强度性能的影响也非常大,很难对其进行对比研究,所以本文对酚醛胺型的T31固化剂未进行讨论。表1为所选的各类型的固化剂与E-51环氧树脂按理论配比在相同条件下固化后的强度性能。表1显示,改性脂环胺固化剂与环氧树脂E-51固化后表现出很高的强度性能,说明改性脂环胺类固化剂与纯环氧树脂反应后交联度最大。

                

                                                                                表1 环氧树脂与各种固化剂的强度

 

与E-51固化的固化剂 改性脂环胺固化剂 脂肪胺固化剂 芳香胺固化剂 端氨基聚醚

砂浆抗压强度/MPa 91.0 44.6 66.7 67.4

砂浆抗折强度/MPa 72.9 46.0 61.2 65.7

2.2 加砂比例的影响



在环氧地坪砂浆层施工过程中一般都需要加入一定比例的石英砂,以减少树脂漆料的用量,达到降低成本的目的,但石英砂的加入会降低砂浆的力学强度性能[3]。本研究的目的就是找出最佳的加砂量,在保证环氧砂浆层实际使用强度性能的前提下,尽量降低砂浆层的成本。图1和图2显示,当石英砂含量大于砂浆的75%,即(环氧树脂+固化剂):石英砂>1∶3时,无论使用何种类型的固化剂,环氧砂浆的强度都会迅速降低。原因是当石英砂的比例增大到树脂漆料不能完全浸润石英砂颗粒时,砂浆层固化后就会产生空鼓而导致部分粉化,这就会严重影响砂浆层的整体强度性能和面涂层的附着力。实际地坪施工中,一般需要保证砂浆层抗压强度大于20MPa才能满足整个环氧地坪的强度要求。从图中可以看出,当使用端氨基聚醚和脂肪胺类固化剂时,环氧砂浆在加入高比例石英砂,即砂浆含砂量大于85%,相当于(环氧树脂+固化剂):石英砂=1:6 时,砂浆层的抗压强度依然能满足环氧地坪的施工要求,而使用脂环胺和芳香胺类固化剂就不能达到这个要求。这是因为选用不同的固化剂配合砂浆漆使用时,对高比例石英砂的浸润情况是不同的。只有那些能完全浸润高添加量石英砂的漆料,固化后才能保证砂浆层的强度性能。从本研究也可以看出,当选用一般的石英砂时,要保证环氧砂浆层的最基本的力学性能,其加砂比例的极限值为85%,即(环氧树脂+固化剂):石英砂=1:6,超过这个比例,环氧砂浆层的力学性能将不能保证。



2.3 石英砂的选取



石英砂的选取应符合级配原则,砂粒与砂粒之间的空隙依靠树脂漆料填充。为在高配比时能够大量添加石英砂,石英砂必须有粗颗粒和细颗粒搭配使用,使得砂粒内部不易形成空穴。表2为添加相同量的普通石英砂和级配石英砂时对环氧砂浆强度性能的影响。表2数据表明,在低配比的环氧砂浆,即(环氧树脂+固化剂):石英砂=1:3时,普通石英砂和级配石英砂对整体砂浆层强度性能影响的差异不明显,而在高配比环氧砂浆,即(环氧树脂+固化剂):石英砂=1:6时,选用级配砂强度明显高于添加普通20~40目粗砂的强度。这说明石英砂合理的尺寸搭配,能有效地降低环氧树脂漆料的用量,其石英砂之间的紧密程度又能更好地提高砂浆层的强度性能,从而保证了在高比例环氧砂浆中的强度力学性能。所以级配砂的研究,本身就能充分降低环氧树脂漆料的用量和提高砂浆层的力学性能。现在国外有研究表明,通过粗石英砂、细石英砂、石英粉的最佳比例配合及石英砂和石英粉之间的表面浸润性改性,可以把级配砂的添加量提高到92%即(环氧树脂+固化剂):石英砂=1:12,甚至94%即(环氧树脂+固化剂):石英砂=1:15,而砂浆层的整体强度力学性能还能保证在一个合理的范围。这说明级配砂的选取是在保证砂浆层强度性能的前提下,降低砂浆地坪成本的最关键因素。

                      表2 普通石英砂和级配石英砂对环氧砂浆强度性能的影响

 

 

加砂量 3倍的普通砂 3倍的级配砂 6倍的普通砂 6倍的级配砂

抗压强度/MPa 22.8 23.5 13.2 24.3

抗折强度/MPa 23.4 24.0 21.7 27.9

注:实验中使用的环氧固化剂为脂肪胺;级配砂为20~80目的石英砂。



2.4 溶剂的影响



在环氧砂浆实际施工过程中,为了降低树脂漆料的黏度,提高环氧漆料对石英砂粒的润湿能力,达到增加石英砂的添加量,往往需要在树脂漆料中添加一定量的溶剂,而溶剂量的大小是影响砂浆强度的一个关键因素。表3 显示,环氧砂浆强度随着溶剂的增加顺速下降。这是因为虽然在砂浆固化过程中,溶剂会不断挥发,但由于砂浆层有一定厚度,固化后仍然会有一定量的溶剂残留在砂浆里。溶剂不 参与固化反应,仍然以原来分子形式存在,游离于砂浆层中,自然会严重影响砂浆层的整体强度性能。而如果把溶剂换成少量的活性稀释剂,则不仅能降低砂浆的黏度,提高树脂漆料对石英砂的润湿性,又能保证砂浆层良好的强度。因为在砂浆固化过程中,活性稀释剂是可以与胺类固化剂发生交联反应的,反应产物存在砂浆中并没有削弱整体砂浆层的强度值。所以在实际工程中,薄涂型砂浆层施工可以添加少量溶剂, 而在灌浆地坪和压砂地坪施工中环氧砂浆层比较厚,应该选用无溶剂的环氧树脂漆料作为砂浆材料。

    

 

W(二甲苯)/% 0 10 25

抗压强度/MPa 22.8 13.5 6.9

抗折强度/MPa 23.4 11.9 6.1

注:实验中使用的环氧固化剂为脂肪胺,砂浆添加的是树脂量3倍的20~40目的普通砂。



3 结论



(1)环氧砂浆施工中常选用脂肪胺、改性脂环胺、芳香胺和端氨基聚醚中的一种作为固化剂。在低比例砂浆,添砂比例小于75%即(环氧树脂+固化剂):石英砂<1:3时,选用改性脂环胺作为固化剂,其砂浆层的强度力学性能最佳;在高比例砂浆,添砂比例大于85%即(环氧树脂+固化剂):石英砂>1:6时,宜选用端氨基聚醚和脂肪胺作为固化剂,这样环氧砂浆层才能获得比较满意的强度性能。

(2)在高比例砂浆,添砂比例大于85%即(环氧树脂+固化剂):石英砂>1:6时,为了保证树脂漆料能够完全润湿石英砂,从而使砂浆层的整体强度力学性能还能保证在一个合理的范围,宜选用级配好的石英砂。其级配砂的性能(如石英砂表面吸油量、级配尺寸和程度)也最终决定环氧砂浆中添砂比例的极限值。



(3)为得到高强度性能环氧地坪砂浆层,树脂漆料中应尽量不添加溶剂。如漆料黏度过高可添加少量环氧稀释剂进行调节。



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