CN106517959B - 一种表面改性纤维増韧的环氧砂浆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过表面改性纤维増韧的环氧砂浆及其制备方法。本发明所述表面改性纤维増韧的环氧砂浆，由以下按重量份计算的成分组成：环氧树脂：80‑120份；稀释剂：10‑30份；固化剂：10‑40份；消泡剂：1‑3份；偶联剂：1‑3份；促进剂：1‑10份；水泥：100‑200份；石英砂：300‑500份；表面改性纤维：0.5‑3份。本发明通过表面修饰有聚多巴胺涂层的纤维对环氧砂浆改性，由于聚多巴胺涂层能够显著提高纤维与环氧砂浆基体间的粘结能力，表面修饰纤维掺入后能够更加有效地阻止砂浆中的微裂纹通过裂纹桥接效应发展为大的裂纹，从而明显提高砂浆的韧性，具有更高的抗折强度与抗压强度比。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体地，涉及一种表面改性纤维増韧的环氧砂浆，适用于提高环氧砂浆的韧性。
背景技术
对于建筑物和基础设施，使用高质量的修复材料来修补和加固老旧或者破坏的部分是一种非常经济并且行之有效的延长它们服役寿命的方法。因此，用户对修补加固材料的性能提出的越来越高的要求，比如强的粘结性、高的抗折/抗压强度比、高断裂韧性等，并且还要求能够与混凝土基体具有良好的配伍性。目前市场上已有多种修补加固材料，包括传统的水泥基材料、环氧树脂基材料、不饱和聚酯树脂和聚合物乳液等，也有一些新型的材料如磷酸镁水泥材料等。其中以环氧树脂为主要成分，加入固化剂、稀释剂、骨料、助剂等而制成的环氧砂浆，由于其特有的强度高、界面粘结性能强、抗冲磨性能好以及耐久性等特点而成为广受欢迎的修补增强材料。
由于环氧树脂是一种高度交联的热固性材料，这种结构赋予其高模量、高强度和热稳定性等特点。然而正是由于这样的结构特点，使得环氧砂浆具有明显的脆性，作为修补材料，其弱的抵御裂纹产生和生长的能力是不利的。而通过掺入増韧剂或使用柔性固化剂，虽然能够改善柔韧性，但是往往带来力学性能的明显下降。随机分布的非连续的聚合物纤维能够有效防止已固化砂浆中的微裂纹通过裂纹桥接效应发展为大的裂纹，但是简单的混合工业化的纤维，纤维与环氧基材界面作用力差，会形成缺陷，提高作用有限，甚至还会造成整体性能劣化，而如果通过将聚合物纤维表面改性修饰，提高其与砂浆间的粘结力，增强协调效应更加有效，因而能够增加砂浆的韧性、强度等综合性能。中国专利申请公开号CN200810036485公开了一种纤维增强的树脂砂浆地坪材料，其使用的是未经改性的碳纤维或玻璃纤维，尽管提高了环氧树脂砂浆体系的抗拉强度和抗弯曲强度，但是其抗压强度为80MPa以上，抗拉强度仅达到10MPa以上，抗弯曲强度仅达到17MPa以上，对砂浆的韧性和强度的改进效果仍有待提高。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有环氧砂浆材料韧性不足的问题，通过表面改性纤维对环氧树脂砂浆进行改性，提供一种具有较好的韧性、较高的抗折强度/抗压强度比的环氧砂浆修补加固材料。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种表面改性纤维増韧的环氧砂浆，由以下按重量份计算的成分组成：
所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂E51、双酚A型环氧树脂E44、双酚F型环氧树脂F51或双酚F型环氧树脂F44中一种或两种以上任意配比的混合物。
所述活性稀释剂为丁基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、十二-十四烷基缩水甘油醚或乙二醇二缩水甘油醚中一种或两种以上任意配比的混合物。
所述固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺、聚醚胺D230中一种或两种以上任意配比的混合物。
所述消泡剂为德国比克化学BYK-530或德谦6800中一种或两种任意配比的混合物。
所述偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)或γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)中一种或两种以上任意配比的混合物。
所述促进剂为为二甲基苯胺或2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚(DMP-30)中一种或两种任意配比的混合物。
所述水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5或者52.5。
所述石英砂为级配石英砂，由粒径分别为0.3-0.6mm的细砂、1-2mm的中砂以及2-3mm的粗砂组成，其中细砂、中砂、粗砂的质量比为40～60:20～40:5～20。
本发明所述的表面改性纤维増韧的环氧砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)表面改性纤维的制备：将纤维加入浓度为1-3mg/mL的4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚溶液中，加入纤维的质量分数为1％～5％；机械搅拌10-30min后形成混合物；该混合物在室温条件下反应24-48h，然后过滤并用蒸馏水润洗，最后在50-80℃真空烘箱中干燥24-72h得到所述表面改性纤维，所述表面改性后的纤维表面修饰有一层聚多巴胺涂层；
(2)将水泥、石英砂和步骤(1)中制得的表面改性纤维在室温下搅拌混匀，再加入环氧树脂、活性稀释剂、消泡剂、偶联剂，继续搅拌均匀，得组分A；
(3)将固化剂和促进剂搅拌均匀，得组分B；
(4)将步骤(2)制得的组分A与步骤(3)制得的组分B混合搅拌均匀，得到表面改性纤维増韧的环氧砂浆。
步骤(1)中所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、聚丙烯腈纤维或聚乙烯醇纤维中一种或几种任意比例的混合物；所述纤维的长度为5-15mm，直径为5-30μm。步骤(1)中所述4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚溶液使用三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)缓冲溶液(10mM，pH＝8.2)作为溶剂进行配置。
上述步骤(4)在环氧砂浆使用前进行。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明将一种表面修饰有聚多巴胺涂层的纤维用于改性环氧砂浆，由于聚多巴胺涂层能够显著提高纤维与环氧砂浆基体间的粘结能力，表面修饰纤维掺入后能够更加有效地阻止砂浆中的微裂纹通过裂纹桥接效应发展为大的裂纹，从而明显提高砂浆的韧性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。
表面改性纤维増韧环氧砂浆的性能测试参照《环氧树脂砂浆技术规程》DL/T5193－2004、《混凝土结构加固设计规范》GB/T50367-2006中相关规定执行。表1力学性能测试结果表明，表面改性纤维改性的环氧砂浆折压比明显增大，说明本文所发明的改性环氧砂浆韧性得到提高。
实施例1
表面改性纤维増韧的环氧砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将20g聚丙烯腈纤维加入1980g浓度为3mg/mL的4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚溶液中，该溶液使用10mM、pH＝8.2的Tris-HCl缓冲溶液作为溶剂进行配置。然后机械搅拌20min使纤维均匀分散于溶液中，并于室温反应24h。过滤并用蒸馏水润洗纤维，然后放置于50℃真空烘箱中干燥48h得到表面修饰改性的聚丙烯腈纤维。所述聚丙烯腈纤维的长度为8-10mm，直径为12-14μm。
(2)将150重量份42.5水泥、300重量份石英砂和1重量份上述表面修饰聚丙烯腈纤维在室温下搅拌混匀，再加入80重量份双酚A型环氧树脂E51、10重量份丁基缩水甘油醚、2重量份消泡剂德谦6800、2重量份偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷KH550，继续搅拌均匀，得组分A；所述石英砂为级配石英砂，由粒径分别为0.3-0.6mm的细砂、1-2mm的中砂以及2-3mm的粗砂组成，其中细砂、中砂、粗砂的质量比为50:40:10。
(3)将11重量份的固化剂三乙烯四胺和5重量份DMP30混合均匀，得组分B；
(4)将组分A与组分B混合搅拌均匀，得到表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆。
制得的表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆28d力学性能测试结果为，抗拉强度12MPa，抗压强度98MPa，抗折强度26MPa，折压比0.27，与混凝土的粘结抗拉强度≥2.5MPa。
实施例2
表面改性纤维増韧的环氧砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将40g碳纤维加入1960g浓度为2mg/mL的4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚溶液中，该溶液使用10mM、pH＝8.2的Tris-HCl缓冲溶液作为溶剂进行配置。然后机械搅拌15min使纤维均匀分散于溶液中，并于室温反应36h。过滤并用蒸馏水润洗纤维，然后放置于60℃真空烘箱中干燥60h得到表面修饰改性的碳纤维。所述碳纤维的长度为10-15mm，直径为5-8μm。
(2)将200重量份42.5水泥、400重量份石英砂和0.5重量份上述步骤中的表面改性碳纤维在室温下搅拌混匀，再加入120重量份双酚A型环氧树脂E51、20重量份苄基缩水甘油醚、3重量份消泡剂德国比克化学BYK-530、2重量份偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷KH560，继续搅拌均匀，得组分A；所述石英砂为级配石英砂，由粒径分别为0.3-0.6mm的细砂、1-2mm的中砂以及2-3mm的粗砂组成，其中细砂、中砂、粗砂的质量比为40:40:20。
(3)将13重量份的固化剂二乙烯三胺和6重量份DMP30混合均匀，得组分B；
(4)将组分A与组分B混合搅拌均匀，得到表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆。
制得的表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆28d力学性能测试结果为，抗拉强度12MPa，抗压强度100MPa，抗折强度25MPa，折压比0.25，与混凝土的粘结抗拉强度≥2.5MPa。
实施例3
表面改性纤维増韧的环氧砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将60g玻璃纤维加入1940g浓度为2mg/mL的4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚溶液中，该溶液使用10mM、pH＝8.2的Tris-HCl缓冲溶液作为溶剂进行配置。然后机械搅拌20min使纤维均匀分散于溶液中，并于室温反应40h。过滤并用蒸馏水润洗纤维，然后放置于80℃真空烘箱中干燥48h得到表面修饰改性的玻璃纤维。所述玻璃纤维的长度为10-12mm，直径为20-30μm。
(2)100重量份52.5水泥、500重量份石英砂和3重量份上述步骤中的表面改性玻璃纤维在室温下搅拌混匀，再加入90重量份双酚A型环氧树脂E44、30重量份十二-十四烷基缩水甘油醚、3重量份消泡剂德谦6800、3重量份偶联剂γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)，继续搅拌均匀，得组分A。所述石英砂为级配石英砂，由粒径分别为0.3-0.6mm的细砂、1-2mm的中砂以及2-3mm的粗砂组成，其中细砂、中砂、粗砂的质量比为60:30:10。
(3)将40重量份的固化剂聚醚胺D230和10重量份二甲基苯胺混合均匀，得组分B；
(4)将组分A与组分B混合搅拌均匀，得到表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆。
制得的表面修饰改性纤维增韧的改性环氧砂浆28d力学性能测试结果为，抗拉强度13MPa，抗压强度90MPa，抗折强度21MPa，折压比0.23，与混凝土的粘结抗拉强度≥2.5MPa。
实施例4
表面改性纤维増韧的环氧砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将100g聚乙烯醇纤维加入1900g浓度为3mg/mL的4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚溶液中，该溶液使用10mM、pH＝8.2的Tris-HCl缓冲溶液作为溶剂进行配置。然后机械搅拌25min使纤维均匀分散于溶液中，并于室温反应48h。过滤并用蒸馏水润洗纤维，然后放置于70℃真空烘箱中干燥60h得到表面修饰改性的聚乙烯醇纤维。所述聚乙烯醇纤维的长度为5-8mm，直径为8-12μm。
(2)150重量份52.5水泥、450重量份石英砂和2重量份上述步骤中的表面改性聚乙烯醇纤维在室温下搅拌混匀，再加入100重量份双酚F型环氧树脂F51、20重量份丁基缩水甘油醚、1重量份消泡剂德国比克化学BYK-530、1重量份偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷KH550，继续搅拌均匀，得组分A。所述石英砂为级配石英砂，由粒径分别为0.3-0.6mm的细砂、1-2mm的中砂以及2-3mm的粗砂组成，其中细砂、中砂、粗砂的质量比为45:35:20。
(3)将8重量份的三乙烯四胺、20重量份聚醚胺D230和2重量份二甲基苯胺混合均匀，得组分B；
(4)将组分A与组分B混合搅拌均匀，得到表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆。
制得的表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆28d力学性能测试结果为，抗拉强度15MPa，抗压强度94MPa，抗折强度23MPa，折压比0.24，与混凝土的粘结抗拉强度≥2.5MPa。
实施例5
表面改性纤维増韧的环氧砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将80g玻璃纤维加入1920g浓度为1mg/mL的4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚溶液中，该溶液使用10mM、pH＝8.2的Tris-HCl缓冲溶液作为溶剂进行配置。然后机械搅拌25min使纤维均匀分散于溶液中，并于室温反应48h。过滤并用蒸馏水润洗纤维，然后放置于80℃真空烘箱中干燥24h得到表面修饰改性的玻璃纤维。所述玻璃纤维的长度为10-12mm，直径为20-30μm。
(2)将100重量份42.5水泥、300重量份石英砂和2重量份上述步骤中的表面改性玻璃纤维在室温下搅拌混匀，再加入110重量份双酚A型环氧树脂E44、15重量份十二-十四烷基缩水甘油醚、1重量份消泡剂德谦6800、1重量份偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷KH560，继续搅拌均匀，得组分A；所述石英砂为级配石英砂，由粒径分别为0.3-0.6mm的细砂、1-2mm的中砂以及2-3mm的粗砂组成，其中细砂、中砂、粗砂的质量比为60:35:5。
(3)将35重量份的固化剂聚醚胺D230和10重量份二甲基苯胺混合均匀，得组分B；
(4)将组分A与组分B混合搅拌均匀，得到表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆。
制得的表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆28d力学性能测试结果为，抗拉强度12MPa，抗压强度103MPa，抗折强度28MPa，折压比0.27，与混凝土的粘结抗拉强度≥2.5MPa。
实施例6
表面改性纤维増韧的环氧砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将30g聚乙烯醇纤维加入1970g浓度为2mg/mL的4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚溶液中，该溶液使用10mM、pH＝8.2的Tris-HCl缓冲溶液作为溶剂进行配置。然后机械搅拌10min使纤维均匀分散于溶液中，并于室温反应24h。过滤并用蒸馏水润洗纤维，然后放置于60℃真空烘箱中干燥30h得到表面修饰改性的聚乙烯醇纤维。所述聚乙烯醇纤维的长度为5-8mm，直径为8-12μm。
(2)将200重量份42.5水泥、500重量份石英砂和2重量份上述步骤中的表面改性聚乙烯醇纤维在室温下搅拌混匀，再加入120重量份双酚A型环氧树脂E51、30重量份乙二醇二缩水甘油醚、2重量份消泡剂德国比克化学BYK-530、2重量份偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷KH550，继续搅拌均匀，得组分A；所述石英砂为级配石英砂，由粒径分别为0.3-0.6mm的细砂、1-2mm的中砂以及2-3mm的粗砂组成，其中细砂、中砂、粗砂的质量比为60:30:10。
(3)将5重量份的固化剂三乙烯四胺、14重量份的固化剂聚醚胺D230、5重量份DMP30和5重量份二甲基苯胺混合均匀，得组分B；
(4)将组分A与组分B混合搅拌均匀，得到表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆。
制得的表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆28d力学性能测试结果为，抗拉强度14MPa，抗压强度110MPa，抗折强度32MPa，折压比0.29，与混凝土的粘结抗拉强度≥2.5MPa。
实施例7
表面改性纤维増韧的环氧砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将25g聚乙烯醇纤维和25g玻璃纤维加入1950g浓度为2mg/mL的4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚溶液中，该溶液使用10mM、pH＝8.2的Tris-HCl缓冲溶液作为溶剂进行配置。然后机械搅拌20min使纤维均匀分散于溶液中，并于室温反应30h。过滤并用蒸馏水润洗纤维，然后放置于50℃真空烘箱中干燥72h得到表面修饰改性的混合纤维。所述聚乙烯醇纤维的长度为5-8mm，直径为8-12μm。所述玻璃纤维的长度为10-12mm，直径为20-30μm。
(2)将150重量份52.5水泥、350重量份石英砂和1.5重量份上述步骤中的表面改性纤维在室温下搅拌混匀，再加入100重量份双酚F型环氧树脂F44、20重量份乙二醇二缩水甘油醚、10重量份十二-十四烷基缩水甘油醚、2重量份消泡剂德谦6800、2重量份偶联剂γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)，继续搅拌均匀，得组分A；所述石英砂为级配石英砂，由粒径分别为0.3-0.6mm的细砂、1-2mm的中砂以及2-3mm的粗砂组成，其中细砂、中砂、粗砂的质量比为55:35:10。
(3)将10重量份的固化剂二乙烯三胺、8重量份的固化剂聚醚胺D230和1重量份二甲基苯胺混合均匀，得组分B；
(4)将组分A与组分B混合搅拌均匀，得到表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆。
制得的表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆28d力学性能测试结果为，抗拉强度16MPa，抗压强度103MPa，抗折强度32MPa，折压比0.31，与混凝土的粘结抗拉强度≥2.5MPa。
实施例8
表面改性纤维増韧的环氧砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将30g聚丙烯腈纤维和40g碳纤维加入1930g浓度为1mg/mL的4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚溶液中，该溶液使用10mM、pH＝8.2的Tris-HCl缓冲溶液作为溶剂进行配置。然后机械搅拌30min使纤维均匀分散于溶液中，并于室温反应36h。过滤并用蒸馏水润洗纤维，然后放置于55℃真空烘箱中干燥36h得到表面修饰改性的混合纤维。所述聚丙烯腈纤维的长度为8-10mm，直径为12-14μm。所述碳纤维的长度为10-15mm直径为5-8μm。
(2)将200重量份52.5水泥、500重量份石英砂和2重量份上述步骤中的表面改性纤维在室温下搅拌混匀，再加入100重量份双酚A型环氧树脂E51、10重量份双酚F型环氧树脂F44、15重量份苄基缩水甘油醚、5重量份乙二醇二缩水甘油醚、5重量份十二-十四烷基缩水甘油醚、2重量份消泡剂德国比克化学BYK-530、1重量份偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷KH550和1重量份偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷KH560，继续搅拌均匀，得组分A；所述石英砂为级配石英砂，由粒径分别为0.3-0.6mm的细砂、1-2mm的中砂以及2-3mm的粗砂组成，其中细砂、中砂、粗砂的质量比为45:40:15。
(3)将8重量份的固化剂二乙烯三胺、2重量份的固化剂三乙烯四胺、6重量份的固化剂聚醚胺D230和5重量份DMP30混合均匀，得组分B；
(4)将组分A与组分B混合搅拌均匀，得到表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆。
制得的表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆28d力学性能测试结果为，抗拉强度18MPa，抗压强度108MPa，抗折强度35MPa，折压比0.32，与混凝土的粘结抗拉强度≥2.5MPa。
实施例9
表面改性纤维増韧的环氧砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将30g玻璃纤维、30g聚丙烯腈纤维和30g碳纤维加入1910g浓度为1mg/mL的4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚溶液中，该溶液使用10mM、pH＝8.2的Tris-HCl缓冲溶液作为溶剂进行配置。然后机械搅拌25min使纤维均匀分散于溶液中，并于室温反应48h。过滤并用蒸馏水润洗纤维，然后放置于60℃真空烘箱中干燥68h得到表面修饰改性的混合纤维。所述玻璃纤维的长度为10-12mm，直径为20-30μm。所述聚丙烯腈纤维的长度为8-10mm，直径为12-14μm。所述碳纤维的长度为10-15mm，直径为5-8μm。
(2)将100重量份42.5水泥、430重量份石英砂和2.5重量份上述步骤中的表面改性纤维在室温下搅拌混匀，再加入100重量份双酚A型环氧树脂E51、15重量份苄基缩水甘油醚、1重量份消泡剂德谦6800、1重量份消泡剂德国比克化学BYK-530、1重量份偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷KH560，继续搅拌均匀，得组分A；所述石英砂为级配石英砂，由粒径分别为0.3-0.6mm的细砂、1-2mm的中砂以及2-3mm的粗砂组成，其中细砂、中砂、粗砂的质量比为45:35:20。
(3)将12重量份的固化剂三乙烯四胺和8重量份DMP30混合均匀，得组分B；
(4)将组分A与组分B混合搅拌均匀，得到表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆。
制得的表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆28d力学性能测试结果为，抗拉强度15MPa，抗压强度101MPa，抗折强度28MPa，折压比0.28，与混凝土的粘结抗拉强度≥2.5MPa。
实施例10
表面改性纤维増韧的环氧砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)10g聚丙烯腈纤维和10g聚乙烯醇纤维加入1980g浓度为3mg/mL的4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚溶液中，该溶液使用10mM、pH＝8.2的Tris-HCl缓冲溶液作为溶剂进行配置。然后机械搅拌15min使纤维均匀分散于溶液中，并于室温反应28h。过滤并用蒸馏水润洗纤维，然后放置于50℃真空烘箱中干燥55h得到表面修饰改性的混合纤维。所述聚丙烯腈纤维的长度为8-10mm，直径为12-14μm。所述聚乙烯醇纤维的长度为5-8mm，直径为8-12μm。
(2)将180重量份52.5水泥、360重量份石英砂和1.5重量份上述步骤中的表面改性纤维在室温下搅拌混匀，再加入100重量份双酚F型环氧树脂F51、25重量份苄基缩水甘油醚、2重量份消泡剂德谦6800、2重量份偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷KH560，继续搅拌均匀，得组分A；所述石英砂为级配石英砂，由粒径分别为0.3-0.6mm的细砂、1-2mm的中砂以及2-3mm的粗砂组成，其中细砂、中砂、粗砂的质量比为55:35:10。
(3)将8重量份的固化剂二乙烯三胺、4重量份的固化剂三乙烯四胺和6重量份DMP30混合均匀，得组分B；
(4)将组分A与组分B混合搅拌均匀，得到表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆。
制得的表面修饰改性纤维增韧的环氧砂浆28d力学性能测试结果为，抗拉强度16MPa，抗压强度105MPa，抗折强度29MPa，折压比0.28，与混凝土的粘结抗拉强度≥2.5MPa。
对比例1
未表面修饰聚丙烯腈纤维改性环氧砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将150重量份42.5水泥、300重量份石英砂和1重量份聚丙烯腈纤维在室温下搅拌混匀，再加入80重量份双酚A型环氧树脂E51、10重量份丁基缩水甘油醚、2重量份消泡剂德谦6800、2重量份偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷KH550，继续搅拌均匀，得组分A；所述聚丙烯腈纤维的长度为8-10mm，直径为12-14μm。所述石英砂为级配石英砂，由粒径分别为0.3-0.6mm的细砂、1-2mm的中砂以及2-3mm的粗砂组成，其中细砂、中砂、粗砂的质量比为50:40:10。
(2)将11重量份的固化剂三乙烯四胺和5重量份DMP30混合均匀，得组分B；
(3)将组分A与组分B混合搅拌均匀，得到未表面修饰聚丙烯腈纤维改性的环氧砂浆。
制得的未表面修饰聚丙烯腈纤维改性的环氧砂浆28d力学性能测试结果为，抗拉强度11MPa，抗压强度95MPa，抗折强度20MPa，折压比0.21，与混凝土的粘结抗拉强度≥2.5MPa。
对比例2
未表面修饰碳纤维改性环氧砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)200重量份42.5水泥、400重量份石英砂和0.5重量份碳纤维在室温下搅拌混匀，再加入120重量份双酚A型环氧树脂E51、20重量份苄基缩水甘油醚、3重量份消泡剂德国比克化学BYK-530、2重量份偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷KH560，继续搅拌均匀，得组分A。所述碳纤维的长度为10-15mm，直径为5-8μm。所述石英砂为级配石英砂，由粒径分别为0.3-0.6mm的细砂、1-2mm的中砂以及2-3mm的粗砂组成，其中细砂、中砂、粗砂的质量比为40:40:20。
(2)将13重量份的固化剂二乙烯三胺和6重量份DMP30混合均匀，得组分B；
(3)将组分A与组分B混合搅拌均匀，得到未表面修饰碳纤维改性的环氧砂浆。
制得的未表面修饰碳纤维改性的环氧砂浆28d力学性能测试结果为，抗拉强度12MPa，抗压强度97MPa，抗折强度21MPa，折压比0.22，与混凝土的粘结抗拉强度≥2.5MPa。
对比例3
未表面修饰玻璃纤维改性环氧砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)100重量份52.5水泥、500重量份石英砂和3重量份玻璃纤维在室温下搅拌混匀，再加入90重量份双酚A型环氧树脂E44、30重量份十二-十四烷基缩水甘油醚、3重量份消泡剂德谦6800、3重量份偶联剂γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)，继续搅拌均匀，得组分A。所述玻璃纤维的长度为10-12mm，直径为20-30μm。所述石英砂为级配石英砂，由粒径分别为0.3-0.6mm的细砂、1-2mm的中砂以及2-3mm的粗砂组成，其中细砂、中砂、粗砂的质量比为60:30:10。
(2)将40重量份的固化剂聚醚胺D230和10重量份二甲基苯胺混合均匀，得组分B；
(3)将组分A与组分B混合搅拌均匀，得到未表面修饰玻璃纤维改性的环氧砂浆。
制得的未表面修饰玻璃纤维改性的环氧砂浆28d力学性能测试结果为，抗拉强度10MPa，抗压强度88MPa，抗折强度18MPa，折压比0.20，与混凝土的粘结抗拉强度≥2.5MPa。
对比例4
未表面修饰聚乙烯醇纤维改性环氧砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)150重量份52.5水泥、450重量份石英砂和2重量份聚乙烯醇纤维在室温下搅拌混匀，再加入100重量份双酚F型环氧树脂F51、20重量份丁基缩水甘油醚、1重量份消泡剂德国比克化学BYK-530、1重量份偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷KH550，继续搅拌均匀，得组分A。所述聚乙烯醇纤维的长度为5-8mm，直径为8-12μm。所述石英砂为级配石英砂，由粒径分别为0.3-0.6mm的细砂、1-2mm的中砂以及2-3mm的粗砂组成，其中细砂、中砂、粗砂的质量比为45:35:20。
(2)将8重量份的三乙烯四胺、20重量份聚醚胺D230和2重量份二甲基苯胺混合均匀，得组分B；
(3)将组分A与组分B混合搅拌均匀，得到未表面修饰聚乙烯醇纤维改性的环氧砂浆。
制得的未表面修饰聚乙烯醇纤维改性的环氧砂浆28d力学性能测试结果为，抗拉强度12MPa，抗压强度90MPa，抗折强度18MPa，折压比0.20，与混凝土的粘结抗拉强度≥2.5MPa。
对比例5
未加入纤维的环氧砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将150重量份42.5水泥和300重量份石英砂在室温下搅拌混匀，再加入80重量份双酚A型环氧树脂E51、10重量份丁基缩水甘油醚、2重量份消泡剂德谦6800、2重量份偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷KH550，继续搅拌均匀，得组分A。所述石英砂为级配石英砂，由粒径分别为0.3-0.6mm的细砂、1-2mm的中砂以及2-3mm的粗砂组成，其中细砂、中砂、粗砂的质量比为50:40:10。
(2)将11重量份的固化剂三乙烯四胺和5重量份DMP30混合均匀，得组分B；
(3)将组分A与组分B混合搅拌均匀，得到未加入纤维的环氧砂浆。
制得的未加入纤维的环氧砂浆28d力学性能测试结果为，抗拉强度10MPa，抗压强度90MPa，抗折强度17MPa，折压比0.19，与混凝土的粘结抗拉强度≥2.5MPa。
表1实施例1-10和对比例1-5环氧砂浆的性能测试结果
由表1所列性能测试结果可见，使用未表面改性的纤维对环氧砂浆进行改性后，抗折强度及折压比相比较未加入纤维的环氧砂浆均有所增加；而使用表面改性的纤维对环氧砂浆进行改性后，砂浆的抗折强度得到明显增加，抗压强度也有所提高，同时折压比也增大；相应测试结果表明本发明所述的通过表面改性纤维对环氧树脂砂浆进行改性的方法，改进了现有环氧砂浆材料韧性不足的问题，提供了一种具有较好的韧性、较高的抗折强度/抗压强度比的环氧砂浆修补加固材料。
Claims (10)
1.一种表面改性纤维増韧的环氧砂浆，其特征在于，由以下按重量份计算的成分组成：
所述表面改性纤维的制备方法为：将纤维加入浓度为1-3mg/mL的4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚溶液中，加入纤维的质量分数为1％～5％；机械搅拌10-30min后形成混合物；该混合物在室温条件下反应24-48h，然后过滤并用蒸馏水润洗，最后在50-80℃真空烘箱中干燥24-72h得到所述表面改性纤维，所述表面改性后的纤维表面修饰有一层聚多巴胺涂层。
2.根据权利要求1所述的一种表面改性纤维増韧的环氧砂浆，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂E51、双酚A型环氧树脂E44、双酚F型环氧树脂F51或双酚F型环氧树脂F44中一种或两种以上任意配比的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种表面改性纤维増韧的环氧砂浆，其特征在于，所述活性稀释剂为丁基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、十二-十四烷基缩水甘油醚或乙二醇二缩水甘油醚中一种或两种以上任意配比的混合物。
4.根据权利要求3所述的一种表面改性纤维増韧的环氧砂浆，其特征在于，所述固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺、聚醚胺D230中一种或两种以上任意配比的混合物。
5.根据权利要求4所述的一种表面改性纤维増韧的环氧砂浆，其特征在于，所述消泡剂为德国比克化学BYK-530或德谦6800中一种或两种任意配比的混合物。
6.根据权利要求5所述的一种表面改性纤维増韧的环氧砂浆，其特征在于，所述偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)或γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)中一种或两种以上任意配比的混合物。
7.根据权利要求6所述的一种表面改性纤维増韧的环氧砂浆，其特征在于，所述促进剂为二甲基苯胺或2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚(DMP-30)中一种或两种任意配比的混合物。
8.根据权利要求7所述的一种表面改性纤维増韧的环氧砂浆，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5或者52.5；所述石英砂为级配石英砂，由粒径分别为0.3-0.6mm的细砂、1-2mm的中砂以及2-3mm的粗砂组成，其中细砂、中砂、粗砂的质量比为40～60:20～40:5～20。
9.权利要求1至8任一项所述的一种表面改性纤维増韧的环氧砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将水泥、石英砂和表面改性纤维在室温下搅拌混匀，再加入环氧树脂、活性稀释剂、消泡剂、偶联剂，继续搅拌均匀，得组分A；
(2)将固化剂和促进剂搅拌均匀，得组分B；
(3)将步骤(1 )制得的组分A与步骤(2 )制得的组分B混合搅拌均匀，得到表面改性纤维増韧的环氧砂浆；
步骤(1)中所述表面改性纤维的制备中所用纤维为碳纤维、玻璃纤维、聚丙烯腈纤维或聚乙烯醇纤维中一种或几种任意比例的混合物；所述纤维的长度为5-15mm，直径为5-30μm。
10.根据权利要求9所述的一种表面改性纤维増韧的环氧砂浆，其特征在于，步骤(1)中所述4-(2-氨基乙基)-1,2-苯二酚溶液使用三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)缓冲溶液作为溶剂进行配置，所述三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)缓冲溶液的浓度为10mM、pH＝8.2。
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