CN116730652A - 一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及环氧砂浆技术领域，具体公开了一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆及其制备方法。其技术要点是：所述适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，包括单独存放、使用时按照重量比(12‑14):1进行混合的A、B组分，所述A组分包括如下重量份数的组分：环氧树脂100‑150份、硅烷偶联剂5‑10份、钛白粉5‑10份、防沉剂5‑10份、石英砂150‑200份、滑石粉150‑200份；所述B组分包括硫脲改性聚醚胺和壬基酚，所述硫脲改性聚醚胺与壬基酚的重量比为1:(1.5‑3.5)。其制备方法为：将A、B组分分别混合均匀并独立包装即可。本申请提供的环氧砂浆具有低温环境下施工性能好的特点，得到的固化体系力学性能优异。

Description

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆及其制备方法

技术领域

本申请涉及环氧砂浆技术领域，更具体地说，它涉及一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆及其制备方法。

背景技术

混凝土建筑物要求具有设计的强度，同时具有耐久性能，即防滑性、抗磨性、防水性和抗腐蚀性等。然而，现有技术很多混凝土建筑物存在以下问题：1、混凝土建筑物碳化和裂缝问题普遍存在；2、钢筋混凝土结构受侵蚀引起的钢筋锈蚀严重；3、临水混凝土表面松散剥落等。

目前，人们普遍使用环氧砂浆来改善上述问题。环氧砂浆是一种混凝土表面修补材料，是以环氧树脂为主要成分，加入一些辅助材料而制成的环氧复合材料。环氧砂浆具有强度高、抗冲磨性能好、粘接力强和耐水性好等特点；传统的环氧砂浆一般需要搭配环氧树脂固化剂一同使用。

环氧砂浆作为一种综合性能优异的建筑材料，已被广泛应用于建筑物的修补加固。环氧砂浆的固化主要源于其环氧组分与固化剂的开环聚合反应，其各组分的反应特性与固化物性能，很大程度上决定了环氧砂浆的应用场景。环氧砂浆的使用温度通常需要5℃以上，在低温下，受限于体系反应活性以及较大的粘度，环氧砂浆施工性及固化物性能则难以得到保证。因此，在冬季零度以下的环境中，尽管已有较多的相关文献资料报道了解决环氧树脂低温固化难问题的技术手段，但此类报道的固化温度未涉及零下，且其固化物力学性能普遍较低。

目前市场上硫脲改性胺固化剂广泛应用于低温快速固化环氧树脂领域，它们不仅在冬季和寒冷的作业地区有很大的优势，而且在快速施工的场合也发挥着十分重要的作用。硫脲能显著提高固化剂与环氧树脂的固化活性，极大地降低固化温度。硫脲改性胺固化剂的合成与应用一直是环氧树脂领域的热点之一。用硫脲改性的二元脂肪胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、酚醛胺固化剂具有活性高、固化快的特点，但是经过硫脲改性的这类脂肪胺固化剂与环氧树脂固化后存在脆性大，力学性能差的特点。此外，在制备低温固化剂过程中容易残留对环境不友好的原料，对人体及环境都有较大的危害。

发明内容

为了克服上述技术问题，本申请提供一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆及其制备方法，所制备的环氧砂浆在低温环境下固化速度可控，固化体系力学性能优异。

第一方面，本申请提供一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，采用如下的技术方案：

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，包括单独存放、使用时按照重量比(12-14):1进行混合的A、B组分，所述A组分包括如下重量份数的组分：环氧树脂100-150份、硅烷偶联剂5-10份、钛白粉5-10份、防沉剂5-10份、石英砂150-200份、滑石粉150-200份；所述B组分包括硫脲改性聚醚胺和壬基酚，所述硫脲改性聚醚胺与壬基酚的重量比为1:(1.5-3.5)。

通过采用上述技术方案，聚醚胺固化剂结构中包含了具有柔韧性的长醚键链段，与环氧树脂固化后能够克服固化物偏脆的缺点，而且还能克服硫脲固化剂中原料胺毒性大的缺点；其在高温固化条件下拥有优异的粘接性和力学性能，但是其在室温下固化速度慢，力学性能也有所下降，特别是0℃以下基本上难以固化环氧树脂。而采用硫脲进行改性后，反应活性大幅提高，固化速度极快，导致可操作性时间太短，没有充分的施工窗口。壬基酚反应活性较低，低温下固化速度较慢，单独使用时，长时间的固化无法形成完整的交联网络。本申请则采用硫脲改性聚醚胺与壬基酚进行复配，固化体系的活性适中，反应平稳进行，固化速度可控，且保证了固化过程的连续性，保证了固化后体系强度较高，力学性能优异。

进一步优选为，所述硫脲改性聚醚胺与壬基酚的重量比为1:2.5。

通过采用上述技术方案，将硫脲改性聚醚胺与壬基酚的重量比控制为1:2.5时，得到的环氧砂浆具有最适合的可操作性时间，固化体系具有优异的力学性能。本申请中的硫脲改性聚醚胺由聚醚胺D230与2倍当量的聚醚胺在110℃下加热反应得到，固化性能优异，且储存期较长。

进一步优选为，还包括10-15重量份的改性剂，所述改性剂选自丙三醇三缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、丙酮中的至少一种。

通过采用上述技术方案，改性剂的加入可改变砂浆体系的粘度，或者参与交联反应，进而改善砂浆体系的施工性能和固化体系的力学性能。

进一步优选为，所述改性剂为由聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮组成的混合物。

通过采用上述技术方案，丙酮为非活性稀释剂，属于稀释剂溶剂，分子结构中没有活性环氧基团，自身没有反应活性，仅起到稀释降黏作用，且易挥发，固化反应时易在固结体中留下空隙，造成固化体内部缺陷产生，进而影响力学性能。聚丙二醇二缩水甘油醚为带有反应活性官能团的化合物，一方面与环氧树脂具有良好的相容性，另一方面能够与参与固化交联反应，成为树脂胶结体交联网络结构中的一部分，提高固化体系的韧性与力学性能。通过将丙酮与聚丙二醇二缩水甘油醚进行复配使用，在保证砂浆体系具有较低粘度，即具有良好工作性能的情况下，依然具有较好的韧性与力学性能。

进一步优选为，所述聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮的重量比为1:(0.1-0.25)。

通过采用上述技术方案，适当添加丙酮，可降低砂浆体系粘度，提高工作性能，但丙酮本身不参与固化交联反应，固化易挥发，导致固化体系内部产生空隙，即丙酮的过量添加，易影响固化体系的力学性能。但实际应用过程中，发明人发现，聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮复配组成的改性剂组成中，丙酮的占比小于20％时，不会对砂浆体系固化后的力学性能产生任何影响，而当丙酮占比超过20％时，随着丙酮的占比越来越大，固化体系的力学性能越来越差。

进一步优选为，所述硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、氨基丙基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的一种。

通过采用上述技术方案，硅烷偶联剂可用来提高有机-无机材料界面的粘接性，即提高环氧砂浆固化后与建筑材料之间的粘接性能。

进一步优选为，所述防沉剂选自气相二氧化硅、有机膨润土、聚烯烃蜡中的一种。

进一步优选为，石英砂的粒径为20-40目。

进一步优选为，滑石粉的粒径为200-400目。

进一步优选为，钛白粉的粒径为200-400目。

第二方面，本申请提供一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆的制备方法，采用如下的技术方案：

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆的制备方法，包括以下步骤：

将环氧树脂、硅烷偶联剂、钛白粉、防沉剂、石英砂、滑石粉进行混合均匀，得到A组分，出料包装；

将硫脲改性聚醚胺、壬基酚混合均匀，得到B组分，出料包装。

通过采用上述技术方案，本申请提供的环氧砂浆制备方法操作简便，适合规模化生产，使用时，直接将A、B组分混合按一定比例混合均匀即可，得到的砂浆固化体系，力学性能优异。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

(1)本申请采用硫脲改性聚醚胺与壬基酚进行复配使用，可减少硫脲改性聚醚胺的使用量，进而避免局部暴聚的可能，保证反应平稳进行；而硫脲改性聚醚胺与环氧树脂反应生成的热量可以激发壬基酚与环氧基团的反应，进而实现固化过程的连续性，保证了环氧砂浆在低温环境下的使用可行性；

(2)本申请通过加入改性剂，以改变砂浆体系的粘度或参与交联反应，进而改善砂浆体系在低温环境下的施工性能和固化体系的力学性能；

(3)本申请改性剂优选为聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮的复配组合，在保证砂浆体系具有较低粘度，即具有良好施工性能的情况下，依然具有较好的韧性和力学性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请中各实施例、对比例中部分原料性质如下：

石英砂的粒径为20-40目，滑石粉的粒径为200-400目，钛白粉的粒径为200-400目。

环氧树脂采用E51环氧树脂，硅烷偶联剂采用乙烯基三乙氧基硅烷(硅烷偶联剂YDH-151)，防沉剂采用气相二氧化硅，购自宣城晶瑞新材料有限公司。

实施例

实施例1

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，通过如下步骤制备获得：

S1、将100kg环氧砂浆、5kg硅烷偶联剂、5kg钛白粉、5kg防沉剂、150kg石英砂、150kg滑石粉进行混合，搅拌均匀，出料，得到A组分。

S2、将硫脲改性聚醚胺与壬基酚按照质量比1:1.5进行混合，搅拌均匀，出料，得到B组分。

S3、将A、B组分按照质量比12:1进行混合，搅拌均匀，即得到适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆。

实施例2

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，通过如下步骤制备获得：

S1、将125kg环氧砂浆、7.5kg硅烷偶联剂、7.5kg钛白粉、7.5kg防沉剂、175kg石英砂、175kg滑石粉进行混合，搅拌均匀，出料，得到A组分。

S2、将硫脲改性聚醚胺与壬基酚按照质量比1:1.5进行混合，搅拌均匀，出料，得到B组分。

S3、将A、B组分按照质量比13:1进行混合，搅拌均匀，即得到适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆。

实施例3

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，通过如下步骤制备获得：

S1、将150kg环氧砂浆、10kg硅烷偶联剂、10kg钛白粉、10kg防沉剂、200kg石英砂、200kg滑石粉进行混合，搅拌均匀，出料，得到A组分。

S2、将硫脲改性聚醚胺与壬基酚按照质量比1:1.5进行混合，搅拌均匀，出料，得到B组分。

S3、将A、B组分按照质量比14:1进行混合，搅拌均匀，即得到适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆。

实施例4

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，通过如下步骤制备获得：

S1、与实施例1的S1相同。

S2、将硫脲改性聚醚胺与壬基酚按照质量比1:2进行混合，搅拌均匀，出料，得到B组分。

S3、与实施例1的S3相同。

实施例5

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，通过如下步骤制备获得：

S1、与实施例1的S1相同。

S2、将硫脲改性聚醚胺与壬基酚按照质量比1:2.5进行混合，搅拌均匀，出料，得到B组分。

S3、与实施例1的S3相同。

实施例6

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，通过如下步骤制备获得：

S1、与实施例1的S1相同。

S2、将硫脲改性聚醚胺与壬基酚按照质量比1:3进行混合，搅拌均匀，出料，得到B组分。

S3、与实施例1的S3相同。

实施例7

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，通过如下步骤制备获得：

S1、与实施例1的S1相同。

S2、将硫脲改性聚醚胺与壬基酚按照质量比1:3.5进行混合，搅拌均匀，出料，得到B组分。

S3、与实施例1的S3相同。

实施例8

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，通过如下步骤制备获得：

S1、将100kg环氧砂浆、5kg硅烷偶联剂、5kg钛白粉、5kg防沉剂、150kg石英砂、150kg滑石粉、10kg改性剂进行混合，搅拌均匀，出料，得到A组分。

S2、与实施例5的S2相同。

S3、与实施例5的S3相同。

本实施例中的改性剂采用丙三醇三缩水甘油醚。

实施例9

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，与实施例8的区别在于，本实施例中的改性剂采用聚丙二醇二缩水甘油醚。

实施例10

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，与实施例8的区别在于，本实施例中的改性剂采用丙酮。

实施例11

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，与实施例8的区别在于，本实施例中的改性剂采用丙三醇三缩水甘油醚与聚丙二醇二缩水甘油醚组成的混合物，丙三醇三缩水甘油醚与聚丙二醇二缩水甘油醚的比例为1:1。

实施例12

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，与实施例8的区别在于，本实施例中的改性剂采用丙三醇三缩水甘油醚与丙酮组成的混合物，丙三醇三缩水甘油醚与丙酮的比例为1:0.3。

实施例13

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，与实施例8的区别在于，本实施例中的改性剂采用聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮组成的混合物，聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮的比例为1:0.3。

实施例14

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，与实施例8的区别在于，本实施例中的改性剂采用聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮组成的混合物，聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮的比例为1:0.25。

实施例15

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，与实施例8的区别在于，本实施例中的改性剂采用聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮组成的混合物，聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮的比例为1:0.2。

实施例16

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，与实施例8的区别在于，本实施例中的改性剂采用聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮组成的混合物，聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮的比例为1:0.15。

实施例17

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，与实施例8的区别在于，本实施例中的改性剂采用聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮组成的混合物，聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮的比例为1:0.1。

对比例

对比例1

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，通过如下步骤制备获得：

S1、与实施例1的S1相同。

S2、采用聚醚胺D230固化剂作为B组分。

S3、与实施例1的S3相同。

对比例2

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，通过如下步骤制备获得：

S1、与实施例1的S1相同。

S2、采用硫脲改性聚醚胺固化剂作为B组分。

S3、与实施例1的S3相同。

对比例3

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，通过如下步骤制备获得：

S1、与实施例1的S1相同。

S2、采用壬基酚固化剂作为B组分。

S3、与实施例1的S3相同。

对比例4

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，通过如下步骤制备获得：

S1、与实施例1的S1相同。

S2、将聚醚胺D230与壬基酚按照质量比1:1.5进行混合，搅拌均匀，出料，得到B组分。

S3、与实施例1的S3相同。

对比例5

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，通过如下步骤制备获得：

S1、与实施例1的S1相同。

S2、将硫脲改性聚醚胺与壬基酚按照质量比1:1进行混合，搅拌均匀，出料，得到B组分。

S3、与实施例1的S3相同。

对比例6

一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，通过如下步骤制备获得：

S1、与实施例1的S1相同。

S2、将硫脲改性聚醚胺与壬基酚按照质量比1:4进行混合，搅拌均匀，出料，得到B组分。

S3、与实施例1的S3相同。

性能检测试验

1、可操作时间

将A、B组分放置在-8℃的条件下24h后，将A、B组分混匀，制成砂浆试样，并同时开始计时，当试样的粘度明显上升时，终止计时，此段时间即为可操作性时间。

2、抗压强度

按照GB/T 17671-2021《水泥胶砂强度检验方法(ISO)》进行，制样时温度控制为-8℃。

表1实施例1-17、对比例1-6测试结果

由实施例1、实施例4-7的测试结果可以看出，B组分中，随着壬基酚占比越来越高，砂浆固化速度越来越慢，但是强度则越来越高，当硫脲改性聚醚胺与壬基酚的比例为时，环氧砂浆具有最优的固化时机，即可操作时间，以及较高的抗压强度。而对比例1-3分别采用聚醚胺固化剂、壬基酚固化剂、聚醚胺+壬基酚固化剂的方式，在-8℃的低温环境下基本难以固化成膜或固化时间较长。对比例2单独采用硫脲改性聚醚胺固化剂，具有极快的固化速度，但是得到固化体系具有较低的抗压强度。

这是由于单独采用硫脲改性聚醚胺作为固化剂，体系固化过快，内部易发生局部暴聚，产生大量气泡，构成缺陷，进而影响体系性能；单独采用壬基酚作为固化剂，反应活性过低，难以形成完整的交联网络。采用两者进行复配使用，可减少硫脲改性聚醚胺的使用量，进而避免局部暴聚的可能，保证反应平稳进行；而硫脲改性聚醚胺与环氧树脂反应生成的热量可以激发壬基酚与环氧基团的反应，进而实现固化过程的连续性，保证了环氧砂浆在低温环境下的使用可行性。

由对比例5、对比例6的测试结果可以看出，当硫脲改性聚醚胺与壬基酚的比例为1:1时，环氧砂浆固化速度过快，无法提供充足的可操作性时间，同时固化后的力学性能大幅降低；当两者比例为1:4时，环氧砂浆低温环境下固化速度过慢，同时固化后的力学性能也相对较低。所以，硫脲改性聚醚胺与壬基酚的最佳比例为1:(1.5-3.5)。

由实施例8-17的测试结果可以看出，改性剂的加入可以明显提高环氧砂浆的可操作性时间，影响固化体系的力学性能。当改性剂为聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮的组合时，可以保证环氧砂浆具有最优的低温固化时间，同时固化后的抗压强度较高。并且当丙酮的占比小于20％时，不会对砂浆体系固化后的力学性能产生任何影响，而当丙酮占比超过20％时，随着丙酮的占比越来越大，固化体系的力学性能越来越差，因此聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮的最优比例为1:(0.1-0.25)。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，本申请的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本申请思路下的技术方案均属于本申请的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，其特征在于，包括单独存放、使用时按照重量比(12-14):1进行混合的A、B组分，所述A组分包括如下重量份数的组分：环氧树脂100-150份、硅烷偶联剂5-10份、钛白粉5-10份、防沉剂5-10份、石英砂150-200份、滑石粉150-200份；所述B组分包括硫脲改性聚醚胺和壬基酚，所述硫脲改性聚醚胺与壬基酚的重量比为1:(1.5-3.5)。

2.根据权利要求1所述的适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，其特征在于，所述硫脲改性聚醚胺与壬基酚的重量比为1:2.5。

3.根据权利要求1所述的适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，其特征在于，还包括10-15重量份的改性剂，所述改性剂选自丙三醇三缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、丙酮中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，其特征在于，所述改性剂为由聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮组成的混合物。

5.根据权利要求4所述的适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，其特征在于，所述聚丙二醇二缩水甘油醚与丙酮的重量比为1:(0.1-0.25)。

6.根据权利要求1所述的适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、氨基丙基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷中的一种。

7.根据权利要求1所述的适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆，其特征在于，所述防沉剂选自气相二氧化硅、有机膨润土、聚烯烃蜡中的一种。

8.权利要求1-7任一所述的适用于低温环境中施工的高强度环氧砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将环氧树脂、硅烷偶联剂、钛白粉、防沉剂、石英砂、滑石粉进行混合均匀，得到A组分，出料包装；

将硫脲改性聚醚胺、壬基酚混合均匀，得到B组分，出料包装。