0 前 言

隨著現代工業的快速發展 , 以環氧為主的地坪涂料獲得了廣泛應用 , 至今幾乎已涉足現代工業的所有行業 , 尤以電子、制藥、食品、化妝品、輕工、機械、造紙等行業最為廣泛采用。環氧砂漿以其強度高、固化快、耐磨、粘結性能好等眾多優點已被環氧地坪涂裝系統所采用 [1] 。目前大部分環氧地坪涂裝體系中底涂層和中涂層都采用環氧砂漿的形式 , 其砂漿層強度性能將直接影響著環氧地坪體系的整體力學性能和使用范圍。本文通過固化劑的選擇、加砂比例的調節及普通砂和級配砂的對比研究 , 探討了環氧砂漿層的強度因素 , 對實際施工中砂漿層材料的選擇、地坪強度的確定具有很好的指導意義。

1 試驗部分

1.1 原材料

改性脂環胺固化劑 1618 、脂肪胺固化劑 155 、促進劑 k54, 美國氣體化工；芳香胺固化劑 113 、端氨基聚醚 , 廣州惠聯化工； e-51 環氧樹脂 ,s h e l l828 ； 20 ～ 40 目的普通石英砂、級配砂 , 市售。

1.2 試驗儀器設備

w e － 100 型液壓式萬能試驗機：整個試驗期間用來測試砂漿樣快的抗壓強度和抗折強度等力學性能。制作樣塊的工具：模具 ( 參考相關標準制作 ), 刮刀 , 天平等。

1.3 試驗方法

將環氧樹脂與各種固化劑按理論配比混合好 , 再與石英砂按各種比例混合攪拌均勻 , 然后參考國標水泥膠砂強度檢驗方法 (i s o 法 )g b/t17671-1999 中強度測試樣塊制備方法制作 40 m m × 40 m m × 160 m m 的棱柱型樣塊。靜置樣塊待其完全固化， 7 d 后測試其抗壓強度、抗折強度。觀察記錄不同材料、不同添加比例類型石英砂情況下的強度性能。

2 結果與討論

2.1 固化劑的選擇

固化劑的種類對環氧樹脂固化后性能影響很大 [2] 。本實驗選取了幾種現在地坪工程中比較常用的固化劑 ( 改性脂環胺類、脂肪胺類、芳香胺類和端氨基聚醚類 ) 進行對比研究 , 而現在常用的中底涂固化劑中還有酚醛胺類的 t31 和聚酰胺類。由于 t31 固化劑沒有一個統一的標準 , 實際中應用的 t31 固化劑性能差別非常大 , 對環氧砂漿層強度性能的影響也非常大 , 很難對其進行對比研究 , 所以本文對酚醛胺型的 t31 固化劑未進行討論。表 1 為所選的各類型的固化劑與 e-51 環氧樹脂按理論配比在相同條件下固化后的強度性能。表 1 顯示 , 改性脂環胺固化劑與環氧樹脂 e-51 固化后表現出很高的強度性能 , 說明改性脂環胺類固化劑與純環氧樹脂反應后交聯度最大。

表 1 環氧樹脂與各種固化劑的強度

2.2 加砂比例的影響

圖 1 石英砂含量對環氧砂漿抗壓強度的影響

圖 2 石英砂含量對環氧砂漿抗折強度的影響

在環氧地坪砂漿層施工過程中一般都需要加入一定比例的石英砂 , 以減少樹脂漆料的用量 , 達到降低成本的目的 , 但石英砂的加入會降低砂漿的力學強度性能 [3] 。本研究的目的就是找出最佳的加砂量 , 在保證環氧砂漿層實際使用強度性能的前提下 , 盡量降低砂漿層的成本。圖 1 和圖 2 顯示 , 當石英砂含量大于砂漿的 75 ％ , 即 ( 環氧樹脂＋固化劑 ) ∶石英砂 >1 ∶ 3 時 , 無論使用何種類型的固化劑 , 環氧砂漿的強度都會迅速降低。原因是當石英砂的比例增大到樹脂漆料不能完全浸潤石英砂顆粒時 , 砂漿層固化后就會產生空鼓而導致部分粉化 , 這就會嚴重影響砂漿層的整體強度性能和面涂層的附著力。實際地坪施工中 , 一般需要保證砂漿層抗壓強度大于 20 m p a 才能滿足整個環氧地坪的強度要求。從圖中可以看出 , 當使用端氨基聚醚和脂肪胺類固化劑時 , 環氧砂漿在加入高比例石英砂 , 即砂漿含砂量大于 85 ％ , 相當于 ( 環氧樹脂＋固化劑 ) ∶石英砂＝ 1 ∶ 6 時 , 砂漿層的抗壓強度依然能滿足環氧地坪的施工要求 , 而使用脂環胺和芳香胺類固化劑就不能達到這個要求。這是因為選用不同的固化劑配合砂漿漆使用時 , 對高比例石英砂的浸潤情況是不同的。只有那些能完全浸潤高添加量石英砂的漆料 , 固化后才能保證砂漿層的強度性能。從本研究也可以看出 , 當選用一般的石英砂時 , 要保證環氧砂漿層的最基本的力學性能 , 其加砂比例的極限值為 85%, 即 ( 環氧樹脂＋固化劑 ) ∶石英砂 =1 ∶ 6, 超過這個比例 , 環氧砂漿層的力學性能將不能保證。

2.3 石英砂的選取

石英砂的選取應符合級配原則 , 砂粒與砂粒之間的空隙依靠樹脂漆料填充。為在高配比時能夠大量添加石英砂 , 石英砂必須有粗顆粒和細顆粒搭配使用 , 使得砂粒內部不易形成空穴。表 2 為添加相同量的普通石英砂和級配石英砂時對環氧砂漿強度性能的影響。表 2 數據表明 , 在低配比的環氧砂漿 , 即 ( 環氧樹脂＋固化劑 ) ∶石英砂 =1 ∶ 3 時 , 普通石英砂和級配石英砂對整體砂漿層強度性能影響的差異不明顯 , 而在高配比環氧砂漿 , 即 ( 環氧樹脂＋固化劑 ) ∶石英砂 =1 ∶ 6 時 , 選用級配砂強度明顯高于添加普通 20 ～ 40 目粗砂的強度。這說明石英砂合理的尺寸搭配 , 能有效地降低環氧樹脂漆料的用量 , 其石英砂之間的緊密程度又能更好地提高砂漿層的強度性能 , 從而保證了在高比例環氧砂漿中的強度力學性能。所以級配砂的研究 , 本身就能充分降低環氧樹脂漆料的用量和提高砂漿層的力學性能。現在國外有研究表明 , 通過粗石英砂、細石英砂、石英粉的最佳比例配合及石英砂和石英粉之間的表面浸潤性改性 , 可以把級配砂的添加量提高到 92% 即 ( 環氧樹脂＋固化劑 ) ∶石英砂 =1 ∶ 12, 甚至 94% 即 ( 環氧樹脂＋固化劑 ) ∶石英砂 =1 ∶ 15, 而砂漿層的整體強度力學性能還能保證在一個合理的范圍。這說明級配砂的選取是在保證砂漿層強度性能的前提下 , 降低砂漿地坪成本的最關鍵因素。

表 2 普通石英砂和級配石英砂對環氧砂漿強度性能的影響

注：實驗中使用的環氧固化劑為脂肪胺；級配砂為 20 ～ 80 目的石英砂。

2.4 溶劑的影響

在環氧砂漿實際施工過程中 , 為了降低樹脂漆料的黏度 , 提高環氧漆料對石英砂粒的潤濕能力 , 達到增加石英砂的添加量 , 往往需要在樹脂漆料中添加一定量的溶劑 , 而溶劑量的大小是影響砂漿強度的一個關鍵因素。表 3 顯示 , 環氧砂漿強度隨著溶劑的增加順速下降。這是因為雖然在砂漿固化過程中 , 溶劑會不斷揮發 , 但由于砂漿層有一定厚度 , 固化后仍然會有一定量的溶劑殘留在砂漿里。溶劑不參與固化反應 , 仍然以原來分子形式存在 , 游離于砂漿層中 , 自然會嚴重影響砂漿層的整體強度性能。而如果把溶劑換成少量的活性稀釋劑 , 則不僅能降低砂漿的黏度 , 提高樹脂漆料對石英砂的潤濕性 , 又能保證砂漿層良好的強度。因為在砂漿固化過程中 , 活性稀釋劑是可以與胺類固化劑發生交聯反應的 , 反應產物存在砂漿中并沒有削弱整體砂漿層的強度值。所以在實際工程中 , 薄涂型砂漿層施工可以添加少量溶劑 , 而在灌漿地坪和壓砂地坪施工中環氧砂漿層比較厚 , 應該選用無溶劑的環氧樹脂漆料作為砂漿材料。

表 3 溶劑 ( 二甲苯 ) 對環氧砂漿強度的影響

注：實驗中使用的環氧固化劑為脂肪胺，砂漿添加的是樹脂量 3 倍的 20 ～ 40 目的普通砂。

3 結 論

(1) 環氧砂漿施工中常選用脂肪胺、改性脂環胺、芳香胺和端氨基聚醚中的一種作為固化劑。在低比例砂漿 , 添砂比例小于 75% 即 ( 環氧樹脂＋固化劑 ) ∶石英砂 <1 ∶ 3 時 , 選用改性脂環胺作為固化劑 , 其砂漿層的強度力學性能最佳；在高比例砂漿 , 添砂比例大于 85% 即 ( 環氧樹脂＋固化劑 ) ∶石英砂 >1 ∶ 6 時 , 宜選用端氨基聚醚和脂肪胺作為固化劑 , 這樣環氧砂漿層才能獲得比較滿意的強度性能。

(2) 在高比例砂漿 , 添砂比例大于 85% 即 ( 環氧樹脂＋固化劑 ) ∶石英砂 >1 ∶ 6 時 , 為了保證樹脂漆料能夠完全潤濕石英砂 , 從而使砂漿層的整體強度力學性能還能保證在一個合理的范圍 , 宜選用級配好的石英砂。其級配砂的性能 ( 如石英砂表面吸油量、級配尺寸和程度 ) 也最終決定環氧砂漿中添砂比例的極限值。

(3) 為得到高強度性能環氧地坪砂漿層 , 樹脂漆料中應盡量不添加溶劑。如漆料黏度過高可添加少量環氧稀釋劑進行調節。