适用于装配式电力工程结构的环氧黏接砂浆改性研究

适用于装配式电力工程结构的环氧黏接砂浆改性研究

吴海洋,董铁柱,姚国河,牛子儒,马明瑞,马福祥,任静,张嘉伟

中国电建集团青海省电力设计院有限公司  青海   810008

摘要：经济的发展推动了我国综合国力的提升，也带动了电力工程建设水平的不断提升。传统砂浆填料的胶结性能、强度发展及水化进程受温度影响较为明显，在低温环境下，硬化浆体内部孔隙率与大孔增加，存在大量未反应的填料颗粒，水化产物层薄弱，结构不密实。因此，亟需针对装配式工程建筑物的施工特点与复杂环境开发新型装配式构件黏结用材料。

关键词：装配式；电力工程；结构；环氧黏接砂浆；改性

引言

环氧树脂对砂浆的力学性能提升主要体现在其对砂浆中填料的包裹作用。环氧砂浆内部存在较多膜状物，对孔隙内部起到了架桥和填充的作用，并相互交错成膜形成网状结构，使得环氧砂浆内部变得更密实，导致力学性能及抗渗性更高，同时抗冻性也高于环氧黏接砂浆。环氧树脂对填料的包裹性能较差时，浆料与填料颗粒间的黏结力远大于填料颗粒之间的结合力，导致砂浆内部形成团簇结构、缺陷增多；而环氧树脂掺量过高时，由于固化时间的延长，砂浆中的大颗粒填料因重力作用而下沉，导致填料分布不均匀、砂浆产生分层现象。

1力学性能测试

环氧黏接砂浆的早期性能决定了装配式电力工程建筑物的结构可靠性，因此本实验依据《聚合物改性环氧黏接砂浆试验规程》（DL/T5126-2001）测试龄期1d时环氧砂浆的抗压、抗折及黏接强度以确定各影响因素对环氧砂浆早期力学性能的影响。

2适用于装配式电力工程结构的环氧黏接砂浆改性分析

2.1改性磷石膏抹灰砂浆性能

磷石膏在电力材料行业的应用主要包括3个方面:①生产水泥的缓凝剂;②通过煅烧等预处理手段生产石膏建材;③矿山修复的填充材料。磷石膏制品具有化学性能稳定、体积稳定及价格低廉等优点,利用磷石膏生产抹灰石膏不仅能缓解天然石膏缺乏地区对电力石膏的需求,更有利于磷石膏的综合利用,可以解决磷石膏带给磷肥工业的压力。以磷石膏为原料制备抹面砂浆,产品满足M15的各项技术指标要求。但是磷石膏中的杂质会阻碍半水石膏的水化,影响磷石膏制品的性能。除此之外,磷石膏还存在耐水性差和强度低的缺点,软化系数通常只有0.25左右,且受潮后磷石膏制品的强度会进一步下降,一定程度上限制了磷石膏制品的推广使用。针对磷石膏抹灰砂浆的耐水性能增强研究尤为重要。因此,研究通过磷石膏预处理工艺得到改性磷石膏,研究水胶比和减水剂掺量对改性磷石膏抹灰砂浆物理性能、力学性能和耐水性能的影响,并通过引入有机硅防水剂来进一步改善磷石膏抹灰砂浆的耐水性能,以期能够最大程度地降低吸水率,提高软化系数,促进磷石膏抹灰砂浆的推广及应用。

2.2保水增稠材料对环氧黏接砂浆性能的影响

与天然细骨料河砂相比，再生细骨料颗粒不仅棱角多、表面粗糙，且其孔隙率大、吸水性强。因此，采用再生细骨料制备的干混砂浆相对于普通砂浆而言其保水性常达不到工程需求，此时再生细骨料干混砂浆更依赖于可以提高砂浆保水性能的外加剂。保水增稠剂被广泛应用于干混砂浆中，用于调节砂浆的稠度、保水性等，减少砂浆泌水及水分散失，提高砂浆的可操作性。其中，纤维素醚和淀粉醚是干混砂浆中最为常见的保水增稠材料。纤维素醚对砂浆具有较好的保水增稠作用，然而由于纤维素醚还会产生引气效果，这将会增加硬化浆体的孔隙率，降低密实性，从而导致强度降低。淀粉醚对砂浆的增稠效果良好，且其无引气特性，但保持性能较差。若适当将纤维素醚和淀粉醚配合使用，可达到二者优势互补的效果，产生较好的协同效应，是保水增稠材料研究发展的方向。通过分析，随着纤维素醚与改性淀粉醚材料的增加，砂浆的稠度均先增大后减小，且二者均在掺量为0.10%时稠度达到最大值，说明在一定的掺量情况下改性淀粉酶可以替代纤维素醚作为保水增稠材料，改善砂浆的性能；随钠基膨润土掺量的增加，砂浆的稠度变化不大，说明钠基膨润土在较小掺量下即可表现出较好的增稠能力。

2.3改性环氧黏接砂浆的防水性能

环氧黏接砂浆为多孔结构材料，其抗折强度较低、干燥收缩大、抗裂性较差。尤其是对于海工混凝土来说，海水中含有的无机盐离子如氯离子等侵入砂浆与混凝土结构内部后会造成结构破坏。因此，防水砂浆及混凝土的耐久性逐渐成为研究热点。避免海工构筑物受损的一个重要方法就是防止有害离子通过水作媒介对材料产生影响。国内主要通过在混凝土表面外涂防水卷材、防水涂料等方式进行保护，所用涂料主要包括环氧树脂、改性沥青、苯丙乳胶、复合改性材料等。此外，还通过向混凝土中掺入微集料如粉煤灰和改变制备手段等方式进行了保护实验。目前，包括有机硅在内的大部分防水材料均通过作用于环氧黏接砂浆表面而发挥防水效果。但通过将有机硅掺入砂浆内部制备改性环氧黏接砂浆的研究却很少。将硅烷作为外掺料直接加入砂浆中，与砂浆硬化后涂覆或浸渍硅烷，两者的疏水效果有很大不同。直接向环氧黏接砂浆中掺入一定量丙基三甲氧基硅烷制得有机硅改性环氧黏接砂浆，并与未添加有机硅的环氧黏接砂浆进行了性能对比，添加适量能够提高环氧黏接砂浆的防水性能。当质量分数为4%时，环氧黏接砂浆试件在养护3d、7d和28d时的折压比分别为0.2747、0.2590和0.2264，对水的接触角为55°，浸水20min时的吸水率为6.37%，抗渗压力为2.7MPa。

2.4改性环氧黏接砂浆抗氯离子渗透性能

水泥基材料存在韧性差、易开裂、耐久性差等缺陷，往往内部会出现微裂缝以及孔隙。当电力结构处于盐碱等恶劣自然环境下，氯离子通过孔隙和裂缝渗透其中，导致内部钢筋锈蚀，电力性能劣化，给后期维护造成了巨大的经济损失。部分学者通过掺入纤维，来改善水泥基材料韧性差、易开裂等缺陷，但没有改变其微观结构，无法从根本上解决内部微裂纹的产生。因此寻找新的掺和料来改性水泥基材料，提升其抗氯离子渗透性能十分有必要。掺入适量的GO，可以有效降低环氧黏接砂浆试件6h内的电通量值和氯离子侵蚀深度。当GO掺量为0.06%（质量分数）时最显著，相较于对照组，电通量值和氯离子侵蚀深度分别减小了34.5%和27.2%，有效改善了环氧黏接砂浆抗氯离子渗透性能。长期氯盐浸泡60d、120d后，不同深度处的自由氯离子浓度，随着GO掺量的增加，呈现先减小后增加的趋势。以0~5mm处为例，当掺量为0.06%（质量分数）时自由氯离子浓度最低，相较于对照组，分别降低了28.4%和15.3%。另外，相同GO掺量下不同深度处的自由氯离子浓度总体随着浸泡时间的增加而增加。GO的掺入有效降低了环氧黏接砂浆的表观氯离子扩散系数，当掺量为0.06%（质量分数）时，比对照组降低了32.3%；电通量值与表观氯离子扩散系数之间存在良好的线性关系。通过SEM分析，发现适量GO的掺入有效调节了水化产物的形状，填充了孔隙裂缝，使砂浆内部结构更加密实，从而提升了环氧黏接砂浆的抗氯离子渗透性能。

结语

总之，通过分析发现。灰砂比主要影响环氧砂浆的致密性，对其抗压强度、抗折强度的影响不明显，但高灰砂比将降低环氧砂浆的黏接性能。固化剂主要通过改变环氧树脂交联密度来影响环氧砂浆整体性能，因此增加聚酰胺型固化剂掺量将提升环氧砂浆的脆性，降低其抗折性能。

参考文献

[1]杨凯,杨永,李欣媛,等.碱矿渣胶结材低温水化行为与早期微观结构[J].电力材料学报,2020,23(5):993-1000+1015.

[2]张祥,贾振,相政乐,等.海管配重涂层修补用环氧砂浆研究[J].热固性树脂,2021,36(2):34-37.