摘要： 本文主要探讨了固化剂的掺量、存贮时间及环境因素对环氧树脂砂浆性能的影响，研究结果表明，固化剂掺量为30份/100份环氧树脂时，环氧树脂砂浆早期强度发展很快，3d抗折强度为7.2MPa，抗压强度为24.4MPa；后期强度发展稍慢，90d抗压强度为53.1MPa。固化剂掺量为10份/100份环氧树脂时，后期强度很大，90d抗压强度为96.9MPa，但早期强度发展较慢，固化时间长。40℃下环氧树脂砂浆固化迅速，3d抗折强度即高于12.5MPa，抗压强度可达48.1MPa。
关键词：T31固化剂，环氧树脂砂浆，修补材料
中图分类号：U418；TU58
Investigation on the Effect of Curing Agent on the Properties of Repairing Material of Epoxy Resin Mortar
Abstract: The effect of the dosage of curing agent, storage time and curing conditions on the properties of epoxy resin mortar has been investigated. When the dosage of curing agent is 30 curing agent /100 epoxy resin, the epoxy resin mortar gets higher early strength. Compression strength and flexile strength at 3 days are 24.4MPa and 7.2MPa, respectively. However, the long age strength is relatively lower, with 53.1MPa of compression strength at 90 days. When the dosage of curing agent is 10 curing agent/100 epoxy resin, the epoxy resin mortar has been of lower early strength but higher long age strength, with 96.9MPa of compression strength at 90 days. When the epoxy resin mortar cured at 40℃, higher early strength is achieved, the flexile strength at 3 days is higher than 12.5MPa and the compression strength is 48.1MPa.
Key words: curing agent; epoxy resin mortar; repairing materials
1 引言
环氧树脂是一种分子中含有两个以上环氧基的化合物总称，有时也称为环氧低聚物，品种有：双酚Ａ型环氧树脂、阻燃溴化环氧树脂、酚醛型环氧树脂和脂环族环氧树脂等[1]。随着更多产品的开发，环氧树脂的需求量也逐年增大，应用前景广阔。然而环氧树脂必须与固化剂反应以生成三向立体结构才具有实用价值，固化剂的结构与品质将直接影响环氧树脂的应用效果。
T31固化剂(结构式如图1[2])是一种改性多元胺类的环氧树脂固化剂，它是由苯酚、甲醛、二乙烯三胺经曼尼希(Mannich)反应缩合而来，具有较强的憎水性，能在0℃左右的低温下固化环氧树脂，也可以在相对湿度大于90%或水下固化环氧树脂，有耐腐蚀、抗渗透性好、固化速度快、粘接强度高、操作使用方便及价格较低等特点，是船舶，酸、碱、盐类容器、地下油气管线、矿井设备等的防腐、防水工程用低温高温和水下施工补漏作业及进行化工设备和管道堵漏抢修时理想的固化剂，也是我国目前产量最大的固化剂[2]。与其他种类固化剂相比，T31固化剂是无毒等级的固化剂，应用安全，固化收缩率小[3]，其技术指标见表1[4]。 
2 固化机理
以E-44环氧树脂为例，T31固化剂与环氧树脂的固化机理如下：
第一步，由固化剂中的伯胺上的活泼氢与环氧基反应生成仲胺：
其中K为环氧树脂中环氧基的质量分数，％。得出其与E-44环氧树脂的理论的配合比为100:(22.92~28.29)。
鉴于环氧树脂砂浆体系中T31固化剂和树脂的最佳配比这一问题还需进一步探讨，笔者进行了一系列的实验工作，探讨固化剂的合理掺量及对环氧树脂砂浆修补材料性能的影响。
3 实验结果和讨论
3.1 固化剂对环氧树脂砂浆固化时间及强度发展的影响
T31固化剂与环氧树脂、增塑剂、水泥和砂按设计配比混合均匀后，用40mm×40mm×160 mm三联模成型砂浆试件，T31固化剂的用量分别为10、15、20、25和30份，试件在标准水泥混凝土养护室中养护，养护条件为20±2℃和80%RH，参照GB/T1346-2001测试砂浆的固化时间，并在龄期为3d、7d、28d和90d时测定试件的抗折强度和抗压强度。
固化剂的用量对环氧树脂砂浆固化时间及强度发展的影响见表2。由表2中数据可知，随着固化剂使用量的减少，环氧树脂砂浆的固化时间延长，在实际使用中带来的问题也越多。因此，10份和15份固化剂掺量的配比只适合用在有特殊需要的行业。
随着养护时间的延长，环氧树脂砂浆的强度持续增长，使用20份固化剂时，3d的抗折强度是3.3MPa，抗压强度是16.3MPa，7d的抗折强度已经超过抗折强度测定仪的最大量程，即抗折强度大于12.5MPa，抗压强度为45.6MPa。
养护至90d时，使用10份固化剂的环氧树脂砂浆强度最高，达到96MPa，这与理论计算中固化剂完全固化环氧树脂时所需的16.4～23.5份/100份环氧树脂不相符，说明在实际使用中，当固化剂使用量较少时，在第三步固化反应中，反应物与生成物中的羟基与环氧基的反应就会相对比较多，甚至很可能占主导地位，而且由于醚键的诱导效应，环氧基上的氧原子有较多的负电荷，末端碳原子上则有较多的正电荷，因此它可以被叔胺开环，而引起阴离子加成聚合反应，最后生成三向交联巨大分子[7]，导致体系早期强度发展缓慢，但后期强度非常大。
掺入30份固化剂的环氧树脂砂浆早期强度发展得非常快，但7d后其强度几乎没有增长，笔者认为这可能是由于早期固化剂的量比较充足，固化反应的进程相当快，并随着反应的进行放出大量的热，这些热无法在短时间内转移，最终导致树脂内部烧焦、表面发泡，造成其固化后的强度较小。
3.2 固化剂的存贮时间对环氧树脂砂浆固化时间及强度发展的影响
一般来说，T31固化剂的保质期是1年，随着存贮时间的延长，其性能会有所变化，因此本研究中分别采用新鲜的、存放时间为6m和存放时间为12m的T31固化剂进行试验。试验中用20份T31固化剂与环氧树脂、增塑剂、水泥和砂按设计配比混合均匀，用40mm× 40mm×160mm的三联模成型砂浆试件，在标准水泥混凝土养护室中养护，测定砂浆的固化时间，并在龄期为3d、7d、28d和90d时测定试件的抗折和抗压强度。
固化剂的存贮时间对环氧树脂砂浆固化时间及强度发展的影响见表3。由表3中的数据可知，当T31固化剂存贮时间在6m之内时不影响环氧树脂砂浆的固化过程及强度的发展，但固化剂存贮时间为12m时，强度发展缓慢。这可能是因为放置12m后伯胺上的活泼氢的活性降低而导致的，但由于活泼氢的数量并没有减少，所以存放12m的T31固化剂并不影响环氧树脂砂浆的长期强度。 
3.3 不同环境下固化剂对环氧树脂砂浆固化时间及强度发展的影响
选用20份T31固化剂与环氧树脂、增塑剂、水泥和砂按设计配比混合均匀，用40mm× 40mm×160mm的三联模成型砂浆试件，养护条件分别为放置在室外(见表4)、标准水泥混凝土养护室及40℃的烘箱内，测定砂浆的固化时间，并在龄期为3d、7d、28d和90d时测定试件的抗折和抗压强度。不同环境条件下固化剂对环氧树脂砂浆固化时间及强度发展的影响见表5。 
无论哪种固化剂其固化的环氧树脂砂浆产物对环境条件的变化都非常敏感，T31固化剂虽然在这方面与同类材料相比性能出众，但环境条件对其固化过程的影响也较大。由表5的数据可知，在40℃的烘箱内养护时强度发展得最快，3d的抗折强度即可超过12.5MPa，抗压强度达到了48.1MPa，但其长期强度不高，这应该是较高的温度促进了固化反应。而在室外养护的试样刚好相反，其早期强度发展缓慢，长期强度很高。
4 结论
(1) 当养护条件为20±2℃和80%RH，T31固化剂掺量为30份/100份环氧树脂时，环氧树脂砂浆早期强度发展很快，3d抗折强度为7.2MPa，抗压强度为24.4MPa；后期强度偏小，90d抗压强度为53.1MPa，适用于需要快硬快凝的工程。
(2) 当养护条件为20±2℃和80%RH，T31固化剂掺量为10份/100份环氧树脂时，后期强度很大，90d抗压强度可达96.9MPa；但早期强度发展较慢，3d还没有完全固化，适用于需要后期强度很大且施工时间宽裕的工程。
(3) T31固化剂存放半年后使用并不影响环氧树脂砂浆的固化物整体强度。
(4) T31固化剂在固化环氧树脂砂浆过程中，环境条件的变化对环氧树脂砂浆性能的影响很大，当环氧树脂砂浆处于高温(40℃)下，其固化迅速，3d抗折强度即可超过12.5MPa，抗压强度为48.1MPa，但长期强度不高，90d抗压强度为61.3MPa，适用于需快硬的工程；处于低温下时，其固化较缓慢，适用于需要后期强度很大且施工时间宽裕的工程。
(5) T31固化剂在实际工程使用中必须根据施工的要求、环境的因素及固化剂的储存时间综合考虑固化剂的用量，不能照搬经验或理论用量。
