林春紅，溫建峰，彭建偉，汪志勇，唐潔，姚佳楠，余志武

（1.中鐵四局安徽中鐵工程材料科技有限公司，安徽 合肥 230041；2.高速鐵路建造技術(shù)國(guó)家工程研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410075）

傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂為油性環(huán)氧樹脂，都含揮發(fā)性有機(jī)物，存在一定毒性。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)以及環(huán)保政策的限制，環(huán)氧樹脂材料正向水性化方向發(fā)展。水性環(huán)氧樹脂不僅保留了油性環(huán)氧樹脂的優(yōu)異性能，還具有綠色無(wú)污染、操作性強(qiáng)、適用性佳以及安全性好等特有優(yōu)勢(shì)[1-4]。然而，水性環(huán)氧樹脂材料是一種以水為分散介質(zhì)的乳液，相比常用有機(jī)溶劑，水是一種高比熱容的材料，揮發(fā)困難，導(dǎo)致水性環(huán)氧樹脂存在固化時(shí)間長(zhǎng)、收縮率大等缺陷，難以單獨(dú)應(yīng)用于混凝土細(xì)微裂縫修補(bǔ)領(lǐng)域[5]。

為解決水性環(huán)氧樹脂材料應(yīng)用于混凝土細(xì)微裂縫修補(bǔ)領(lǐng)域存在的缺陷，本文選用吸水樹脂來(lái)改性水性環(huán)氧樹脂。通過(guò)吸水樹脂的吸水作用，吸附水性環(huán)氧樹脂體系中的水，不僅可以提高環(huán)氧樹脂與固化劑的反應(yīng)速率，縮短固化時(shí)間，還能解決水分揮發(fā)造成體積收縮的缺陷。另外，本研究還選用環(huán)氧樹脂（E20）和聚乙二醇（PEG6000）為包覆材料，將吸水樹脂膠囊化[6-8]，以降低吸水樹脂的早期吸水速率，確保改性后的水性環(huán)氧樹脂在修補(bǔ)施工時(shí)具有足夠的可操作時(shí)間。基于上述研究思路，本文系統(tǒng)研究了膠囊化吸水樹脂的包覆工藝對(duì)延長(zhǎng)可操作時(shí)間的影響，以及對(duì)水性環(huán)氧樹脂的固化時(shí)間、收縮率、力學(xué)性能和可操作性等的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 主要原材料和儀器設(shè)備

（1）原材料

高分子吸水樹脂：低交聯(lián)型聚丙烯酸鈉，鈉離子含量為24.5%，含水量8%～10%；交聯(lián)劑：粒度200～400目，可信化工；雙酚A型環(huán)氧樹脂（E20）：CYD011，環(huán)氧值450～500g/mol，廣州市偉晟化工有限公司；聚乙二醇（PEG6000）：江蘇省海安石油化工廠；乙醇：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；水性環(huán)氧樹脂乳液：2340W，固含量56%，黏度287 mPa·s；水性環(huán)氧固化劑：2100W，固含量44%，湛新樹脂。

（2）主要儀器設(shè)備

旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)：NDJ-8S型，邦西儀器科技有限公司；電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：Byes2010型，邦億精密量?jī)x有限公司；電子分析天平：BBA124S型，濟(jì)南歐萊博科學(xué)儀器有限公司；電動(dòng)攪拌器：GZ型，常州市億能實(shí)驗(yàn)儀器廠。

1.2 樣品制備

（2）膠囊化吸水樹脂改性水性環(huán)氧樹脂的制備：將水性環(huán)氧樹脂與水性環(huán)氧固化劑按質(zhì)量比100∶133，配制成均一固化體系后，加入一定量的膠囊化吸水樹脂顆粒，制得膠囊化吸水樹脂改性水性環(huán)氧樹脂。

1.3 測(cè)試與表征

樹脂黏度：采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，按GB/T 2794—2013《膠粘劑黏度的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試。將膠囊化吸水樹脂與水性環(huán)氧樹脂按照質(zhì)量比1∶50的配制成樹脂溶液，通過(guò)測(cè)試混合后樹脂溶液不同時(shí)間點(diǎn)的黏度來(lái)表征所制備膠囊化吸水樹脂的延遲吸水效果；樹脂拉伸、抗壓強(qiáng)度：按JC/T 1041—2007《混凝土裂縫用環(huán)氧樹脂灌漿材料》制備試件，參照GB/T 2567—2008《樹脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試；樹脂粘結(jié)強(qiáng)度按JC/T 1041—2007進(jìn)行測(cè)試；樹脂收縮率：按GB/T 13354—1992《液態(tài)膠黏劑密度的測(cè)定方法》和GB/T 1033.1—2008《塑料 非泡沫塑料密度的測(cè)定》，通過(guò)分別測(cè)試液態(tài)樹脂密度和成型硬化物密度，經(jīng)計(jì)算得出。

2 結(jié)果與討論

2.1 膠囊化吸水樹脂性能的影響因素分析

2.1.1 包覆材料中E20與PEG6000質(zhì)量比對(duì)膠囊化吸水樹脂分散性和延遲吸水效果的影響

E20是一種非水溶性材料，作為主要包覆材料，主要起早期隔絕吸水樹脂與水接觸的效果。PEG6000是一種水溶性材料，且具有較好的成膜性和水溶液分散性，作為次要包覆材料，主要起提供包覆層中水滲透通道的作用，并調(diào)節(jié)膠囊化吸水樹脂顆粒在水溶液中的分散性。

為獲得具有較好延遲吸水效果和分散性的膠囊化吸水樹脂顆粒，需協(xié)調(diào)好E20與PEG6000的質(zhì)量配比。設(shè)定延遲吸水樹脂中包覆材料的質(zhì)量百分比為25%，包覆液中溶劑乙醇的質(zhì)量百分比為80%，包覆溫度為50℃，將E20與PEG6000按不同質(zhì)量比制備的膠囊化吸水樹脂材料，加入未加固化劑的水性環(huán)氧樹脂乳液中，兩者質(zhì)量比為1∶50，采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)試混合液在不同時(shí)間點(diǎn)黏度的變化。同時(shí)，觀察加入水性環(huán)氧固化劑后水性環(huán)氧樹脂固化物切面中膠囊化吸水樹脂的分散性，并以未包覆的吸水樹脂材料作為對(duì)比樣，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 E20與PEG6000質(zhì)量比對(duì)膠囊化吸水樹脂顆粒性能的影響

從表1可以看出：未進(jìn)行包覆改性的吸水性樹脂吸水速率過(guò)快，加入水性環(huán)氧樹脂2 min后體系黏度急劇增大，無(wú)延遲吸水效果；采用E20與PEG6000包覆材料對(duì)吸水樹脂進(jìn)行包覆處理后，包覆過(guò)的吸水樹脂材料對(duì)乳液黏度的影響明顯低于未包覆的吸水樹脂，說(shuō)明吸水樹脂包覆后，早期吸水速率得到了明顯降低。分析E20與PEG6000不同質(zhì)量比時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)m（E20）∶m（PEG6000）=3∶1時(shí)，膠囊化吸水樹脂顆粒不僅具有較好的顆粒分散性，前20 min幾乎不吸水；當(dāng)m（E20）∶m（PEG6000）＞3∶1時(shí)，膠囊化吸水樹脂的延遲吸水時(shí)間得到延長(zhǎng)，但吸水樹脂顆粒在水性環(huán)氧樹脂乳液中不穩(wěn)定，沉降在樹脂固化物底部。當(dāng)m（E20）∶m（PEG6000）=3∶1時(shí)，膠囊化吸水樹脂具有最佳的分散性和延遲吸水效果。

2.1.2 包覆材料用量對(duì)膠囊化吸水樹脂延遲吸水效果的影響

固定m（E20）∶m（PEG6000）=3∶1（下同），包覆液中溶劑乙醇的質(zhì)量百分比為80%，包覆溫度為50℃（下同）。按照1.2膠囊化吸水樹脂的制備方法，調(diào)整包覆材料與吸水樹脂的質(zhì)量配比，包覆材料用量為膠囊化吸水樹脂質(zhì)量的17%～67%，將制備的不同膠囊化樹脂加入未加固化劑的水性環(huán)氧樹脂乳液中，兩者質(zhì)量比為1∶50，測(cè)試不同時(shí)間點(diǎn)混合液的黏度變化，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

三篇不同文體的文章，在三位老師的巧妙構(gòu)思之下，形成了三篇“循體而教”的教學(xué)思路。這種遵循文體特性的教學(xué)思路，徹底顛覆了我們以往的教學(xué)認(rèn)知！透過(guò)這幾個(gè)教學(xué)片段的賞析，我們或許可以得到一些啟示：“文無(wú)體不立”，文體是語(yǔ)文不可忽略的內(nèi)容，教師一定要從文體創(chuàng)作的獨(dú)特規(guī)律出發(fā)，開掘出適合這一文體獨(dú)特的教學(xué)內(nèi)容，在目標(biāo)制定、策略選擇上都應(yīng)該盡可能地契合這一文體的基本特征。如果站在文體角度去教語(yǔ)文，將有利于突顯文本的核心價(jià)值；有利于改進(jìn)教師的教學(xué)理念；有利于提升學(xué)生的語(yǔ)文素養(yǎng)。因“文”制宜，才能教得“準(zhǔn)確”；循“體”而教，才能教得“輕松”；遵循“文體”特點(diǎn)，才能教出語(yǔ)文本色！

由圖1可見，延遲吸水樹脂中包覆材料用量越大，其延遲吸水效果越好，但當(dāng)包覆材料用量≥50%時(shí)，乳液黏度增長(zhǎng)存在后期趨穩(wěn)的現(xiàn)象。這是由于包覆材料具有一定的剛性，當(dāng)包覆材料用量≥50%時(shí)，樹脂顆粒吸水后產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力無(wú)法撐破包覆層，限制了吸水樹脂的吸水行為。

2.1.3 包覆溫度對(duì)膠囊化吸水樹脂延遲吸水效果的影響

固定膠囊化吸水樹脂中包覆材料用量為25%（下同），包覆液中溶劑乙醇的質(zhì)量百分比為80%。通過(guò)測(cè)試不同包覆溫度時(shí)膠囊化吸水樹脂與未加固化劑的水性環(huán)氧樹脂乳液（兩者質(zhì)量比為1∶50）的黏度，考察不同包覆溫度對(duì)延遲性吸水樹脂性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

從圖2（a）可以看出，包覆溫度越高，膠囊化吸水樹脂的延遲吸水效果越好。從圖2（b）的趨勢(shì)可以看出，當(dāng)溫度達(dá)到50℃時(shí)，延遲吸水效果增大趨勢(shì)趨緩。這是由于溫度越低，包覆液的黏度越大，有機(jī)溶劑揮發(fā)越困難，溶劑在未完全揮發(fā)時(shí)，包覆液逐漸趨向凝固，溶劑滯留在包覆層中，隨著溶劑的逐漸揮發(fā)，最后形成孔洞，不利于膠囊化吸水樹脂的延遲吸水特性。

2.1.4 乙醇用量對(duì)膠囊化吸水樹脂延遲吸水效果的影響

固定包覆溫度為50℃，在包覆材料中調(diào)整乙醇用量制備不同的膠囊化吸水樹脂，將其加入到未加固化劑的水性環(huán)氧樹脂乳液中，兩者質(zhì)量比為1∶50，測(cè)試不同時(shí)間點(diǎn)混合液的黏度變化，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

從圖3（a）可以看出，溶劑乙醇用量對(duì)體系黏度影響較大，隨著乙醇用量的增加，膠囊化吸水樹脂的延遲吸水效果呈增大的趨勢(shì)。從圖3（b）可以看出，當(dāng)乙醇用量超過(guò)80%時(shí)，膠囊化吸水樹脂的延遲吸水效果幾乎無(wú)變化。這是由于，溶劑乙醇用量增加，體系黏度降低，包覆均勻，效果好，延遲吸水效果增大；但當(dāng)乙醇用量超過(guò)80%時(shí)，體系黏度已經(jīng)很低，黏度對(duì)包覆效果的影響變小，所以溶劑乙醇用量為80%和90%時(shí)，對(duì)膠囊化吸水樹脂延遲吸水的效果相當(dāng)。

2.2 膠囊化吸水樹脂用量對(duì)水性環(huán)氧樹脂性能的影響

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選膠囊化吸水樹脂中包覆材料占比為25%，包覆液中溶劑乙醇的質(zhì)量百分比為80%，m（E20）∶m（PEG6000）=3∶1，包覆溫度為50℃，在該條件下制備膠囊化吸水樹脂顆粒，并按照1.2膠囊化吸水樹脂改性水性環(huán)氧樹脂制備方法，調(diào)整膠囊化吸水樹脂用量（按占水性環(huán)氧樹脂的質(zhì)量百比計(jì)）制備改性水性環(huán)氧樹脂，通過(guò)測(cè)試不同膠囊化吸水樹脂用量時(shí)改性水性環(huán)氧樹脂固化劑體系在不同時(shí)間點(diǎn)的黏度、不同條件下養(yǎng)護(hù)28 d時(shí)固化物的力學(xué)性能和收縮率等，考察膠囊化吸水樹脂用量對(duì)水性環(huán)氧樹脂性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖4和表2。其中抗壓強(qiáng)度試件尺寸為2 cm×2 cm×2 cm，粘結(jié)強(qiáng)度試件為“8”字型。

表2 膠囊化吸水樹脂用量對(duì)不同條件下養(yǎng)護(hù)28 d水性環(huán)氧樹脂固化物性能的影響

從圖4（a）的可以看出，水性環(huán)氧樹脂中加入膠囊化吸水樹脂可加速水性環(huán)氧樹脂固化速率，膠囊化吸水樹脂用量越大，固化速度越快。從圖4（b）可以看出，隨著膠囊化吸水樹脂用量的增加，樹脂固化速度加快的趨勢(shì)逐漸趨緩。

從表2可以看出，未添加膠囊化吸水樹脂的水性環(huán)氧樹脂固化體系（1#），抗壓強(qiáng)度達(dá)62.3 MPa，但收縮率達(dá)43.5%，（見圖5），粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試時(shí)試件上的樹脂固化物與砂漿試塊發(fā)生脫離，無(wú)法測(cè)得粘結(jié)強(qiáng)度。從密閉容器內(nèi)養(yǎng)護(hù)試件的測(cè)試數(shù)據(jù)分析可知，隨著膠囊化吸水樹脂用量的增加，樹脂固化物的力學(xué)性能逐漸提高，且收縮率逐漸減??；而標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，隨著膠囊化吸水樹脂用量的增加，水性環(huán)氧樹脂固化物的抗壓強(qiáng)度呈先降低后提高，拉伸強(qiáng)度與粘結(jié)強(qiáng)度逐漸提高，收縮率逐漸減小。另外，當(dāng)膠囊化吸水樹脂用量大于4%時(shí)，環(huán)氧樹脂固化物的各項(xiàng)性能變化趨緩；當(dāng)用量為4%時(shí)，在密閉容器內(nèi)養(yǎng)護(hù)28 d的環(huán)氧樹脂固化物抗壓強(qiáng)度達(dá)30.9 MPa，拉伸強(qiáng)度為14.5 MPa，粘結(jié)強(qiáng)度為2.1 MPa，收縮率為0.5%，具備一定的工程應(yīng)用條件。

3 結(jié)論

（1）經(jīng)膠囊化處理的吸水樹脂，對(duì)水性環(huán)氧樹脂乳液早期黏度影響較小，表明吸水樹脂的早期吸水能力得到了有效抑制。當(dāng)膠囊化吸水樹脂中包覆材料占比為25%，包覆材料的m（E20）∶m（PEG6000）=3∶1，包覆液中溶劑乙醇的質(zhì)量百分比為80%，包覆溫度為50℃時(shí)，所制備的膠囊化吸水樹脂顆粒具有較佳的延遲吸水能力。

（2）膠囊化吸水樹脂改性水性環(huán)氧樹脂，不僅保留了水性環(huán)氧樹脂的低黏度以及可灌性強(qiáng)的特性，而且還可有效解決水性環(huán)氧樹脂應(yīng)用于混凝土裂縫修補(bǔ)時(shí)，存在的固化時(shí)間長(zhǎng)以及收縮率大的技術(shù)難題。