Въведение
Епоксидните смоли се използват широко в областта на укрепването и ремонта на сгради благодарение на отличната си адхезия, механичните си свойства и устойчивостта си срещу химическа корозия. По-конкретно, епоксидната смола се използва за запълване на пукнатини и повърхностен ремонт при възстановяването на бетонни конструкции, като ефективно възстановява тяхната цялост и дълготрайност. Чистата епоксидна смола обаче претърпява известна промяна в дължината си по време на процеса на втвърдяване и в нагряти среди. Ако коефициентът ѝ на топлинно разширение се различава значително от този на бетонната основа, при температурни промени е вероятно да възникне вътрешно напрежение на границата на съединението, което по-нататък ще доведе до отлепване или вторично напукване и в крайна сметка ще повлияе на ефекта от ремонта и дългосрочната стабилност [1].
За да се подобри размерната стабилност на епоксидните смоли, често в матрицата на смолата се въвеждат неорганични пълнители, с цел да се намали техният коефициент на термично разширение. Като кухи, леки неорганични пълнители с размер от порядъка на микрони, стъклените перли се отличават с нисък коефициент на термично разширение, висока специфична якост и добра течливост [2]. Те не само могат да намалят коефициента на термично разширение на композитния материал, но и до известна степен собственото тегло на ремонтния материал, което ги прави едновременно практични и икономични.
Пробите, използвани в този експеримент, бяха епоксидни смоли, предназначени за ремонтиране на пукнатини в сгради, с феноламид като втвърдител, допълнен с карданол (C) и диетилентриамин (D) за образуване на композитна система за ускоряване на втвърдяването (Фигура 1). Чрез добавяне на стъклени перли (GB) с различни масови фракции (0%, 0,5%, 1%, 1,5%, 2%) към смолата (съотношението на добавяне се изчислява като процент от масата на епоксидната смола), беше проучено влиянието на съдържанието им върху средния коефициент на термично разширение на епоксидната смола. Използваният в този експеримент изпитвателен уред беше термомеханичен анализатор „ NETZSCH “ TMA 402 F1 (оборудван с пещ от неръждаема стомана).
Експериментални условия
Условията за измерване са подробно описани в таблица 1.
Таблица 1: Експериментални условия
| Уред | TMA 402 F1 Hyperion® |
| Размер на пробата | Кубоид, приблизително 10 mm x 10 mm x 25 mm |
| Скорост на нагряване | 5 K/min |
| Статична сила | 50 mN |
| Държач за проби | Държач за компресия от стопено кварцово стъкло |
| Температурен диапазон | -50 – 150 °C |
| Атмосфера | Инертен газ (70 мл/мин) |
Резултати от измерванията и обсъждане
На фигура 2 са показани кривите dL/L0 от втория цикъл на втвърдените проби от епоксидна смола с различно съдържание на GB. В таблица 2 са обобщени температурата на стъкляване (Tg) и средният коефициент на термично разширение (mCTE) на всяка проба в различни температурни диапазони.
Както е показано в Таблица 2,Tg на епоксидната смола леко намалява с увеличаване на съдържанието на GB. Контролната проба (1#) показваTg от 60,8 °C; при 2,0 % GBTg достига 57,9 °C, което представлява намаление с 2,9 °C. Този незначителен спад се дължи на нарушаването на мрежата от кръстосани връзки и увеличения свободен обем на границата на раздела [3], както и на следи от влага и остатъчни добавки, които незначително забавят втвърдяването [4].
Таблица 2:Tg и mCTE на проби от епоксидна смола с различно съдържание на GB
| № на пробата | Съдържание на стъклени перли (тегл.-%) | Tg (°C) | mCTE (10⁻⁶ 1/K) | |
| -40 – 0 °C | 100 – 150 °C | |||
| 1 | 0 | 60,8 | 84,49 | 202,65 |
| 2 | 0,5 | 60,1 | 82,58 | 202,27 |
| 3 | 1,0 | 59,8 | 82,43 | 200,14 |
| 4 | 1,5 | 58,3 | 81,47 | 194,05 |
| 5 | 2,0 | 57,9 | 81,29 | 192,42 |
В стъкловидно състояние (от -40 °C до 0 °C) mCTE намалява от 84,49 × 10⁻⁶ K⁻¹ до 81,29 × 10⁻⁶ K⁻¹ с увеличаването на съдържанието на GB от 0 до 2,0%, което съответства на намаление от 3,8%. Това показва, че твърдите GB ограничават термичното разширение дори когато матрицата е подTg. В каучукообразно състояние (от 100 °C до 150 °C) чистата епоксидна смола показва mCTE от 202,65 × 10⁻⁶ K⁻¹ (≈ 2,4 пъти стойността в стъкловидно състояние). Добавянето на 2,0 % гранични фази намалява тази стойност до 192,42 × 10⁻⁶ K⁻¹ (5,1 % намаление), което потвърждава по-изразен ограничаващ ефект в каучукоподобното състояние.
В целия изследван температурен диапазон mCTE корелира отрицателно със съдържанието на GB, което е в съответствие с данните от литературата [5].
Заключение
Въз основа на резултатите от изпитванията на пробите, получени с TMA 402 F1 , термичното поведение на композитите може да бъде точно охарактеризирано. Добавянето на стъклени перли значително намалява коефициента на термично разширение на епоксидната смола, подобрява термичното съгласуване с бетонните основи и намалява риска от отлепване и напукване, предизвикани от температурни промени, като предоставя експериментална основа за оптимизиране на състава на материалите за ремонт на бетон.