Úvod
Epoxidové pryskyřice se díky své vynikající přilnavosti, mechanickým vlastnostem a chemické odolnosti proti korozi široce používají v oblasti zpevňování a oprav staveb. Epoxidová pryskyřice se používá zejména k injektování trhlin a opravám povrchů při sanaci betonových konstrukcí, čímž účinně obnovuje jejich celistvost a trvanlivost. Čistá epoxidová pryskyřice však během procesu vytvrzování a v zahřátém prostředí prochází určitou změnou délky. Pokud se její koeficient tepelné roztažnosti výrazně liší od koeficientu betonového podkladu, je pravděpodobné, že při teplotních změnách vznikne na rozhraní vnitřní napětí, což dále povede k odlepení nebo sekundárnímu praskání a v konečném důsledku ovlivní účinnost opravy a dlouhodobou stabilitu [1].
Pro zlepšení rozměrové stability epoxidových pryskyřic se do pryskyřičné matrice často přidávají anorganická plniva, která snižují jejich koeficient tepelné roztažnosti. Skleněné kuličky, jako duté, lehké anorganické plnivo o velikosti v řádu mikrometrů, se vyznačují nízkým koeficientem tepelné roztažnosti, vysokou měrnou pevností a dobrou tekutostí [2]. Mohou nejen snížit koeficient tepelné roztažnosti kompozitního materiálu, ale do určité míry také vlastní hmotnost opravného materiálu, což je činí praktickými i ekonomickými.
Vzorky použité v tomto experimentu byly epoxidové pryskyřice určené k opravám trhlin ve stavebních konstrukcích, s fenolamidem jako vytvrzovacím činidlem, doplněné kardanolom (C) a diethylentriaminem (D) za účelem vytvoření kompozitního systému urychlovačů vytvrzování (obrázek 1). Přidáním skleněných kuliček (GB) s různými hmotnostními podíly (0 %, 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2 %) do pryskyřice (poměr přidání se počítá jako procento hmotnosti epoxidové pryskyřice) byl zkoumán vliv jejich obsahu na průměrný koeficient tepelné roztažnosti epoxidové pryskyřice. Jako zkušební přístroj byl v tomto experimentu použit termomechanický analyzátor NETZSCH TMA 402 F1 (vybavený nerezovou pecí).
Experimentální podmínky
Podmínky měření jsou podrobně uvedeny v tabulce 1.
Tabulka 1: Experimentální podmínky
| Přístroj | TMA 402 F1 Hyperion® |
| Velikost vzorku | Kvádr, přibližně 10 mm × 10 mm x 25 mm |
| Rychlost ohřevu | 5 K/min |
| Statická síla | 50 mN |
| Držák vzorku | Držák z taveného křemene pro kompresní zkoušky |
| Teplotní rozsah | -50 – 150 °C |
| Atmosféra | Inertní plyn (70 ml/min) |
Výsledky měření a diskuze
Obrázek 2 znázorňuje křivky dL/L0 z druhého měření u vzorků vytvrzené epoxidové pryskyřice s různým obsahem GB. Tabulka 2 shrnuje teplotu skelného přechodu (Tg) a střední koeficient tepelné roztažnosti (mCTE) jednotlivých vzorků v různých teplotních rozsazích.
Jak je patrné z tabulky 2,Tg epoxidové pryskyřice s rostoucím obsahem GB mírně klesá. Referenční vzorek (1#) vykazujeTg 60,8 °C; při 2,0 % GB dosahujeTg hodnoty 57,9 °C, což představuje pokles o 2,9 °C. Tento nepatrný pokles je připisován narušení síťové struktury a zvýšenému volnému objemu na rozhraní [3], stejně jako stopovým množstvím vlhkosti a zbytkovým aditivům, které nepatrně brzdí vytvrzování [4].
Tabulka 2:Tg a mCTE vzorků epoxidové pryskyřice s různým obsahem GB
| Číslo vzorku | Obsah skleněných kuliček (hm.-%) | 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 |
Ve skelném stavu (–40 °C až 0 °C) se mCTE snižuje z 84,49 × 10⁻⁶ K⁻¹ na 81,29 × 10⁻⁶ K⁻¹ s rostoucím obsahem GB z 0 na 2,0 %, což odpovídá snížení o 3,8 %. To naznačuje, že tuhé GB omezují tepelnou roztažnost i tehdy, když je matrice podTg. V gumovitém stavu (100 °C až 150 °C) vykazuje čistý epoxid mCTE 202,65 × 10⁻⁶ K⁻¹ (≈ 2,4násobek hodnoty ve skelném stavu). Přidání 2,0 % GB tuto hodnotu snižuje na 192,42 × 10⁻⁶ K⁻¹ (snížení o 5,1 %), což potvrzuje výraznější omezující účinek v gumovitém stavu.
V celém zkoumaném teplotním rozsahu mCTE negativně koreluje s obsahem GB, což je v souladu s literárními poznatky [5].
Závěr
Na základě výsledků zkoušek vzorků získaných pomocí přístroje TMA 402 F1 lze přesně charakterizovat tepelné chování kompozitů. Přidání skleněných kuliček významně snižuje koeficient tepelné roztažnosti epoxidové pryskyřice, zlepšuje tepelné přizpůsobení betonovým podkladům a snižuje riziko odlepení a vzniku trhlin vyvolaných teplotními změnami, čímž poskytuje experimentální základ pro optimalizaci složení materiálů určených k opravám betonu.