Indledning
Epoxyharpikser har fundet bred anvendelse inden for forstærkning og reparation af bygninger på grund af deres fremragende vedhæftning, mekaniske egenskaber og kemiske korrosionsbestandighed. Epoxyharpiks anvendes især til fugning af revner og overfladereparationer ved restaurering af betonkonstruktioner, hvor den effektivt genopretter deres integritet og holdbarhed. Ren epoxyharpiks gennemgår dog en vis længdeændring under hærdningsprocessen og i opvarmede omgivelser. Hvis dens termiske udvidelseskoefficient adskiller sig væsentligt fra betonsubstratets, vil der sandsynligvis opstå indre spændinger ved grænsefladen under temperaturændringer, hvilket yderligere vil føre til AfbindingAfbinding er et af de vigtigste produktionstrin i den keramiske og pulvermetallurgiske industri. Det refererer til den termiske eller katalytiske fjernelse af tilsætningsstoffer, der bruges i trin før produktion som f.eks. støbning.afbinding eller sekundær revnedannelse og i sidste ende påvirke reparationseffekten og den langsigtede stabilitet [1].
For at forbedre epoxyharpiksers dimensionsstabilitet tilsættes der ofte uorganiske fyldstoffer til harpiksmatricen for at reducere dens termiske udvidelseskoefficient. Som et hult, let uorganisk fyldstof i mikrometerstørrelse har glasperler en lav termisk ekspansionskoefficient, høj specifik styrke og god flydeevne [2]. De kan ikke blot reducere kompositmaterialets termiske ekspansionskoefficient, men også reparationsmaterialets egenvægt i et vist omfang, hvilket gør dem både praktiske og økonomiske.
De prøver, der blev anvendt i dette eksperiment, var epoxyharpikser, der anvendes til reparation af revner i bygningskonstruktioner, med phenolamid som hærdemiddel, suppleret med cardanol (C) og diethylentriamin (D) for at danne et sammensat hærdemidelssystem (figur 1). Ved at tilsætte glasperler (GB) med forskellige massefraktioner (0 %, 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2 %) til harpiksen (tilsætningsforholdet beregnes som procentdelen af epoxyharpiksens masse) undersøgtes indholdets indflydelse på epoxyharpiksens gennemsnitlige termiske udvidelseskoefficient. Det testinstrument, der blev anvendt i dette eksperiment, var en termomekanisk analysator (TMA) af typen NETZSCH TMA 402 F1 (udstyret med en ovn af rustfrit stål).
Forsøgsbetingelser
Målebetingelserne er beskrevet i tabel 1.
Tabel 1: Forsøgsbetingelser
| Instrument | TMA 402- F1 Hyperion® |
| Prøvestørrelse | Kasseformet, ca. 10 mm x 10 mm x 25 mm |
| Opvarmningshastighed | 5 K/min |
| Statisk kraft | 50 mN |
| Prøveholder | Kompressionsholder af smeltet silica |
| Temperaturområde | -50 - 150 °C |
| Atmosfære | Inert gas (70 ml/min) |
Måleresultater og diskussion
Figur 2 viser dL/L0-kurverne fra den anden måling for de hærdede epoxyharpiksprøver med forskellige GB-indhold. Tabel 2 opsummerer glasovergangstemperaturen (Tg) og den gennemsnitlige termiske udvidelseskoefficient (mCTE) for hver prøve i forskellige temperaturområder.
Som det fremgår af tabel 2, falderTg for epoxyharpiksen en smule i takt med stigende GB-indhold. Kontrolprøven (1#) har enTg på 60,8 °C; ved 2,0 % GB nårTg 57,9 °C, hvilket er et fald på 2,9 °C. Dette marginale fald tilskrives forstyrrelsen af det tværbundne netværk og det øgede frie volumen ved grænsefladen [3] samt spor af fugt og resterende tilsætningsstoffer, der i ringe grad hæmmer hærdningen [4].
Tabel 2:Tg og mCTE for epoxyharpiksprøver med forskellige GB-indhold
| Prøvenr. | Indhold af glasperler (vægt-%) | 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 |
I den glasagtige tilstand (-40 °C til 0 °C) falder mCTE fra 84,49 × 10⁻⁶ K⁻¹ til 81,29 × 10⁻⁶ K⁻¹ i takt med, at GB-indholdet stiger fra 0 til 2,0 %, hvilket svarer til et fald på 3,8 %. Dette indikerer, at stive GB'er begrænser den termiske udvidelse, selv når matricen er underTg. I den gummiagtige tilstand (100 °C til 150 °C) udviser den rene epoxy en mCTE på 202,65 × 10⁻⁶ K⁻¹ (≈ 2,4 gange værdien i den glasagtige tilstand). Tilsætning af 2,0 % GB reducerer denne værdi til 192,42 × 10⁻⁶ K⁻¹ (5,1 % reduktion), hvilket bekræfter en mere udtalt begrænsende effekt i den gummiagtige tilstand.
På tværs af det undersøgte temperaturområde korrelerer mCTE negativt med GB-indholdet, hvilket stemmer overens med resultaterne i litteraturen [5].
Konklusion
På baggrund af prøveundersøgelsesresultaterne fra TMA 402- F1 en kan kompositmaterialernes termiske adfærd karakteriseres præcist. Tilsætningen af glasperler reducerer epoxyharpiksens termiske udvidelseskoefficient betydeligt, forbedrer den termiske tilpasning til betonunderlag og mindsker risikoen for AfbindingAfbinding er et af de vigtigste produktionstrin i den keramiske og pulvermetallurgiske industri. Det refererer til den termiske eller katalytiske fjernelse af tilsætningsstoffer, der bruges i trin før produktion som f.eks. støbning.afbinding og revnedannelse forårsaget af temperaturændringer, hvilket giver et eksperimentelt grundlag for optimering af sammensætningen af betonreparationsmaterialer.