Εισαγωγή
Οι εποξειδικές ρητίνες χρησιμοποιούνται ευρέως στον τομέα της ενίσχυσης και της επισκευής κτιρίων, χάρη στην εξαιρετική πρόσφυση, τις μηχανικές ιδιότητες και την αντοχή τους στη χημική διάβρωση. Συγκεκριμένα, η εποξειδική ρητίνη χρησιμοποιείται για την πλήρωση ρωγμών και την επιφανειακή αποκατάσταση κατά την αναστήλωση κατασκευών από σκυρόδεμα, αποκαθιστώντας αποτελεσματικά την ακεραιότητα και την αντοχή τους. Ωστόσο, η καθαρή εποξειδική ρητίνη υφίσταται μια ορισμένη μεταβολή στο μήκος της κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σκλήρυνσης και σε θερμαινόμενα περιβάλλοντα. Εάν ο συντελεστής θερμικής διαστολής της διαφέρει σημαντικά από αυτόν του υποστρώματος από σκυρόδεμα, είναι πιθανό να δημιουργηθούν εσωτερικές τάσεις στη διεπαφή κατά τη διάρκεια των μεταβολών της θερμοκρασίας, γεγονός που θα οδηγήσει περαιτέρω σε αποκόλληση ή δευτερογενείς ρωγμές και, τελικά, θα επηρεάσει το αποτέλεσμα της επισκευής και τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα [1].
Για τη βελτίωση της διαστασιακής σταθερότητας των εποξειδικών ρητινών, συχνά εισάγονται ανόργανα πληρωτικά στην μήτρα της ρητίνης, προκειμένου να μειωθεί ο συντελεστής θερμικής διαστολής τους. Ως κοίλα, ελαφριά ανόργανα πληρωτικά μεγέθους μικρών, οι γυάλινες σφαιρίδες διαθέτουν χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής, υψηλή ειδική αντοχή και καλή ρευστότητα [2]. Όχι μόνο μπορούν να μειώσουν τον συντελεστή θερμικής διαστολής του σύνθετου υλικού, αλλά και το ίδιο το βάρος του υλικού επισκευής σε κάποιο βαθμό, καθιστώντας τα τόσο πρακτικά όσο και οικονομικά.
Τα δείγματα που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το πείραμα ήταν εποξειδικές ρητίνες που χρησιμοποιούνται για την επισκευή ρωγμών σε κτίρια, με φαινολικό αμίδιο ως παράγοντα σκλήρυνσης, συμπληρωμένες με καρδανολό (C) και διαιθυλενοτριαμίνη (D) για να σχηματίσουν ένα σύνθετο σύστημα επιταχυντή σκλήρυνσης (Εικόνα 1). Με την προσθήκη γυάλινων σφαιριδίων (GB) με διαφορετικά κλάσματα μάζας (0%, 0,5%, 1%, 1,5%, 2%) στη ρητίνη (η αναλογία προσθήκης υπολογίζεται ως ποσοστό της μάζας της εποξειδικής ρητίνης), μελετήθηκε η επίδραση της περιεκτικότητάς τους στον μέσο συντελεστή θερμικής διαστολής της εποξειδικής ρητίνης. Το όργανο δοκιμών που χρησιμοποιήθηκε σε αυτό το πείραμα ήταν ένας θερμομηχανικός αναλυτής TMA 402 της εταιρείας NETZSCH F1 (εξοπλισμένος με κλίβανο από ανοξείδωτο χάλυβα).
Πειραματικές συνθήκες
Οι συνθήκες μέτρησης περιγράφονται λεπτομερώς στον Πίνακα 1.
Πίνακας 1: Πειραματικές συνθήκες
| Όργανο | TMA 402 F1 Hyperion® |
| Μέγεθος δείγματος | Παραλληλεπίπεδο, περίπου 10 mm x 10 mm x 25 mm |
| Ρυθμός θέρμανσης | 5 K/min |
| Στατική δύναμη | 50 mN |
| Βάση δείγματος | Βάση συμπίεσης από τήκτο πυρίτιο |
| Εύρος θερμοκρασίας | -50 - 150 °C |
| Ατμόσφαιρα | Αδρανές αέριο (70 ml/min) |
Αποτελέσματα μετρήσεων και συζήτηση
Το Σχήμα 2 παρουσιάζει τις καμπύλες dL/L0 δεύτερης μέτρησης των δειγμάτων σκληρυμένης εποξειδικής ρητίνης με διαφορετικές περιεκτικότητες σε GB. Ο Πίνακας 2 συνοψίζει τη θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης (Tg) και τον μέσο συντελεστή θερμικής διαστολής (mCTE) κάθε δείγματος σε διαφορετικά θερμοκρασιακά εύρη.
Όπως φαίνεται στον Πίνακα 2, ηTg της εποξειδικής ρητίνης μειώνεται ελαφρώς με την αύξηση της περιεκτικότητας σε GB. Το δείγμα αναφοράς (1#) παρουσιάζειTg 60,8 °C· με 2,0 % GB, ηTg φτάνει τους 57,9 °C, δηλαδή μια μείωση κατά 2,9 °C. Αυτή η οριακή μείωση αποδίδεται στη διαταραχή του δικτύου διασταυρώσεων και στον αυξημένο ελεύθερο όγκο στη διεπαφή [3], καθώς και σε ίχνη υγρασίας και υπολείμματα προσθέτων που αναστέλλουν οριακά τη σκλήρυνση [4].
Πίνακας 2:Tg και mCTE δειγμάτων εποξειδικής ρητίνης με διαφορετικές περιεκτικότητες σε GB
| Αριθμός δείγματος | Περιεκτικότητα σε γυάλινες χάντρες (wt-%) | 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 |
Στην υαλώδη κατάσταση (από -40 °C έως 0 °C), ο mCTE μειώνεται από 84,49 × 10⁻⁶ K⁻¹ σε 81,29 × 10⁻⁶ K⁻¹ καθώς η περιεκτικότητα σε GB αυξάνεται από 0 σε 2,0%, κάτι που αντιστοιχεί σε μείωση κατά 3,8%. Αυτό υποδηλώνει ότι τα άκαμπτα GB περιορίζουν τη θερμική διαστολή ακόμη και όταν η μήτρα βρίσκεται κάτω από τοTg. Στην ελαστική κατάσταση (100 °C έως 150 °C), η καθαρή εποξική ρητίνη παρουσιάζει mCTE 202,65 × 10⁻⁶ K⁻¹ (≈ 2,4 φορές την τιμή της υαλώδους κατάστασης). Η προσθήκη 2,0 % GB μειώνει αυτή την τιμή σε 192,42 ×10⁻⁶ K⁻¹ (μείωση 5,1 %), επιβεβαιώνοντας ένα πιο έντονο φαινόμενο περιορισμού στην ελαστική κατάσταση.
Σε όλο το εύρος θερμοκρασιών που μελετήθηκε, ο mCTE παρουσιάζει αρνητική συσχέτιση με την περιεκτικότητα σε GB, κάτι που συνάδει με τα ευρήματα της βιβλιογραφίας [5].
Συμπέρασμα
Με βάση τα αποτελέσματα των δοκιμών δειγμάτων που ελήφθησαν με το TMA 402 F1 , η θερμική συμπεριφορά των σύνθετων υλικών μπορεί να χαρακτηριστεί με ακρίβεια. Η προσθήκη γυάλινων σφαιριδίων μειώνει σημαντικά τον συντελεστή θερμικής διαστολής της εποξειδικής ρητίνης, βελτιώνει τη θερμική προσαρμογή με τα υποστρώματα από σκυρόδεμα και μειώνει τον κίνδυνο αποκόλλησης και ρωγμάτωσης που προκαλούνται από τις μεταβολές της θερμοκρασίας, παρέχοντας μια πειραματική βάση για τη βελτιστοποίηση της σύνθεσης των υλικών επισκευής σκυροδέματος.