Bevezetés
Az epoxigyantákat kiváló tapadási tulajdonságaik, mechanikai jellemzőik és kémiai korrózióállóságuk miatt széles körben alkalmazzák az épületek megerősítésének és javításának területén. Az epoxigyantát különösen a betonépítmények helyreállításakor használják repedések kitöltésére és felületi javításra, hatékonyan helyreállítva azok integritását és tartósságát. A tiszta epoxigyanta azonban a kikeményedési folyamat során és meleg környezetben bizonyos mértékű hosszúságváltozáson megy keresztül. Ha hőtágulási együtthatója jelentősen eltér a beton aljzatétól, hőmérséklet-változások során belső feszültség alakulhat ki a két anyag közötti határfelületen, ami további leváláshoz vagy másodlagos repedések kialakulásához vezethet, és végső soron rontja a javítás hatékonyságát és a hosszú távú stabilitást [1].
Az epoxigyanták méretbeli stabilitásának javítása érdekében gyakran szervetlen töltőanyagokat kevernek a gyantamátrixba, hogy csökkentsék azok hőtágulási együtthatóját. Üveggyöngyök, mint üreges, könnyű, mikronméretű szervetlen töltőanyagok, alacsony hőtágulási együtthatóval, nagy fajlagos szilárdsággal és jó folyékonysággal rendelkeznek [2]. Nemcsak a kompozit anyag hőtágulási együtthatóját csökkentik, hanem bizonyos mértékben a javítóanyag saját súlyát is, ami praktikus és gazdaságos megoldás.
A kísérletben használt minták épületi repedések javítására szolgáló epoxigyanták voltak, amelyek keményítőjeként fenol-amidot használtak, kiegészítve kardanollal (C) és dietilén-triaminnal (D), így kompozit keményedésgyorsító rendszert alkotva (1. ábra). Különböző tömegarányú (0%, 0,5%, 1%, 1,5%, 2%) üveggyöngyök (GB) hozzáadásával a gyantához (a hozzáadási arányt az epoxigyanta tömegének százalékában számítottuk), vizsgálták azok tartalmának hatását az epoxigyanta átlagos hőtágulási együtthatójára. A kísérletben használt mérőműszer egy NETZSCH TMA 402 F1 termomechanikai analizátor volt (rozsdamentes acél kemencével felszerelve).
Kísérleti feltételek
A mérési feltételeket az 1. táblázat tartalmazza.
1. táblázat: Kísérleti feltételek
| Mérőműszer | TMA 402 F1 Hyperion® |
| Minta mérete | Téglatest, kb. 10 mm x 10 mm x 25 mm |
| Fűtési sebesség | 5 K/perc |
| Statikus erő | 50 mN |
| Mintatartó | Olvasztott szilícium-dioxid présfogó |
| Hőmérséklet-tartomány | –50 – 150 °C |
| Légkör | Inert gáz (70 ml/min) |
Mérési eredmények és elemzés
A 2. ábra a különböző GB-tartalmú, kikeményedett epoxigyanta-minták második futású dL/L0 görbéit mutatja. A 2. táblázat összefoglalja az egyes minták üvegesedési hőmérsékletét (Tg) és átlagos hőtágulási együtthatóját (mCTE) különböző hőmérsékleti tartományokban.
Amint a 2. táblázatból kitűnik, az epoxigyantaTg-értéke a GB-tartalom növekedésével enyhén csökken. A kontrollminta (1#)Tg-értéke 60,8 °C; 2,0 %-os GB-tartalom mellett aTg-érték 57,9 °C-ra csökken, ami 2,9 °C-os csökkenést jelent. Ez a csekély csökkenés a térhálós hálózat felbomlásának és a határfelületen megnövekedett szabad térfogatnak [3], valamint a kikeményedést csekély mértékben gátló nyomnyi nedvességnek és maradék adalékanyagoknak tulajdonítható [4].
2. táblázat: Különböző GB-tartalmú epoxigyanta-mintákTg-értéke és mCTE-értéke
| Minta száma | Üveggyöngy-tartalom (tömegszázalék) | 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 |
Üvegszerű állapotban (-40 °C és 0 °C között) az mCTE 84,49 × 10⁻⁶ K⁻¹-ről 81,29 × 10⁻⁶ K⁻¹-re csökken, ahogy a GB-tartalom 0-ról 2,0%-ra nő, ami 3,8%-os csökkenést jelent. Ez arra utal, hogy a merev GB-k akkor is korlátozzák a hőtágulást, ha a mátrix hőmérséklete aTg alatt van. Gumiszerű állapotban (100 °C és 150 °C között) a tiszta epoxi mCTE-je 202,65 × 10⁻⁶ K⁻¹ (≈ 2,4-szerese az üvegszerű értéknek). 2,0 % GB hozzáadása ezt az értéket 192,42 × 10⁻⁶ K⁻¹-re csökkenti (5,1 %-os csökkenés), ami megerősíti a gumiszerű állapotban jelentkező, kifejezettebb korlátozó hatást.
A vizsgált hőmérsékleti tartományban az mCTE negatív korrelációt mutat a GB-tartalommal, ami összhangban áll a szakirodalomban szereplő eredményekkel [5].
Következtetés
A TMA 402 F1 segítségével kapott mintavizsgálati eredmények alapján a kompozitok hőviselkedése pontosan jellemezhető. Az üveggyöngyök hozzáadása jelentősen csökkenti az epoxigyanta hőtágulási együtthatóját, javítja a beton aljzatokkal való hőmérsékleti illeszkedést, és csökkenti a hőmérséklet-változások által kiváltott leválás és repedés kockázatát, így kísérleti alapot biztosít a betonjavító anyagok összetételének optimalizálásához.