Inleiding
Epoxyharsen worden op grote schaal toegepast op het gebied van bouwversterking en -herstel vanwege hun uitstekende hechting, mechanische eigenschappen en chemische corrosiebestendigheid. Epoxyhars wordt met name gebruikt voor het opvullen van scheuren en het herstellen van oppervlakken bij de restauratie van betonconstructies, waardoor de integriteit en duurzaamheid ervan effectief worden hersteld. Zuivere epoxyhars ondergaat echter een zekere mate van lengteverandering tijdens het uithardingsproces en in verwarmde omgevingen. Als de thermische uitzettingscoëfficiënt sterk afwijkt van die van de betonnen ondergrond, ontstaat er bij temperatuurschommelingen waarschijnlijk interne spanning op het grensvlak, wat vervolgens kan leiden tot loslating of secundaire scheurvorming en uiteindelijk het reparatieresultaat en de stabiliteit op lange termijn aantast [1].
Om de maatvastheid van epoxyharsen te verbeteren, worden vaak anorganische vulstoffen aan de harsmatrix toegevoegd om de thermische uitzettingscoëfficiënt ervan te verlagen. Als holle, lichtgewicht anorganische vulstof op micronniveau hebben glasparels een lage thermische uitzettingscoëfficiënt, een hoge specifieke sterkte en een goede vloeibaarheid [2]. Ze kunnen niet alleen de thermische uitzettingscoëfficiënt van het composietmateriaal verlagen, maar tot op zekere hoogte ook het eigen gewicht van het reparatiemateriaal, waardoor ze zowel praktisch als economisch zijn.
De monsters die in dit experiment werden gebruikt, waren epoxyharsen die worden toegepast voor het repareren van scheuren in gebouwen, met fenolamide als uithardingsmiddel, aangevuld met cardanol (C) en diethyleentriamine (D) om een samengesteld uithardingsversnellingssysteem te vormen (Figuur 1). Door glasparels (GB) met verschillende massafactoren (0%, 0,5%, 1%, 1,5%, 2%) aan de hars toe te voegen (de toevoerverhouding wordt berekend als het percentage van de massa van de epoxyhars), werd de invloed van het gehalte ervan op de gemiddelde thermische uitzettingscoëfficiënt van de epoxyhars onderzocht. Het testinstrument dat in dit experiment werd gebruikt, was een thermomechanische analysator van NETZSCH TMA 402 F1 (uitgerust met een roestvrijstalen oven).
Experimentele omstandigheden
De meetomstandigheden worden in tabel 1 nader beschreven.
Tabel 1: Experimentele omstandigheden
| Instrument | TMA 402- F1 Hyperion® |
| Afmetingen van het monster | Rechthoekig blok, ca. 10 mm x 10 mm x 25 mm |
| Verwarmingssnelheid | 5 K/min |
| Statische kracht | 50 mN |
| Monsterhouder | Compressiehouder van gesmolten silica |
| Temperatuurbereik | -50 – 150 °C |
| Atmosfeer | Inert gas (70 ml/min) |
Meetresultaten en bespreking
Figuur 2 toont de dL/L0-curves van de tweede meting van de uitgeharde epoxyharsmonsters met verschillende GB-gehaltes. Tabel 2 geeft een overzicht van de glasovergangstemperatuur (Tg) en de gemiddelde thermische uitzettingscoëfficiënt (mCTE) van elk monster in verschillende temperatuurbereiken.
Zoals te zien is in tabel 2, neemt deTg van de epoxyhars licht af naarmate het GB-gehalte toeneemt. Het blanco monster (1#) vertoont eenTg van 60,8 °C; bij 2,0 % GB bedraagt deTg 57,9 °C, een afname van 2,9 °C. Deze marginale daling wordt toegeschreven aan de verstoring van het verknopingsnetwerk en het toegenomen vrije volume aan het grensvlak [3], evenals aan sporen van vocht en resterende additieven die de uitharding in geringe mate remmen [4].
Tabel 2:Tg en mCTE van epoxyharsmonsters met verschillende GB-gehaltes
| Monster nr. | Glasparelgehalte (gew.-%) | 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 |
In de glasachtige toestand (-40 °C tot 0 °C) daalt de mCTE van 84,49 × 10⁻⁶ K⁻¹ naar 81,29 × 10⁻⁶ K⁻¹ naarmate het GB-gehalte toeneemt van 0 tot 2,0%, wat overeenkomt met een afname van 3,8%. Dit geeft aan dat stijve GB’s de thermische uitzetting beperken, zelfs wanneer de matrix onder deTg ligt. In de rubberachtige toestand (100 °C tot 150 °C) vertoont de zuivere epoxy een mCTE van 202,65 × 10⁻⁶ K⁻¹ (≈ 2,4 keer de waarde in de glasachtige toestand). De toevoeging van 2,0 % GB verlaagt deze waarde tot 192,42 × 10⁻⁶ K⁻¹ (een afname van 5,1 %), wat een sterker beperkend effect in de rubberachtige toestand bevestigt.
Over het onderzochte temperatuurbereik correleert de mCTE negatief met het GB-gehalte, wat overeenkomt met bevindingen in de literatuur [5].
Conclusie
Op basis van de testresultaten van de monsters die zijn verkregen met de TMA 402- F1 , kan het thermische gedrag van de composietmaterialen nauwkeurig worden gekarakteriseerd. De toevoeging van glasparels vermindert de thermische uitzettingscoëfficiënt van epoxyhars aanzienlijk, verbetert de thermische aanpassing aan betonnen ondergronden en verlaagt het risico op loslaten en scheurvorming als gevolg van temperatuurschommelingen, waardoor een experimentele basis wordt geboden voor de optimalisatie van de samenstelling van betonherstelmaterialen.