Introducere
Rășinile epoxidice sunt utilizate pe scară largă în domeniul consolidării și reparării clădirilor datorită aderenței excelente, proprietăților mecanice și rezistenței la coroziune chimică. În special, rășina epoxidică este utilizată pentru umplerea fisurilor și repararea suprafețelor în cadrul restaurării structurilor din beton, restabilind în mod eficient integritatea și durabilitatea acestora. Cu toate acestea, rășina epoxidică pură suferă o anumită modificare a lungimii în timpul procesului de întărire și în medii încălzite. Dacă coeficientul său de dilatare termică diferă semnificativ de cel al substratului de beton, este probabil ca la interfață să se genereze tensiuni interne în timpul schimbărilor de temperatură, ceea ce va duce la dezlipire sau la apariția de fisuri secundare și, în cele din urmă, va afecta eficacitatea reparației și stabilitatea pe termen lung [1].
Pentru a îmbunătăți stabilitatea dimensională a rășinilor epoxidice, se introduc adesea umpluturi anorganice în matricea de rășină pentru a reduce coeficientul lor de dilatare termică. Fiind un material de umplutură anorganic, gol la interior, ușor și de dimensiuni micronice, bilele de sticlă prezintă un coeficient de dilatare termică redus, o rezistență specifică ridicată și o fluiditate bună [2]. Acestea nu numai că pot reduce coeficientul de dilatare termică al materialului compozit, ci și greutatea proprie a materialului de reparare într-o anumită măsură, ceea ce le face atât practice, cât și economice.
Probele utilizate în acest experiment au fost rășini epoxidice folosite pentru repararea fisurilor din clădiri, având amida fenolică ca agent de întărire, completată cu cardanol (C) și dietilentriamină (D) pentru a forma un sistem compozit de accelerare a întăririi (Figura 1). Prin adăugarea de bile de sticlă (GB) cu diferite fracții de masă (0%, 0,5%, 1%, 1,5%, 2%) la rășină (raportul de adăugare este calculat ca procent din masa rășinii epoxidice), s-a studiat influența conținutului acestora asupra coeficientului mediu de dilatare termică al rășinii epoxidice. Instrumentul de testare utilizat în acest experiment a fost un analizor termomecanic TMA 402 F1 de la NETZSCH (echipat cu un cuptor din oțel inoxidabil).
Condiții experimentale
Condițiile de măsurare sunt prezentate în detaliu în Tabelul 1.
Tabelul 1: Condiții experimentale
| Instrument | TMA 402 F1 Hyperion® |
| Dimensiunea eșantionului | Paralelipiped, aprox. 10 mm x 10 mm x 25 mm |
| Viteza de încălzire | 5 K/min |
| Forță statică | 50 mN |
| Suport pentru probă | Suport de compresie din siliciu topit |
| Interval de temperatură | -50 – 150 °C |
| Atmosferă | Gaz inert (70 ml/min) |
Rezultatele măsurătorilor și discuții
Figura 2 prezintă curbele dL/L0 obținute în a doua serie de măsurători pentru probele de rășină epoxidică întărită cu conținuturi diferite de GB. Tabelul 2 prezintă temperatura de tranziție vitroasă (Tg) și coeficientul mediu de dilatare termică (mCTE) pentru fiecare probă în diferite intervale de temperatură.
După cum se arată în Tabelul 2,Tg-ul rășinii epoxidice scade ușor odată cu creșterea conținutului de GB. Proba martor (1#) prezintă unTg de 60,8 °C; la 2,0 % GB,Tg-ul ajunge la 57,9 °C, o reducere de 2,9 °C. Această scădere marginală este atribuită perturbării rețelei de reticulare și creșterii volumului liber la interfață [3], precum și umidității reziduale și aditivilor reziduali care inhibă marginal întărirea [4].
Tabelul 2:Tg și mCTE ale probelor de rășină epoxidică cu conținut diferit de GB
| Nr. probă | Conținut de bile de sticlă (% din greutate) | 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 |
În starea vitroasă (de la -40 °C la 0 °C), mCTE scade de la 84,49 × 10⁻⁶ K⁻¹ la 81,29 × 10⁻⁶ K⁻¹ pe măsură ce conținutul de GB crește de la 0 la 2,0 %, ceea ce corespunde unei reduceri de 3,8 %. Acest lucru indică faptul că GB-urile rigide limitează dilatarea termică chiar și atunci când matricea se află subTg. În starea cauciucată (de la 100 °C la 150 °C), epoxidul pur prezintă un mCTE de 202,65 × 10⁻⁶ K⁻¹ (≈ de 2,4 ori valoarea din starea vitroasă). Adăugarea a 2,0 % GB reduce această valoare la 192,42 ×10⁻⁶ K⁻¹ (o reducere de 5,1 %), confirmând un efect de restricție mai pronunțat în starea cauciucată.
În întregul interval de temperatură studiat, mCTE se corelează negativ cu conținutul de GB, în concordanță cu constatările din literatura de specialitate [5].
Concluzie
Pe baza rezultatelor testelor pe eșantioane obținute cu aparatul TMA 402 F1 , comportamentul termic al compozitelor poate fi caracterizat cu precizie. Adăugarea de bile de sticlă reduce semnificativ coeficientul de dilatare termică al rășinii epoxidice, îmbunătățește compatibilitatea termică cu substraturile din beton și diminuează riscul de dezlipire și fisurare indus de schimbările de temperatură, oferind o bază experimentală pentru optimizarea formulării materialelor de reparare a betonului.