Inledning
Epoxihartser har använts i stor utsträckning inom förstärkning och reparation av byggnader tack vare sin utmärkta vidhäftning, sina mekaniska egenskaper och sin kemiska korrosionsbeständighet. I synnerhet används epoxiharts för sprickfyllning och ytreparation vid restaurering av betongkonstruktioner, vilket effektivt återställer deras integritet och hållbarhet. Rent epoxiharts genomgår dock en viss längdförändring under härdningsprocessen och i uppvärmda miljöer. Om dess värmeutvidgningskoefficient skiljer sig avsevärt från betongunderlagets är det sannolikt att inre spänningar uppstår vid gränssnittet vid temperaturförändringar, vilket i sin tur leder till avskiljning eller sekundär sprickbildning och slutligen påverkar reparationsresultatet och den långsiktiga stabiliteten [1].
För att förbättra epoxihartsernas dimensionsstabilitet tillsätts ofta oorganiska fyllmedel i hartsmatrisen för att sänka deras termiska expansionskoefficient. Som ett ihåligt, lätt oorganiskt fyllmedel i mikrometerstorlek kännetecknas glaspärlor av låg termisk expansionskoefficient, hög specifik hållfasthet och god flytbarhet [2]. De kan inte bara minska kompositmaterialets termiska expansionskoefficient, utan också reparationsmaterialets egenvikt i viss utsträckning, vilket gör dem både praktiska och ekonomiska.
De prover som användes i detta experiment var epoxihartser avsedda för reparation av sprickor i byggnader, med fenolamid som härdare, kompletterat med kardanol (C) och dietylentriamin (D) för att bilda ett sammansatt härdningsacceleratorsystem (Figur 1). Genom att tillsätta glaspärlor (GB) med olika massfraktioner (0 %, 0,5 %, 1 %, 1,5 %, 2 %) till hartset (tillsatsförhållandet beräknas som procentandel av epoxihartsets massa) undersöktes hur dess halt påverkar epoxihartsets genomsnittliga termiska expansionskoefficient. Den mätutrustning som användes i detta experiment var en termomekanisk analysator av typen TMA 402 F1 från NETZSCH (utrustad med en ugn i rostfritt stål).
Försöksförhållanden
Mätförhållandena beskrivs i detalj i tabell 1.
Tabell 1: Försöksförhållanden
| Instrument | TMA 402 F1 Hyperion® |
| Provstorlek | Kubformad, ca 10 mm × 10 mm x 25 mm |
| Uppvärmningshastighet | 5 K/min |
| Statisk kraft | 50 mN |
| Provhållare | Kompressionshållare av smält kvarts |
| Temperaturområde | -50–150 °C |
| Atmosfär | Inerta gaser (70 ml/min) |
Mätresultat och diskussion
Figur 2 visar dL/L0-kurvorna från det andra mätomgången för de härdade epoxihartsproverna med olika GB-halter. Tabell 2 sammanfattar glasövergångstemperaturen (Tg) och den genomsnittliga värmeutvidgningskoefficienten (mCTE) för varje prov inom olika temperaturintervall.
Som framgår av tabell 2 minskarTg för epoxihartset något med ökande GB-halt. Kontrollprovet (1#) uppvisar enTg på 60,8 °C; vid 2,0 % GB nårTg 57,9 °C, vilket motsvarar en minskning med 2,9 °C. Denna marginella minskning tillskrivs störningar i tvärbindningsnätverket och ökad fri volym vid gränsskiktet [3], samt spår av fukt och kvarvarande tillsatser som i viss utsträckning hämmar härdningen [4].
Tabell 2:Tg och mCTE för epoxihartsprov med olika GB-halter
| Provnr. | Glaspärlinnehåll (vikt-%) | 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 det glasartade tillståndet (-40 °C till 0 °C) minskar mCTE från 84,49 × 10⁻⁶ K⁻¹ till 81,29 × 10⁻⁶ K⁻¹ när GB-halten ökar från 0 till 2,0 %, vilket motsvarar en minskning på 3,8 %. Detta tyder på att styva glasfibrer begränsar den termiska expansionen även när matrisen befinner sig underTg. I det gummiartade tillståndet (100 °C till 150 °C) uppvisar den rena epoxin ett mCTE på 202,65 × 10⁻⁶ K⁻¹ (≈ 2,4 gånger det glasartade värdet). Tillsatsen av 2,0 % GB minskar detta värde till 192,42 × 10⁻⁶ K⁻¹ (5,1 % minskning), vilket bekräftar en mer uttalad begränsningseffekt i det gummiaktiga tillståndet.
Inom det undersökta temperaturintervallet korrelerar mCTE negativt med GB-halten, vilket stämmer överens med resultaten i litteraturen [5].
Slutsats
Utifrån provningsresultaten som erhållits med TMA 402- F1 en kan kompositernas termiska beteende karakteriseras med hög precision. Tillsatsen av glaspärlor minskar epoxihartsets värmeutvidgningskoefficient avsevärt, förbättrar den termiska anpassningen till betongunderlag och minskar risken för avskiljning och sprickbildning orsakad av temperaturförändringar, vilket ger en experimentell grund för optimering av sammansättningen av betongreparationsmaterial.