摘要：

通過(guò)在CW環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料漿液中加入2種不同結(jié)構(gòu)的非離子表面活性劑炔屬二醇，制備了2種改性環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料，并開(kāi)展了黏度、表面張力、接觸角、滲透性和漿材固化物力學(xué)強(qiáng)度的研究。結(jié)果表明:加入表面活性劑對(duì)漿液的黏度、漿材固結(jié)體抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度無(wú)明顯影響，但可以提高漿材的粘接強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，降低漿液的表面張力和接觸角，提高漿液在黏土中滲透性。其中，加入表面活性劑S1對(duì)漿液的粘接強(qiáng)度、拉伸剪切強(qiáng)度和在黏土中的浸潤(rùn)滲透高度提升更為顯著，分別提高了23.6%、37.5%和109.4%。基于以上試驗(yàn)，初步探討了表面活性劑提高漿液滲透性的機(jī)理。

環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料自20世紀(jì)50年代問(wèn)世以來(lái),因其具有力學(xué)強(qiáng)度高、耐久性好、可灌性(滲透性)好等優(yōu)點(diǎn)，已成為水利工程混凝土裂縫修補(bǔ)和基礎(chǔ)防滲補(bǔ)強(qiáng)中應(yīng)用最多的化學(xué)灌漿材料[1]。在環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料工程實(shí)踐取得成功的同時(shí),眾多學(xué)者開(kāi)展了漿液可灌性(滲透性)的研究,通常認(rèn)為漿液黏度越小,可灌性(滲透性)就越好,因此黏度被認(rèn)為是影響漿液可灌性(滲透性)的主要因素。而事實(shí)上除了黏度，漿液的表面張力和對(duì)被灌介質(zhì)的接觸角也是影響滲透性的主要因素，漿液對(duì)被灌介質(zhì)的滲透性取決于漿液對(duì)被灌介質(zhì)表面的浸潤(rùn)能力[2]。任克昌教授提出了測(cè)試環(huán)氧漿液親和力的方法，通過(guò)研究環(huán)氧漿液在低滲性軟弱不良地質(zhì)體中的吸滲現(xiàn)象，建立了考慮吸滲機(jī)制的化學(xué)灌漿理論計(jì)算方法[3-4]。魏濤等[5-8]開(kāi)展了環(huán)氧漿液的黏度、表面張力、接觸角時(shí)變性試驗(yàn)研究，深入探討了漿液親和力隨時(shí)間的變化規(guī)律，建立了環(huán)氧樹(shù)脂漿液的黏度和親和力隨時(shí)間的變化數(shù)學(xué)模型;董建軍等[9]在處理三峽工程低滲性地層的工程實(shí)踐中，指出漿液的滲透性不僅與黏度有關(guān)還與漿液表面張力、漿液-被灌體界面張力和被灌體的表面張力的綜合作用有關(guān)。雖然我們不能輕易改變被灌體的表面性能,但漿液的表面張力和對(duì)被灌體的接觸角可通過(guò)加入表面活性劑來(lái)改變。表面活性劑對(duì)提高漿液滲透性效果顯著，是具有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N方法。

對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料，加入表面活性劑對(duì)漿液的黏度、表面張力、接觸角、固化物的力學(xué)性能及對(duì)被灌體的滲透性有何影響?目前這方面的的研究少見(jiàn)報(bào)道。而這些研究對(duì)環(huán)氧灌漿材料的開(kāi)發(fā)以及灌漿施工都具有非常重要的意義。本文以長(zhǎng)江科學(xué)院CW環(huán)氧灌漿材料為改性對(duì)象，加入非離子表面活性劑炔屬二醇對(duì)其改性，研究表面活性劑對(duì)環(huán)氧漿液的黏度、表面張力、接觸角、滲透性和漿液固結(jié)體力學(xué)性能的影響，在此基礎(chǔ)上探討了表面活性劑降低漿液表面張力、接觸角以及提高漿液滲透性的機(jī)理。

1試驗(yàn)材料

?CW環(huán)氧灌漿材料(質(zhì)量比mA:mB=6:1),長(zhǎng)江科學(xué)院生產(chǎn);

?炔屬二醇表面活性劑(S1、S2),其臨界膠束濃度(CMC)為0.1%,化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示,美國(guó)氣體化學(xué)公司生產(chǎn);

?黏土的物性指標(biāo)如表1所示。

2試驗(yàn)方法與設(shè)備

2.1試驗(yàn)方法

漿液的黏度、接觸角和漿液固結(jié)體力學(xué)性能測(cè)試按照《水電水利工程化學(xué)灌漿材料試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T 5785-2019)的相應(yīng)方法執(zhí)行。漿液的表面張力測(cè)試采用白金板法，溫度為23℃。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將白金板浸入漿液內(nèi)，在浸入狀態(tài)下由感應(yīng)器感測(cè)平衡值，將感應(yīng)到的平衡值轉(zhuǎn)化為表面張力值并顯示出來(lái)。

2.2試驗(yàn)設(shè)備

環(huán)氧灌漿材料漿液性能測(cè)試的主要設(shè)備有旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、接觸角測(cè)定儀、表面張力儀、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、電子天平。

2.3漿液浸潤(rùn)滲透方法的建立

浸潤(rùn)滲透試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D2所示,主要由液槽、支撐三腳架和透明有機(jī)玻璃管組成。有機(jī)玻璃管直徑5cm,高15cm,頂端敞開(kāi),底部封閉鉆有直徑0.5cm的進(jìn)漿孔。試驗(yàn)時(shí)將黏土裝入有機(jī)玻璃管中，振搗壓實(shí)，底部開(kāi)孔處墊有紗網(wǎng)，防止土體掉落。將有機(jī)玻璃管和支撐三腳架放入漿液槽內(nèi)，有機(jī)玻璃管底部浸入漿液液面以下1.0cm,使?jié){液從底部滲入黏土中，通過(guò)觀察漿液在不同時(shí)間的滲透高度來(lái)評(píng)價(jià)漿液的浸潤(rùn)滲透效果。

2.4表面活性劑改性漿液的制備方法

試驗(yàn)開(kāi)始前,先將CW灌漿材料A、B組份及表面活性劑在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下(23±2℃)放置24h。按質(zhì)量比mA:mB=6:1將B組份緩慢加入到A組份中，邊加入邊攪拌，混合均勻后，再將漿液重量0.1%的表面活性劑(S1或S2)加入到漿液中，快速攪拌均勻。從而制備出含有表面活性劑(S1或S2)的改性環(huán)氧漿液。將未改性的漿液標(biāo)記為C0,表面活性劑S1改性的漿液標(biāo)記為C1,表面活性劑S2改性的漿液標(biāo)記為C2。

3試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1表面活性劑對(duì)漿液黏度時(shí)變性的影響研究

3種漿液在23℃條件下黏度隨時(shí)間變化關(guān)系見(jiàn)表3。可以看出:3種漿液的黏度均隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸變大，表面活性劑對(duì)漿液的初始黏度以及不同時(shí)間的黏度影響很小(最大變化≤1.8mPa·s)。說(shuō)明加入表面活性劑對(duì)漿液的黏度變化無(wú)影響。