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炔屬二醇表面活性劑對環(huán)氧灌漿材料漿液性能、灌體的滲透性影響（一）
來源：長江科學院 瀏覽 411 次 發(fā)布時間:2025-07-29
摘要：
通過在CW環(huán)氧樹脂灌漿材料漿液中加入2種不同結構的非離子表面活性劑炔屬二醇，制備了2種改性環(huán)氧樹脂灌漿材料，并開展了黏度、表面張力、接觸角、滲透性和漿材固化物力學強度的研究。結果表明:加入表面活性劑對漿液的黏度、漿材固結體抗壓強度、抗拉強度無明顯影響，但可以提高漿材的粘接強度和抗剪強度，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對漿液的粘接強度、拉伸剪切強度和在黏土中的浸潤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，初步探討了表面活性劑提高漿液滲透性的機理。
環(huán)氧樹脂灌漿材料自20世紀50年代問世以來,因其具有力學強度高、耐久性好、可灌性(滲透性)好等優(yōu)點，已成為水利工程混凝土裂縫修補和基礎防滲補強中應用最多的化學灌漿材料[1]。在環(huán)氧樹脂灌漿材料工程實踐取得成功的同時,眾多學者開展了漿液可灌性(滲透性)的研究,通常認為漿液黏度越小,可灌性(滲透性)就越好,因此黏度被認為是影響漿液可灌性(滲透性)的主要因素。而事實上除了黏度，漿液的表面張力和對被灌介質的接觸角也是影響滲透性的主要因素，漿液對被灌介質的滲透性取決于漿液對被灌介質表面的浸潤能力[2]。任克昌教授提出了測試環(huán)氧漿液親和力的方法，通過研究環(huán)氧漿液在低滲性軟弱不良地質體中的吸滲現(xiàn)象，建立了考慮吸滲機制的化學灌漿理論計算方法[3-4]。魏濤等[5-8]開展了環(huán)氧漿液的黏度、表面張力、接觸角時變性試驗研究，深入探討了漿液親和力隨時間的變化規(guī)律，建立了環(huán)氧樹脂漿液的黏度和親和力隨時間的變化數(shù)學模型;董建軍等[9]在處理三峽工程低滲性地層的工程實踐中，指出漿液的滲透性不僅與黏度有關還與漿液表面張力、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。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被灌體的接觸角可通過加入表面活性劑來改變。表面活性劑對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。
對于環(huán)氧樹脂灌漿材料，加入表面活性劑對漿液的黏度、表面張力、接觸角、固化物的力學性能及對被灌體的滲透性有何影響?目前這方面的的研究少見報道。而這些研究對環(huán)氧灌漿材料的開發(fā)以及灌漿施工都具有非常重要的意義。本文以長江科學院CW環(huán)氧灌漿材料為改性對象，加入非離子表面活性劑炔屬二醇對其改性，研究表面活性劑對環(huán)氧漿液的黏度、表面張力、接觸角、滲透性和漿液固結體力學性能的影響，在此基礎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理。
1試驗材料
?CW環(huán)氧灌漿材料(質量比mA:mB=6:1),長江科學院生產;
?炔屬二醇表面活性劑(S1、S2),其臨界膠束濃度(CMC)為0.1%,化學結構如圖1所示,美國氣體化學公司生產;
?黏土的物性指標如表1所示。
2試驗方法與設備
2.1試驗方法
漿液的黏度、接觸角和漿液固結體力學性能測試按照《水電水利工程化學灌漿材料試驗規(guī)程》(DL/T 5785-2019)的相應方法執(zhí)行。漿液的表面張力測試采用白金板法，溫度為23℃。實驗過程中將白金板浸入漿液內，在浸入狀態(tài)下由感應器感測平衡值，將感應到的平衡值轉化為表面張力值并顯示出來。
2.2試驗設備
環(huán)氧灌漿材料漿液性能測試的主要設備有旋轉黏度計、接觸角測定儀、表面張力儀、萬能試驗機、電子天平。
2.3漿液浸潤滲透方法的建立
浸潤滲透試驗模型如圖2所示,主要由液槽、支撐三腳架和透明有機玻璃管組成。有機玻璃管直徑5cm,高15cm,頂端敞開,底部封閉鉆有直徑0.5cm的進漿孔。試驗時將黏土裝入有機玻璃管中，振搗壓實，底部開孔處墊有紗網(wǎng)，防止土體掉落。將有機玻璃管和支撐三腳架放入漿液槽內，有機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，通過觀察漿液在不同時間的滲透高度來評價漿液的浸潤滲透效果。
2.4表面活性劑改性漿液的制備方法
試驗開始前,先將CW灌漿材料A、B組份及表面活性劑在標準試驗條件下(23±2℃)放置24h。按質量比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。將未改性的漿液標記為C0,表面活性劑S1改性的漿液標記為C1,表面活性劑S2改性的漿液標記為C2。
3試驗結果與討論
3.1表面活性劑對漿液黏度時變性的影響研究
3種漿液在23℃條件下黏度隨時間變化關系見表3?？梢钥闯?3種漿液的黏度均隨時間的增長而逐漸變大，表面活性劑對漿液的初始黏度以及不同時間的黏度影響很小(最大變化≤1.8mPa·s)。說明加入表面活性劑對漿液的黏度變化無影響。