环氧树脂修复水泥基材料微裂缝的渗透机理（四）

4. 渗透机理验证

为比较环氧树脂修复剂在非贯穿型裂缝中的毛细渗透能力，探究微裂缝宽度对修复剂渗透能力的影响，进行如下模拟实验：制作固定裂缝宽度水泥基试块，大小为20mm×20mm×20mm，裂缝宽度分别为 、0.1mm、0.2mm，深度为 15mm，均为非贯穿型裂缝。由于混凝土内部及表面存在微小孔隙，气密性较差。为精确模拟修复剂在非贯穿型裂缝的渗入过程，在试块表面涂抹石蜡密封，密封面为除裂缝面以外另五个表面。在 20℃条件下，将蜡封试块裂缝面朝下水平放置在 FS/E-51 环氧树脂中，模拟修复剂渗入微裂缝过程。5min 后剖开试块，观察试样渗透高度，实验过程如图 10 所示：

计算试样在非贯穿型裂缝的理论渗透高度，粗糙因子取 1.1。结果如下表所示：

由上表可知，裂缝宽度对渗透能力有明显影响，裂缝宽度越小试样渗透高度越大，说明试样渗透能力越强。但最大渗透高度理论值与实际值产生较大偏差，原因是水泥基材料气密性较差，蜡封无法做到完全密封，导致裂缝内部气体与大气互通，裂缝内气压远小于理论气压 p。但渗透高度理论值与实验值的整体变化趋势完全一致。

图 11 为非贯穿型裂缝渗透模拟图，为探究温度及环氧树脂种类对渗透能力影响，进行如下实验：将试块裂缝面朝下，水平放置在试样中模拟渗透过程。为避免偶然因素影响，每种试样放置三个实验试块，渗透时间为 3min，通过比较相同时间下修复剂渗透高度来间接反映试样渗透能力强弱。测得实验渗透高度为 hE，理论最大渗透高度为 hT，实验结果如下表所示：

由上表可知，20℃条件下，在非贯穿型裂缝中 E-51 环氧树脂渗透高度理论值比 E-44 环氧树脂提高约 17.4%、实际值提高 28.5%，表明 E-51 环氧树脂渗透能力强于 E-44 环氧树脂。荧光环氧树脂相较于普通环氧树渗透高度理论值降低约 5%~8%，实验值降低约 4%~10%，说明添加荧光素钠将略微降低环氧树脂渗透能力。温度对环氧树脂渗透能力有明显影响，50℃ 时 FS/E-51 环氧树脂渗透高度理论值相比20℃提高了约 10.1%，实验值提高了约 18.6%，原因是温度升高环氧树脂粘度降低，渗透能力增强，但当升温到 50℃以上时，环氧树脂粘度趋于稳定，渗透能力不再有明显变化。表中理论与实际值存在较大偏差，原因是蜡封后混凝土气密性仍然较差，但理论值与实验值变化趋势完全一致。

根据本文研究可知，环氧树脂修复剂在水泥基材料微裂缝的渗透能力受多种因素影响。采取升高环境温度、添加稀释剂减小接触角、降低粘度、选择高流动性环氧树脂等方式均能增强环氧树脂在水泥基材料微裂缝的渗透能力，进而增强微胶囊对水泥基材料微裂缝的修复效果。此外，本文研究内容同样可为其它裂缝修复剂的选用提供一定参考。

5 结论

（1）通过建立润湿模型证明了环氧树脂对水泥基材料微裂缝表面具有良好润湿性，二者接触角在 5min 时趋于稳定。在 20~50℃时，升温会使环氧树脂接触角减小，粘度降低，渗透能力增强，但当温度超过 50℃时，渗透能力几乎不再提升。

（2）环氧树脂在水泥基材料微裂缝（一般小于 200 微米）渗透时，初期可忽略自身重力影响，渗透驱动力主要来源于毛细作用。

（3）在非贯穿型裂缝中，裂缝宽度对环氧树脂渗透能力有显著影响，在 50~200 微米范围内，裂缝宽度越小，其毛细虹吸现象越明显，渗透能力越强。

（4）20℃条件下，荧光环氧树脂比普通环氧树渗透高度理论值降低约 5%~8%。E-51 环氧树脂渗透高度理论值比 E-44 环氧树脂增加约 17.4%，实验值增强约 28%~38%。表明 E-51环氧树脂渗透能力强于 E-44 环氧树脂，而添加荧光素纳会略微降低环氧树脂渗透能力。

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