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(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(xué)強(qiáng)度的研究。結(jié)果表明:加入表面活性劑對漿液的黏度、漿材固結(jié)體抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度無明顯影響，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對漿液的粘接強(qiáng)度、拉伸剪切強(qiáng)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(yàn)，初步探討了表面活性劑提高漿液滲透性的機(jī)理。

環(huán)氧樹脂灌漿材料自20世紀(jì)50年代問世以來,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)氧樹脂灌漿材料工程實(shí)踐取得成功的同時(shí),眾多學(xué)者開展了漿液可灌性(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被灌介質(zhì)的接觸角也是影響滲透性的主要因素，漿液對被灌介質(zhì)的滲透性取決于漿液對被灌介質(zhì)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(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(xué)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(bào)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(xué)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(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。漿液的表面張力測試采用白金板法，溫度為23℃。實(shí)驗(yàn)過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。

2.2試驗(yàn)設(shè)備

環(huán)氧灌漿材料漿液性能測試的主要設(shè)備有旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、接觸角測定儀、表面張力儀、萬能試驗(yàn)機(jī)、電子天平。

2.3漿液浸潤滲透方法的建立

浸潤滲透試驗(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,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，通過觀察漿液在不同時(shí)間的滲透高度來評價(jià)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(yàn)開始前,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)系見表3。可以看出:3種漿液的黏度均隨時(shí)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(shí)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。