水下混凝土修补用环氧树脂复合材料的制备及性能影响机理

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.07.004

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (7): 17-21.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.07.004

水下混凝土修补用环氧树脂复合材料的制备及性能影响机理

勒德亮¹, 吴启民², 林忠华², 裴克梅¹()

^1.浙江理工大学化学与化工学院，杭州 310018
^2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州 311122

收稿日期:2024-08-29 出版日期:2025-07-26 发布日期:2025-07-22
通讯作者: 裴克梅（1977-），女，博士，教授，主要研究方向为涂料黏合剂用树脂的合成及改性，peikemei@zstu.edu.cn
E-mail:peikemei@zstu.edu.cn
基金资助:
中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司201课题“大坝安全风险智能管理关键技术与装备研究”(KY2021?ZD?0)

Preparation and performance influencing mechanism of epoxy composites for underwater concrete repair

LE Deliang¹, WU Qimin², LIN Zhonghua², PEI Kemei¹()

^1.School of Chemistry and Chemical Engineering，Zhejiang Sci?Tech University，Hangzhou 310018，China
^2.Electric Construction Group East China Survey and Design Institute Co，Hangzhou 311122，China

Received:2024-08-29 Online:2025-07-26 Published:2025-07-22
Contact: PEI Kemei E-mail:peikemei@zstu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

水下混凝土修补用材料是一种专门用于修复水下混凝土结构的材料，环氧树脂因其水下快速固化、高强度和良好黏结性能成为水下混凝土结构的快速修复材料。本文以环氧树脂为基体材料制备了可在水下进行固化的胶黏剂体系，在此基础上研究了其修补性能的影响因素和机理，探究了组分配比、固化条件、界面粗糙度、混凝土强度和混凝土表面环境等因素对环氧树脂复合材料粘接效果的影响。结果表明，该环氧树脂复合材料具有不错的水泥修补性能，粘接强度最高可达4.0 MPa左右，且具有一定的耐干湿性能。对比25 ℃水下固化7 d后的粘接强度和40 ℃水下固化3 d的结果，粘接性能测试宜在25 ℃水下固化7 d后进行；本文材料配比方案中树脂组分与固化剂组分的最佳配比为3.5∶1；界面粗糙度高和表面易渗透的混凝土结构有助于提高界面粘接性能；修补界面浸出物或微生物附着的表面状况对界面粘接性能也有一定的影响。

关键词: 水下混凝土, 修补, 环氧树脂, 复合材料, 界面粘接性能

Abstract:

Underwater concrete repair materials are specialized substances designed for restoring submerged concrete structures. Epoxy resin， with its rapid underwater curing capability， high strength， and superior adhesion properties， serves as an ideal base material for such applications. This study developed a water⁃based epoxy adhesive system and systematically investigated the factors affecting its repair performance. The research examined the influence of component ratios， curing conditions， interface roughness， concrete strength， and surface environment on the composite material's bonding properties. Results indicated that optimal bonding strength was achieved after 7 days of underwater curing at 25 ℃， compared to shorter curing periods at higher temperatures. The study identified an optimal resin⁃to⁃curing agent ratio of 3.5∶1 and demonstrated that increased interface roughness and surface permeability significantly enhanced bonding performance. Furthermore， surface conditions such as extract presence or microorganism colonization were found to moderately affect interface adhesion. These findings provide valuable guidance for optimizing underwater concrete repair applications.

Key words: underwater concrete, repair， epoxy resin, composite materials, interface bonding performance

中图分类号:

TQ323.5

勒德亮, 吴启民, 林忠华, 裴克梅. 水下混凝土修补用环氧树脂复合材料的制备及性能影响机理[J]. 中国塑料, 2025, 39(7): 17-21.

LE Deliang, WU Qimin, LIN Zhonghua, PEI Kemei. Preparation and performance influencing mechanism of epoxy composites for underwater concrete repair[J]. China Plastics, 2025, 39(7): 17-21.

图/表 10

树脂组分A

固化剂

组分B

环氧树脂E⁃51

邻苯二甲酸二丁酯

苯基缩水

甘油醚

固化剂

表1 环氧树脂复合材料的基础配方

Tab.1 Basic formula of epoxy resin composite materials

图1 胶黏剂⁃混凝土断裂面特征

Fig.1 Characteristics of adhesive concrete fracture surface

固化条件	水下粘接拉伸强度（MPa）/界面断裂类型
（A∶B=3.5∶1）	1	2	3	均值
40 ℃、3 d	2.4/Ⅰ	2.4/Ⅱ	2.2/Ⅱ	2.3
25 ℃、7 d	4.0/Ⅲ	3.9/Ⅲ	3.1/Ⅱ	3.7

表2 环氧树脂复合材料与8字试块的水下粘接强度

Tab.2 Underwater bonding strength between epoxy resin composite materials and 8⁃shaped test blocks

图2 不同组分配比的环氧树脂复合材料水下粘接强度

Fig.2 Underwater bonding strength of epoxy resin composite materials with different composition ratios

图3 平面和断面8字试块的水下粘接强度

Fig.3 Underwater bonding strength of planar and cross⁃sectional 8⁃shaped test blocks

图4 不同混凝土强度的8字试块在水下的粘接强度

Fig.4 Adhesion strength of 8⁃shaped test blocks with different concrete strengths underwater

图5 8字试块断裂特征图

Fig.5 Fracture characteristics of 8⁃shaped test block

循环次数	水下粘接拉伸强度（MPa）/界面断裂类型
循环次数	1	2	3	均值
1	4.1/Ⅲ	3.7/Ⅲ	2.4/Ⅲ	3.4
3	2.3/Ⅲ	4.1/Ⅲ	3.4/Ⅲ	3.3
5	3.5/Ⅲ	3.8/Ⅲ	2.2/Ⅲ	3.2
7	3.9/Ⅲ	3.7/Ⅰ	2.4/Ⅱ	3.3
10	2.6/Ⅰ	3.0/Ⅱ	3.7/Ⅱ	3.1

表3 耐干湿循环性能测试实验结果

Tab.3 Experimental results of dry and wet cycle resistance test

图6 8字试块表面清洁处理图

Fig.6 Surface cleaning treatment of the 8⁃shaped test block

固化条件（A∶B=3.5∶1）		水下粘接拉伸强度（MPa）/ 界面断裂类型
固化条件（A∶B=3.5∶1）		1	2	3	均值
自来水	浸泡1 d（表面清洁处理）	3.1/Ⅱ	4.0/Ⅲ	3.9/Ⅲ	3.7
	浸泡1 d（表面未清洁处理）	1.2/Ⅱ	1.3/Ⅰ	1.8/Ⅰ	1.4
	浸泡3 d（表面未清洁处理）	1.2/Ⅱ	1.5/Ⅱ	1.4/Ⅱ	1.4
自然水	浸泡1 d（表面清洁处理）	2.6/Ⅱ	3.7/Ⅲ	3.2/Ⅲ	3.2
	浸泡1 d（表面未清洁处理）	1.1/Ⅰ	0.8/Ⅱ	0.7/Ⅰ	0.9
	浸泡3 d（表面未清洁处理）	0.9/Ⅱ	1.1/Ⅱ	1.0/Ⅱ	1.0

表4 混凝土表面环境对粘接性能影响的实验结果

Tab.4 Experimental results of the influence of concrete surface environment on bonding performance

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