在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷推進的當下，環(huán)氧砂漿作為重要的混凝土修補材料，其應(yīng)用場景日益廣泛。尤其是在水下環(huán)境的建筑物修補中，環(huán)氧砂漿憑借獨特性能發(fā)揮著關(guān)鍵作用。2025年行業(yè)對環(huán)氧砂漿的性能、成本和環(huán)保性等方面提出了更高要求，其發(fā)展動態(tài)備受關(guān)注。
《2025-2030年中國環(huán)氧砂漿行業(yè)發(fā)展趨勢及競爭策略研究報告》指出，環(huán)氧砂漿在我國的發(fā)展已有較長歷史，20世紀60年代初，環(huán)氧砂漿首次在我國水電工程中大規(guī)模使用，應(yīng)用于新安江電站溢流廠房頂大面積涂層，但當時局限于干燥界面，施工不便且影響材料性能。此后，相關(guān)研究不斷深入，20世紀70年代初，人們嘗試通過添加聚酰胺、煤焦油等提升環(huán)氧樹脂混凝土的粘結(jié)性能，還開發(fā)出用于水下修補的膠粘劑。到了80年代，水下固化劑發(fā)展迅速，眾多單位開發(fā)出多種水下修補環(huán)氧材料，并成功應(yīng)用于多項水利工程。90年代，各類性能系列化產(chǎn)品涌現(xiàn)。近20年來，研究重點轉(zhuǎn)向不同聚合物之間互穿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，同時對環(huán)氧樹脂基體、水下固化劑、添加劑及填料等進行大量改性研究，使得水下環(huán)氧砂漿產(chǎn)品適用范圍更廣、性能更優(yōu)、配方更靈活。
環(huán)氧樹脂：雙酚 A 型環(huán)氧樹脂因性能良好、應(yīng)用廣泛，在水下環(huán)氧砂漿中較為常用，如 E42、E44 等。不過，其存在初始黏度大、流動性差、對溫度敏感等缺點，實際應(yīng)用中需根據(jù)需求選擇合適型號或改進合成工藝。
固化劑：胺類固化劑雖使用量大、固化活性高，但在潮濕及水下環(huán)境粘結(jié)存在問題，易與二氧化碳反應(yīng)影響粘附，部分低級脂肪胺還會導(dǎo)致環(huán)氧樹脂固化不良。經(jīng)曼尼希反應(yīng)改性的胺類固化劑，如 X -89A 環(huán)氧固化劑、T -31 改性胺等，具有優(yōu)異的水下固化性能;脂肪族胺通過羥甲基化等改性，可實現(xiàn)低溫快速固化。
其他成分：稀釋劑能降低體系黏度、改善浸潤性;增韌劑可改善環(huán)氧樹脂固化后的脆性;促進劑用于調(diào)節(jié)固化時間;不同填料如水泥、粉煤灰等可改善環(huán)氧砂漿的強度、韌性等性能;表面活性劑能降低表面張力，提高水中粘結(jié)強度。
環(huán)氧砂漿行業(yè)現(xiàn)狀分析，水下環(huán)境復(fù)雜，環(huán)氧砂漿需具備良好的力學(xué)性能和粘結(jié)力，以抵御水的侵蝕。同時，要在水中保持穩(wěn)定，不被破壞，能夠有效浸潤被粘物，并快速固化，且膨脹收縮小，以保護粘結(jié)面。此外，配制工藝應(yīng)簡單，各組分及固化物毒性要低，保障施工人員安全。
溫度：環(huán)氧砂漿性能受環(huán)境溫度影響顯著。根據(jù)阿侖尼烏斯公式，反應(yīng)速度隨溫度上升加快，當水溫低于膠的硬化溫度時，水下固化無法發(fā)生。
黏度及適用期：黏度過大，低溫下流動性差，施工困難;黏度低則易被水流沖走，材料損失大。適用期方面，固化時間過長會導(dǎo)致材料浪費，過短則影響灌漿進程和修補效果。
其他：膠固比與水下粘結(jié)強度近似呈線性關(guān)系，降低膠固比會使粘結(jié)強度減小。養(yǎng)護齡期對水下粘結(jié)強度有影響，7d 后強度增加不明顯，部分研究認為環(huán)氧砂漿固化反應(yīng)在 24h 內(nèi)強度不斷提高，24h 后趨于完成。
環(huán)氧砂漿一般分為 A、B、C 三組分，常溫下施工。使用時先將 A、B 料混合制備環(huán)氧膠液，再加入 C 料攪拌均勻，需在適用期內(nèi)盡快使用。實驗室成型水下環(huán)氧砂漿時，可使用砂漿 8 字模，模擬靜水條件進行澆筑和養(yǎng)護。實際工程中，潮濕或滲漏水情況下，常先采取圍堰導(dǎo)水等措施使混凝土面干燥后再用環(huán)氧砂漿處理;對于水下帶水施工，需清理表面、鑿槽打毛，創(chuàng)造靜止水區(qū)，采用導(dǎo)管或溜槽灌注，灌注后根據(jù)情況加壓加溫。常見水下修補工藝包括表面覆蓋法、開槽填補法等，各有優(yōu)劣，近年來從國外引進的水下玻纖套筒加固技術(shù)，因不受水位限制、工期短等優(yōu)點，在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。
2025年我國水下環(huán)氧砂漿經(jīng)過多年發(fā)展，取得了顯著成就。從最初在干燥界面的應(yīng)用，到如今各類高性能產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，適用范圍持續(xù)拓展。在組成研究、性能優(yōu)化和施工工藝創(chuàng)新等方面都有長足進步。然而，目前仍面臨一些問題，如適應(yīng)性極佳的修補材料較少，產(chǎn)品價格普遍較高，水下修復(fù)界面處理和施工工藝等難題有待攻克。未來，隨著對水下工程需求的增加，水下環(huán)氧砂漿將朝著更高強度、更強粘結(jié)力、更優(yōu)抗沖耐磨和抗裂抗脫空性能發(fā)展，同時降低成本、提升環(huán)保性也將成為重要研究方向。
在建筑材料領(lǐng)域，隨著環(huán)保要求日益嚴苛與資源可持續(xù)利用理念的深入，環(huán)氧砂漿的發(fā)展備受關(guān)注。2025 年，環(huán)氧砂漿行業(yè)呈現(xiàn)出向高性能、綠色化轉(zhuǎn)型的趨勢。市場調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計到2025年底，采用工業(yè)固廢改性的環(huán)氧砂漿產(chǎn)品市場份額將提升至 35%，其中煤矸石細骨料改性技術(shù)成為推動行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵力量。在此背景下，探究煤矸石細骨料改性處理對砂漿性能的影響，對環(huán)氧砂漿行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
在保證砂漿相同稠度的情況下，不同改性處理的煤矸石細骨料制備的環(huán)氧砂漿吸水率存在明顯差異。未改性的煤矸石砂漿達到相同稠度時需水量最高，相比之下，采用粉煤灰 - 水泥漿體包裹、環(huán)氧樹脂包裹、粉煤灰水泥漿體包裹協(xié)同 CO?礦化改性處理后，砂漿需水量均有所降低。其中，環(huán)氧樹脂包裹改性處理效果最為突出，在降低砂漿需水量方面表現(xiàn)優(yōu)異。
從 7d 齡期砂漿試塊吸水率來看，未改性的煤矸石砂漿吸水率為 9.5%，而經(jīng)粉煤灰 - 水泥漿體包裹、環(huán)氧樹脂包裹、粉煤灰水泥漿體包裹協(xié)同 CO?礦化改性處理后，砂漿吸水率分別降低了 9.5%、25.3%、22.1%。環(huán)氧樹脂包裹改性處理的煤矸石細骨料制備的環(huán)氧砂漿吸水率最低，僅為 7.1%。這主要是因為粉煤灰的微集料填充效應(yīng)和火山灰效應(yīng)，以及 CO?礦化生成的 CaCO?細化孔徑結(jié)構(gòu)，而環(huán)氧樹脂硬化后在骨料表面形成的致密保護膜，更是增強了骨料與水泥基體的黏結(jié)強度，使砂漿基體更為密實，有效降低了吸水率。
煤矸石經(jīng)不同改性處理后制備的環(huán)氧砂漿，7d 抗折、抗壓強度均有顯著增加。未改性的煤矸石砂漿抗壓強度為 11.8MPa，經(jīng)粉煤灰 - 水泥漿體包裹、環(huán)氧樹脂包裹、粉煤灰水泥漿體包裹協(xié)同 CO?礦化改性處理后，砂漿抗壓強度分別提高了 5.1%、28.8%、19.5%。其中，環(huán)氧樹脂包裹改性處理的煤矸石細骨料制備的環(huán)氧砂漿抗壓強度提升效果最為明顯，達到 15.2MPa，抗折強度也達到 2.5MPa。
環(huán)氧砂漿行業(yè)趨勢分析指出，這種力學(xué)性能的提升有著明確的作用機理，煤矸石細骨料本身存在大量孔隙和微裂縫，強度較低，經(jīng)粉煤灰漿體包裹處理后，其孔隙和裂縫被填充，活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)增強了骨料與水泥基體間的黏結(jié)強度;CO?礦化養(yǎng)護生成硬度和體積更大的 CaCO?，細化了砂漿基體的孔徑結(jié)構(gòu);而環(huán)氧樹脂包裹后，隨著水泥水化和環(huán)氧樹脂固化成膜，形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提升了環(huán)氧砂漿的整體強度。
不同改性處理技術(shù)對環(huán)氧砂漿彈性模量的影響同樣顯著。未改性的煤矸石砂漿彈性模量為 11.02GPa，經(jīng)粉煤灰 - 水泥漿體包裹、環(huán)氧樹脂包裹、粉煤灰水泥漿體包裹協(xié)同 CO?礦化改性處理后，砂漿彈性模量分別提高了 11.7%、32.4%、25.7%。其中，環(huán)氧樹脂包裹改性處理的煤矸石細骨料制備的環(huán)氧砂漿彈性模量增加更為明顯，達到 14.59GPa。
砂漿的彈性模量與骨料強度密切相關(guān)，粉煤灰改性處理填充了煤矸石細骨料表面孔隙，CO?礦化生成 CaCO?提升了強度和密實度，而環(huán)氧樹脂硬化后具有較高的強度和黏結(jié)性，不僅提升了骨料強度，還增加了骨料與水泥基體的黏結(jié)力，從而顯著提升了環(huán)氧砂漿的彈性模量。
通過對不同改性處理的煤矸石砂漿物相組成進行分析發(fā)現(xiàn)，在未改性及不同改性處理后的砂漿 XRD 譜中，均存在 SiO?峰、水化產(chǎn)物 Ca (OH)?峰、未水化的 C?S 和 C?S 峰以及 CaCO?峰。但經(jīng) CO?礦化養(yǎng)護處理的砂漿，Ca (OH)?峰強度降低，CaCO?峰強度明顯增加，這表明 CO?礦化養(yǎng)護使水化產(chǎn)物與 CO?反應(yīng)生成 CaCO?，有效捕獲了 CO?，同時強化了粉煤灰水泥漿體包裹改性的效果。
《2025-2030年中國環(huán)氧砂漿行業(yè)發(fā)展趨勢及競爭策略研究報告》從微觀形貌來看，未改性的煤矸石砂漿骨料界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)松散，存在明顯裂縫和孔隙;經(jīng)粉煤灰 - 水泥漿體包裹后，界面過渡區(qū)裂縫和孔隙相對減少，寬度減小;經(jīng) CO?礦化處理和環(huán)氧樹脂包裹改性處理的砂漿，骨料表面分別有大量礦化產(chǎn)物生成和被大量有機物包裹，且骨料界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)更為致密，寬度明顯變小。這種微觀結(jié)構(gòu)的改善，與環(huán)氧砂漿力學(xué)性能的提升結(jié)果一致。
綜上所述，煤矸石細骨料改性處理對環(huán)氧砂漿性能有著顯著影響。在吸水率方面，環(huán)氧樹脂包裹改性處理效果最佳，可使砂漿吸水率降低 25.3%;在力學(xué)性能和彈性模量上，同樣是環(huán)氧樹脂包裹改性處理提升效果最為顯著，抗壓強度提升28.8%，彈性模量提升32.4%，同時該改性處理還能明顯改善砂漿界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)。這些研究成果為煤矸石骨料的改性及其在環(huán)氧砂漿等建筑材料中的應(yīng)用提供了重要的數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)，也順應(yīng)了 2025 年環(huán)氧砂漿行業(yè)高性能、綠色化的發(fā)展趨勢，有助于推動行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
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