环氧树脂修复水泥基材料微裂缝的渗透机理（三）

4 讨论

4.1 渗透机理分析

环氧树脂修复水泥基材料微裂缝的渗透机理主要包括润湿作用和毛细渗透：首先，环氧树脂能充分润湿水泥基材料微裂缝表面，是渗入微裂缝的前提；其次，环氧树脂在毛细作用驱动下，逐渐向微裂缝内部渗透并填充微裂缝。

4.1.1 润湿作用

润湿作用可用接触角（CA）模型进行描述，比较经典的主要有 Young 模型、Wenzel 模型和 Cassie-Baxter 模型。Young 模型假设固体表面绝对光滑，是一种理想状态下固体表面本征接触角模型。而 Wenzel 模型则是假设固体表面粗糙且化学成分均匀，其公式是对 Young 方程的修正。Cassie 模型是假设固体表面化学成分均匀，且存在粗糙凹槽，但液体在固体上铺展时无法渗入凹槽内部，在固体凹槽与液体中形成空气气垫。三种接触模型如表 1 所示。

 图7 为 ESEM 拍摄的水泥基材料裂缝表面形貌图，图 8 为 ESEM 拍摄的环氧树脂在水泥基材料裂缝表面润湿图。

观察图 7 可知水泥基材料裂缝表面形貌粗糙不平，凸起较多，其实际表面积大于投影表面积。由图 8 可知环氧树脂在水泥基材料裂缝表面具有良好润湿性，能渗入裂缝表面粗糙凹陷处。原因是环氧树脂分子链中存在极性羟基和醚键，使得它对各种物质都有非常高的粘附力。根据上述可判断环氧树脂在水泥基材料裂缝表面润湿行为大致符合 Wenzel 模型。

 图9 为水泥基材料裂缝表面粗糙度模型图，由于水泥基材料属亲水材料且表面粗糙，为方便后续计算及研究，可建立混凝土表面理想化模型如上图，假设材料表面凸起为规则小立方体，其粗糙因子 r 为材料总表面积除以投影面积，根据模型计算得出 r 大致为 1~3，具体取决于裂缝表面粗糙程度。

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