潮濕環(huán)境下聚合物乳膠粉對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿性能影響的研究

黃洪財(cái)

（廈門市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，福建 廈門 361100）

潮濕環(huán)境下聚合物乳膠粉對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿性能影響的研究

黃洪財(cái)

（廈門市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，福建 廈門 361100）

本文研究了潮濕環(huán)境下聚合物乳膠粉對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的工作性能及物理力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：聚合物乳膠粉種類對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物稠度有一定的影響，在一定的范圍內(nèi)，聚合物乳膠粉摻量對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物稠度的影響相對較小。在潮濕的水養(yǎng)護(hù)環(huán)境下，高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的抗壓強(qiáng)度隨著聚合物乳膠粉摻量的增大而降低，而對抗折強(qiáng)度早期影響不大，大摻量時(shí)會導(dǎo)致后期抗折強(qiáng)度顯著降低，壓折比則隨著摻量的增大而呈現(xiàn)著減小的趨勢。隨著聚合物乳膠粉摻量的增大，修補(bǔ)砂漿 14d 粘結(jié)強(qiáng)度會增大，但摻量增加到一定后，強(qiáng)度的增長率會相應(yīng)的降低。

聚合物乳膠粉；高強(qiáng)；修補(bǔ)砂漿；潮濕環(huán)境

改革開放以來，為滿足經(jīng)濟(jì)、社會高速發(fā)展的需求，我國建成了無數(shù)的大壩、電站、船閘、道路、橋梁、住宅以及辦公樓宇等。由于設(shè)計(jì)、施工、管理及運(yùn)行等方面的原因，部分的建筑物出現(xiàn)了裂縫、破損、剝落、滲漏、鋼筋銹蝕、結(jié)構(gòu)變形等病害現(xiàn)象，特別是在大壩的泄洪道、泄洪洞，水閘、船閘的底板，橋梁的墩柱等潮濕環(huán)境下使用的部位，建筑病害更容易發(fā)生，因而急需使用修補(bǔ)材料進(jìn)行修補(bǔ)[1-2]。聚合物水泥修補(bǔ)砂漿因自身低成本、高性能的特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在相關(guān)工程的修補(bǔ)、修復(fù)中[3]。乳膠粉作為聚合物水泥修補(bǔ)砂漿的主要改性成份之一，發(fā)揮著重要的作用，也對工程的修補(bǔ)產(chǎn)生極大的影響[4]。本文通過研究潮濕環(huán)境下，聚合物乳膠粉對高強(qiáng)聚合物修補(bǔ)砂漿的工作性能及物理力學(xué)性能的影響，探索其相應(yīng)的影響規(guī)律。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥：福建潤豐水泥廠生產(chǎn)的 P·O 42.5 水泥，其物理性能指標(biāo)見表 1。

表 1 水泥的物理力學(xué)性能

（2）粉煤灰：漳州市后石電廠生產(chǎn)的 Ⅱ 級粉煤灰，細(xì)度 14.8%，需水量比 97%，燒失量 1.91%。

（3）礦粉：S95 級礦渣粉，比表面積 410m2/kg，流動度比 100%。

（4）無機(jī)填料：增加密實(shí)、減少收縮的作用，福建省大田縣奮發(fā)環(huán)保材料有限公司提供，粒徑 ＜0.16mm。

（5）河砂：廈門海城商貿(mào)有限公司生產(chǎn)，粒徑＜2.5mm。

（6）減水劑：巴斯夫聚羧酸系粉劑。

（7）增粘劑：聚合物乳膠粉，北京天維寶辰化學(xué)產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)，I 型為 6022E 膠粉，Ⅱ 型為 7042W 膠粉，Ⅲ 型為 6041A 膠粉。

（8）保水劑：北京天維寶辰化學(xué)產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)方法

在固定膠凝材料（水泥、粉煤灰、礦粉、無機(jī)填料）、水膠比、集料用量以及保水劑、減水劑不變的情況下，通過調(diào)整聚合物乳膠粉的種類和摻量來研究不同種類、摻量的乳膠粉對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的稠度、抗壓抗折強(qiáng)度、壓折比、粘結(jié)強(qiáng)度等性能的影響，具體配合比見表 2。試驗(yàn)時(shí)先加水，再加膠凝材料、集料，按 JG/T 289—2010《混凝土結(jié)構(gòu)加固用聚合物砂漿》中的要求拌合后，按 JGJ 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》中砂漿稠度的測試方法進(jìn)行拌合物稠度測試，然后制作 40mm×40mm×160mm 的抗壓抗折強(qiáng)度試件及相應(yīng) 14d 粘結(jié)強(qiáng)度測試試件，脫模后持續(xù)在 (20±2)℃的不流動水中養(yǎng)護(hù)，模擬相應(yīng)的潮濕使用環(huán)境條件，至齡期后，測試相應(yīng)的 7d、28d 抗壓、抗折強(qiáng)度及 14d 粘結(jié)強(qiáng)度。

表 2 乳膠粉對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿性能影響的試驗(yàn)配合比

2 結(jié)果和討論

表 3 為表 2 中不同種類、摻量聚合物乳膠粉的高強(qiáng)聚合物修補(bǔ)砂漿配比組份的稠度、7d、28d 抗壓、抗折強(qiáng)度及 14d粘結(jié)強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果。

表 3 乳膠粉對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿性能影響的試驗(yàn)結(jié)果

2.1 聚合物乳膠粉對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿稠度的影響

圖 1 乳膠粉對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿稠度的影響

圖 1 為表 2 中幾種不同摻量、種類乳膠粉的高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿配比對砂漿拌合物稠度的影響圖。在 6 組配比中 1#～4#配比中使用的粘結(jié)劑為 6022E 型膠粉，摻量則從 0.5% 增加到 2.0%；5#、6# 配比分別使用 7042W 型膠粉和 6041A 型膠粉，摻量均為 1.5%。

由圖 1 可以看出，在使用同種乳膠粉的配比組份中，在膠粉摻量為 2.0% 的范圍內(nèi)， 隨著乳膠粉摻量的增加，高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的稠度變化不大，稠度均為 110～115mm 左右，說明了在一定摻量的范圍內(nèi)，聚合物乳膠粉的用量對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物稠度的影響不大。

同時(shí)由圖 1 可知，3#、5#、6# 三種摻有不同種類聚合物乳膠粉的配比高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的拌合物稠度差異較大，其中稠度最小的為摻加 II 型 7042W 乳膠粉的 5# 配比，其稠度僅為95mm，與稠度最大的 3# 配比組份相差近 20mm 的稠度，而摻加 Ⅲ 型 6041A 乳膠粉的 6# 配比組份的高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿稠度與 3# 配比組份相差 15mm 的稠度；由此可知，聚合物乳膠粉的種類對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的稠度有一定的影響。

2.2 聚合物乳膠粉對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿抗壓、抗折性能的影響

圖 2 乳膠粉對 7d、28d 抗折強(qiáng)度的影響

圖 3 乳膠粉對 7d、28d 抗壓強(qiáng)度的影響

圖 4 乳膠粉對 7d、28d 壓折比的影響

圖 2、圖 3 為表 2 中幾種高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿配比對砂漿 7d、28d 天抗壓、抗折強(qiáng)度的影響圖，圖 4 為表 2 中幾種高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿配比對砂漿 7d、28d 壓折比的影響圖。

由圖 2 中可知，在使用同種乳膠粉的 1#～4# 配比中，隨著聚合物乳膠粉摻量的增大，高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿 7d 抗折強(qiáng)度的變化不大；而 28d 的抗折強(qiáng)度在聚合物乳膠粉摻量為 1.5%的范圍內(nèi)，即 3# 配比之前強(qiáng)度變化不大，配比間的強(qiáng)度差距在0.3MPa 范圍內(nèi)，到了 4# 配比中 2.0% 的摻量后，強(qiáng)度就有顯著的下降，4# 配比 28d 抗折強(qiáng)度比最大的 2# 配比降低了近1.0MPa。同時(shí)，由圖 3 中可以看出，在 3#、5#、6# 三種不同種類乳膠粉摻加的高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿配比中，其 7d、28d 的抗折強(qiáng)度均隨著膠粉種類的變化而不同，摻三種不同膠粉配比中 7d、28d 抗折強(qiáng)度最小的為摻 II 型 7042W 乳膠粉的 5# 配比。

由圖 3 可知，在使用同種乳膠粉的 1#～4# 配比中，隨著聚合物乳膠粉摻量的增大，高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿 7d、28d 抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)著降低的趨勢，特別是28d抗壓強(qiáng)度降低得非常顯著，摻加 I 型 6022E 聚合物乳膠粉 2.0% 的 4# 配比比摻入 6022E最少的 1# 配比的 28d 抗壓降低了 20MPa 以上。同時(shí)，由圖4 可以看出，在 3#、5#、6# 三種不同種類乳膠粉摻加的高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿配比中，其 7d 的抗壓強(qiáng)度隨著膠粉種類的變化波動不大，相互間的強(qiáng)度差在 2.0MPa 之內(nèi)，28d 抗壓強(qiáng)度有一定的變化，強(qiáng)度差在 6.0MPa 范圍內(nèi)，摻三種不同膠粉配比中 7d、28d 抗壓強(qiáng)度最小的為摻 II 型 7042W 乳膠粉的 5# 配比。

由圖 4 可知，在摻有 I 型 6022E 聚合物乳膠粉的 1#～4#配比中，隨著乳膠粉摻量的增加，其 7d、28d 壓折比均呈現(xiàn)著減小的趨勢，特別是 28d 的壓折比降低的更為迅速，說明了隨著乳膠粉摻量的增加，高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿硬化后的柔性在增強(qiáng)。而摻三種不同種類聚合物乳膠粉的 3#、5#、6# 三組配比高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的 28d 壓折比則變化不大，說明了這三種乳膠粉對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的柔性增強(qiáng)作用相近。

2.3 聚合物乳膠粉對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿粘結(jié)強(qiáng)度的影響

圖 5 乳膠粉對 14d 粘結(jié)強(qiáng)度的影響

圖 5 為表 2 中幾種高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿配比對砂漿 14d 粘結(jié)強(qiáng)度的影響圖。

由圖 5 可知，在摻有 I 型 6022E 聚合物乳膠粉的 1#～4#配比中，隨著乳膠粉摻量的增加，砂漿的 14d 粘結(jié)強(qiáng)度會相應(yīng)的增強(qiáng)，在乳膠粉摻量為 1.5% 時(shí)，高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的 14d 粘結(jié)強(qiáng)度即達(dá)到了 1.2MPa；在乳膠粉摻量為 1.5% 的范圍內(nèi)，14d 粘結(jié)強(qiáng)度增長率較大，而在摻量超過 1.5% 之后，則 14d粘結(jié)強(qiáng)度增長率會有較大的降低，說明了在高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿中，聚合物乳膠粉有一個(gè)最佳摻量。

同時(shí)，由圖 5 可知，在 I 型 6022E、Ⅱ 型 7042W、Ⅲ 型6041A 三種膠粉摻加的 3#、5#、6# 三組配比中，其 14d 粘結(jié)強(qiáng)度值有一定的變化，但總體上強(qiáng)度值相差不大，最大值與最小值間相差 0.2MPa 左右，在三種膠粉中，摻 Ⅲ 型 6041A 膠粉的配比組份 14d 粘結(jié)強(qiáng)度最大，強(qiáng)度值達(dá)到了1.42MPa。

2.4 機(jī)理分析

在高強(qiáng)聚合物修補(bǔ)砂漿中，水泥的用量較多，膠砂比較大，所以高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物的粘度相對較大。而隨著聚合物乳膠粉的加入，因可分散乳膠粉能夠?qū)諝庥姓T導(dǎo)效應(yīng)，增加砂漿拌合物中的含氣量及孔隙，所以相應(yīng)的可以提高高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的流動性[5]。但聚合物乳膠粉在堿性溶液中水解后，自身就有較好的粘度，隨著乳膠粉摻量的提高，相應(yīng)的粘度也會增大，這會相應(yīng)地降低砂漿拌合物的稠度。所以在高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿中，在一定的范圍內(nèi)，隨著同種聚合物乳膠粉摻量的增加，高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物的稠度變化不顯著。

聚合物乳膠粉在砂漿水化過程中，形成薄膜、發(fā)生作用主要的經(jīng)過 3 個(gè)階段：第 1 階段，在乳液的干燥后期，聚合物顆粒開始相互的接觸；第 2 階段，乳液中水份的向外遷移，進(jìn)一步的干燥，引發(fā)了毛細(xì)管張力并使乳膠顆粒變形，形成了緊密堆積的多面體顆粒構(gòu)造；第3階段，聚合物通過遷移越過初始顆粒邊界，相互連接，乳膠顆粒變薄、成膜，最終形成網(wǎng)狀薄膜，薄膜內(nèi)部具有較高的拉應(yīng)力[6-8]。從而能夠提高砂漿的抗?jié)B性能和粘結(jié)強(qiáng)度。由此機(jī)理可知，聚合物乳膠粉在砂漿中能否起到預(yù)期的工效同砂漿中水份的遷移有很大的關(guān)系。在潮濕的水養(yǎng)護(hù)環(huán)境下，聚合物乳膠粉中的水份遷移速度慢、遷移的不充分或難以遷移出去，導(dǎo)致聚合物乳膠粉最終的未形成或未充分的形成網(wǎng)狀薄膜而未產(chǎn)生相應(yīng)足夠的內(nèi)聚應(yīng)力，僅作為有一定彈性的粒子填充在修補(bǔ)砂漿，對砂漿內(nèi)部不同界面之間起著某些隔離作用，所以隨著摻量的增加其對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿 28d 抗壓強(qiáng)度起著降低作用。

而聚合物乳膠粉粒子或乳膠薄膜具有一定的粘性，能夠增強(qiáng)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿和拉伸粘結(jié)試塊間的連接，所以在一定的范圍內(nèi)，聚合物乳膠粉摻量的增加能夠增強(qiáng)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的14d 拉伸粘結(jié)強(qiáng)度[9-10]。而當(dāng)聚合物乳膠粉的摻量增加到一定的時(shí)候，乳膠顆?；蛉槟z膜對拉伸界面間的柔性連接增強(qiáng)作用便趨于飽和，所以拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的增長率會相應(yīng)的降低。

3 結(jié)論

（1）聚合物乳膠粉種類對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物稠度有一定的影響；在其他成份不變的情況下，在一定的范圍內(nèi)，聚合物乳膠粉摻量的變化對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物稠度的影響較小。

（2）在潮濕的水養(yǎng)護(hù)環(huán)境下，聚合物乳膠粉的種類對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的強(qiáng)度有影響；在一定的摻量范圍內(nèi)，高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的抗壓強(qiáng)度隨著聚合物乳膠粉摻量的增大而降低，抗折強(qiáng)度早期影響不大，大摻量時(shí)會導(dǎo)致后期強(qiáng)度顯著降低；壓折比則隨著摻量的增大而呈現(xiàn)著減小的趨勢。

（3）在潮濕的水養(yǎng)護(hù)環(huán)境下，聚合物乳膠粉的種類對高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿 14d 粘結(jié)強(qiáng)度的影響相對較??；隨著聚合物乳膠粉摻量的增大，修補(bǔ)砂漿 14d 粘結(jié)強(qiáng)度會增大，但摻量增加到一定后，強(qiáng)度的增長率會相應(yīng)的降低。

[1] 馬宇，孫志恒，張昕．高彈性修補(bǔ)砂漿的試驗(yàn)研究[J]．大壩與安全，2013(2)：44-47．

[2] 朱炳喜．高性能修補(bǔ)砂漿的研制與應(yīng)用[J]．新型建筑材料，2004(4)：13-15.

[3] 徐迅，盧忠遠(yuǎn)，齊硯勇，等．混凝土修補(bǔ)砂漿的研究[C]．2008 第三屆（中國）國際建筑干混砂漿生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)研討會論文集[A]．北京，2008：209-213.

[4] 何艷萍，張心亞，謝德龍，等．可再分散乳膠粉性能影響因素探討及應(yīng)用 [J]．新型建筑材料，2009(4)：54-57．

[5] 裴勇兵，張心亞，謝德龍，等．干燥預(yù)處理對 EVA 可再分散乳膠粉性能的影響[J]．江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，31(1)：93-97.

[6] Roger Zurbriggen，張亮（譯）. ELOTEX 可再分散膠粉對瓷磚粘結(jié)砂漿性能的影響[J]．新型建筑材料，2003(8)：24-27.

[7] Winnik M.A.The formation and properties of latex films.In:P. A. Lovell and M.S.El-Aasser(eds)，Emulsion polymerization and emulsion polymers，John Wiley ＆ Sons Ltd ，1997.

[8] 何倩倩，姚金水，張希巖．可再分散乳膠粉的研究進(jìn)展及應(yīng)用前景[J]．涂料工業(yè)，2007，37(5)：52-58.

[9] 肖力光，周建成．可再分散乳膠粉對建筑砂漿性能的影響[J]．吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，19(4)：19-24.

[10] 喬淵，李運(yùn)北，李春亮．可再分散聚合物乳膠粉對水泥砂漿微結(jié)構(gòu)性能作用的研究[J]．新型建筑材料，2006(7)：5-7.

［通訊地址］福建省廈門市同安區(qū)新民鎮(zhèn)鳳嶺路 760 號 廈門市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 研發(fā)中心（361100）

Effect of redisperisble polymer powder on high-strength repair mortar in wet conditions

Huang Hongcai
(Xiamen Academy of Building Research Co.,Ltd., Xiamen Fujian 361100, China)

The effect of redisperisble polymer powder on performances and mechanical properties of high-strength repair mortar was studied in wet conditions.The results indicated that the type of redisperisble polymer powder had some effect on consistency of highstrength repair mortar, but in a certain range, the content of redisperisble polymer powder had little effect on the consistency relatively. In wet conditions, with the increase of redisperisble polymer powder, the compressive strength of high-strength repair mortar would reduce and it had little effect on the flexural strength in early, but would obviously decrease the flexural strength at last in large content of redisperisble polymer powder, and the compressive and flexural strength ratio would decrease. With the increase of redisperisble polymer powder, the 14d cohesional strength would rise, but in a certain content, rate of increase would decrease.

redisperisble polymer power; high-strength; repair mortar; wet conditions

黃洪財(cái)，工程師。