0～20℃養(yǎng)護(hù)對聚合物水泥砂漿拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的影響

王培銘， 陳彩云， 張國防

（同濟(jì)大學(xué) 先進(jìn)土木工程材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804）

摻聚合物是提高水泥砂漿黏結(jié)強(qiáng)度行之有效的方法，而水泥砂漿黏結(jié)強(qiáng)度的發(fā)展顯著地受到聚合物種類、摻量、養(yǎng)護(hù)制度等條件的影響.目前關(guān)于養(yǎng)護(hù)條件對聚合物水泥砂漿黏結(jié)強(qiáng)度影響的研究主要集中于凍融、高溫、水養(yǎng)等條件［1－8］.聚合物的摻入能顯著改善水泥砂漿的抗凍融循環(huán)性能以及耐高溫性能［3］，其中甲基纖維素醚以及醋酸乙烯－乙烯共聚乳膠粉較適于負(fù)溫下使用［4］.空氣－水混合養(yǎng)護(hù)或者是先蒸汽再空氣養(yǎng)護(hù)較有利于聚合物水泥砂漿拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的發(fā)展［3，5－8］.關(guān)于低溫養(yǎng)護(hù)條件對水 泥砂漿拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的影響研究也有報(bào)道：史淑蘭等［9］研究了在低正溫、正負(fù)溫交替養(yǎng)護(hù)下水泥砂漿的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度，但只是報(bào)道了EPS板為基底的早期情況；Rüdiger等［10］對比了5，15，20℃下瓷磚膠黏劑與混凝土基底的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度，但也僅限于1，7d的早期發(fā)展規(guī)律.以上研究都未涉及溫度長期循環(huán)變化時(shí)水泥砂漿與混凝土的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律.在中國中南部，常年低溫與常溫交替，這種環(huán)境條件對水泥砂漿拉伸黏結(jié)強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生長期影響.為此，本文探討了0～20℃養(yǎng)護(hù)溫度以及低溫循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度對以混凝土板為基底的聚合物水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的影響規(guī)律.

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

P·Ⅱ52.5硅酸鹽水泥；0.15～0.63mm 石英砂（由0.30～0.63mm 和0.15～0.30mm 石英砂按3∶2的質(zhì)量比混合而成）；黏度為75 000mPa·s的羥乙基甲基纖維素（HEMC）；乙烯－醋酸乙烯共聚物（EVA），其最低成膜溫度為4℃；自來水.

1.2 試驗(yàn)方案

1.2.1 配合比

采用1∶2.5的灰砂比（質(zhì)量比，本文所涉及的比值、摻量等均為質(zhì)量比或質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；HEMC摻量為水泥用量的0%～0.6%，EVA摻量為水泥用量的0%～9%.拌和水用量根據(jù)新拌砂漿的流動(dòng)度來確定，砂漿流動(dòng)度按照GB／T 2419—2011《水泥膠砂流動(dòng)度測定方法》測定，控制在（165±5）mm.具體配合比如表1所示.

表1 水泥砂漿配合比Table 1 Mix proportion of cement mortarg

1.2.2 養(yǎng)護(hù)制度

水泥砂漿成型后，按以下制度養(yǎng)護(hù)：

（1）恒溫養(yǎng)護(hù) 恒溫養(yǎng)護(hù)是指在（20±2）℃，相對濕度（65±10）%條件下養(yǎng)護(hù)1d，然后分別在0，5，10，20℃下恒溫養(yǎng)護(hù)至28d.

（2）循環(huán)養(yǎng)護(hù) （a）1d溫度循環(huán)養(yǎng)護(hù)：先在（20±2）℃，相對濕度（65±10）%條件下養(yǎng)護(hù)1d，然后在0，5或10℃的低溫下養(yǎng)護(hù)1d，如此循環(huán)至28d，分別標(biāo)記為20℃／0℃－1d，20℃／5℃－1d，20℃／10℃－1d；（b）7d溫度循環(huán)養(yǎng)護(hù)：先在（20±2）℃，相對濕度（65±10）%條件下養(yǎng)護(hù)7d，然后在0，5或10℃的低溫下養(yǎng)護(hù)7d，如此循環(huán)至28d，分別 標(biāo) 記 為 20℃／0℃－7d，20℃／5℃－7d，20℃／10℃－7d.

1.2.3 試樣制備與測試

先將稱量好的聚合物與水泥混合均勻，再與石英砂一起拌和30s，使之混合均勻，然后按GB／T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》加入拌和水，先慢速攪拌2min，接著快速攪拌1min，靜置5min，將拌和好的水泥砂漿在混凝土板表面成型尺寸為50mm×50mm的黏結(jié)塊，控制其厚度為5mm.按照上述養(yǎng)護(hù)制度進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，到達(dá)齡期后在水泥砂漿上表面涂環(huán)氧樹脂，黏結(jié)鐵塊，待環(huán)氧樹脂固化后，用測試儀器拉拔試塊，讀出拉拔破壞荷載F.拉伸黏結(jié)強(qiáng)度按下式計(jì)算：

式中：τ為拉伸黏結(jié)強(qiáng)度，MPa；F為破壞荷載，N.

每組配比成型8個(gè)試件，取8個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為最終拉伸黏結(jié)強(qiáng)度值.如單個(gè)試件的強(qiáng)度值與平均值之差大于20%，則逐次舍棄偏差最大的試驗(yàn)值，直至各試驗(yàn)值與平均值之差不超過20%，結(jié)果精確至0.01MPa.當(dāng)8個(gè)試件中有效數(shù)據(jù)不足5個(gè)時(shí)，重新制備試件進(jìn)行試驗(yàn).

2 結(jié)果與分析

2.1 恒溫養(yǎng)護(hù)溫度對水泥砂漿拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的影響

圖1為不同養(yǎng)護(hù)溫度下各水泥砂漿試件的28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度.對于基準(zhǔn)水泥砂漿試件M0V0而言，各養(yǎng)護(hù)溫度下的拉伸黏結(jié)破壞形式均為界面破壞，即拉伸黏結(jié)強(qiáng)度值反映的是水泥砂漿與混凝土板之間的界面結(jié)合強(qiáng)度.當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度從0℃增至20℃ 時(shí)，28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度依次為0.45，0.47，0.52，0.41MPa，最大值和最小值僅相差0.11MPa.可見，養(yǎng)護(hù)溫度對基準(zhǔn)水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度影響不大.

對于單摻HEMC的水泥砂漿試件而言，拉伸黏結(jié)破壞形式均為砂漿內(nèi)部破壞（以下簡稱為內(nèi)聚破壞），此時(shí)拉伸黏結(jié)強(qiáng)度反映的是水泥砂漿本身的拉伸強(qiáng)度.當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度從0℃增至20℃時(shí)，試件M03V0的28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度依次為0.41，0.95，0.54，0.50MPa，5℃時(shí)是0℃時(shí)的2.3倍，是20℃時(shí)的1.9倍.試件M06V0的28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)溫度變化的規(guī)律與M03V0相似.也就是說，單摻HEMC時(shí)，水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)溫度的升高呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，5℃的養(yǎng)護(hù)溫度有利于水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的發(fā)展.

圖1 水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)溫度的關(guān)系Fig.1 Tensile bonding strength of cement mortar cured for 28dunder different curing temperatures

對于單摻EVA的水泥砂漿試件而言，拉伸黏結(jié)破壞形式也均為內(nèi)聚破壞.當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度從20℃降至0℃時(shí)，試件M0V9的28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度分別為1.84，1.45，1.41，0.88MPa.即隨著養(yǎng)護(hù)溫度的降低，單摻9%EVA的水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度逐漸降低.與20℃時(shí)相比，試件M0V9在0℃時(shí)的28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度降幅達(dá)到52%.試件M0V6的28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)溫度變化的規(guī)律類似于試件M0V9.由此可見，單摻EVA時(shí)，養(yǎng)護(hù)溫度對水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度影響較大，其28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)溫度的降低而減小.另外還可發(fā)現(xiàn)，水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度隨著EVA摻量的增大而增加.

2.2 循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度對水泥砂漿拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的影響

2.2.1 1d溫度循環(huán)養(yǎng)護(hù)

1d溫度循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度下水泥砂漿試件的28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度如圖2所示.對于基準(zhǔn)水泥砂漿試件M0V0而言，各養(yǎng)護(hù)溫度下的拉伸黏結(jié)破壞形式均為界面破壞，即拉伸黏結(jié)強(qiáng)度值反映的是水泥砂漿與混凝土板之間的界面結(jié)合強(qiáng)度.試件M0V0在20℃／0℃－1d，20℃／5℃－1d和20℃／10℃－1d循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度下的28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度分別為1.10，1.08，1.20MPa，與20℃恒溫養(yǎng)護(hù)制度下的0.41MPa相比，要分別高出0.59，0.67，0.79MPa.可見，1d溫度循環(huán)養(yǎng)護(hù)較20℃恒溫養(yǎng)護(hù)更有利于基準(zhǔn)水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的發(fā)展.

圖2 1d溫度循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度下各水泥砂漿試件28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度Fig.2 Tensile bonding strength of cement mortar cured for 28dunder 1dtemperature cycle curing system

單摻HEMC的水泥砂漿試件拉伸黏結(jié)破壞形式均為內(nèi)聚破壞.試件M03V0在20℃／5℃－1d循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度下的28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度值為0.71MPa，高于20℃／0℃－1d，20℃／10℃－1d循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度及20℃恒溫養(yǎng)護(hù)制度下其拉伸黏結(jié)強(qiáng)度值；試件M06V0與此有著類似的發(fā)展規(guī)律.可見，單摻HEMC時(shí)，20℃／5℃－1d循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度有利于水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的發(fā)展.同時(shí)還可發(fā)現(xiàn)，HEMC摻量較高反而不利于水泥砂漿拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的發(fā)展.

單摻EVA的水泥砂漿試件在20℃／0℃－1d，20℃／5℃－1d循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度下的拉伸黏結(jié)破壞形式為界面破壞，而在20℃／10℃－1d循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度和20℃恒溫養(yǎng)護(hù)制度下的拉伸黏結(jié)破壞形式為內(nèi)聚破壞.試件 M0V9在20℃／5℃－1d循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度下的28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度為1.37MPa，與此相比，20℃／0℃－1d，20℃／10℃－1d循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度和20℃恒溫養(yǎng)護(hù)制度下其28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度增幅分別為46%，32%和34%；試件M0V6有著類似的變化規(guī)律.可見，單摻EVA時(shí)，20℃／5℃－1d循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度不利于水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的發(fā)展.此外還發(fā)現(xiàn)，隨著EVA摻量的增大，水泥砂漿拉伸黏結(jié)強(qiáng)度逐漸增大.以20℃／0℃－1d循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度為例，與基準(zhǔn)水泥砂漿試件M0V0相比，試件M0V6的28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度增幅為42%；試件M0V9的28 d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度增幅為82%.

2.2.2 7d溫度循環(huán)養(yǎng)護(hù)

7d溫度循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度下各水泥砂漿試件的28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度如圖3所示.試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，除20℃／10℃－7d循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度之外，基準(zhǔn)水泥砂漿試件M0V0的拉伸黏結(jié)破壞形式均為界面破壞.基準(zhǔn)水泥砂漿試件在20℃／0℃－7d，20℃／5℃－7d和20℃／10℃－7d循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度下的28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度分別為0.89，0.90，0.94MPa，比20℃恒溫養(yǎng)護(hù)制度下的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度高出約0.5MPa.可見，7d溫度循環(huán)養(yǎng)護(hù)較20℃恒溫養(yǎng)護(hù)更有利于基準(zhǔn)水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的發(fā)展.

圖3 7d溫度循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度下各水泥砂漿試件28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度Fig.3 Tensile bonding strength of cement mortar cured for 28dunder 7dtemperature cycle curing system

單摻HEMC的水泥砂漿試件在7d溫度循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度下的拉伸黏結(jié)破壞形式均為內(nèi)聚破壞.試件M03V0在20℃／5℃－7d循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度下的28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度值為0.75MPa，高于20℃／0℃－7d，20℃／10℃－7d循環(huán)養(yǎng)護(hù)和20℃恒溫養(yǎng)護(hù)制度下的相應(yīng)強(qiáng)度值；試件M06V0也有著類似的變化規(guī)律.可見，單摻 HEMC時(shí)，20℃／5℃－7d循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度有利于水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的發(fā)展.從圖3還可發(fā)現(xiàn)，不論處于何種養(yǎng)護(hù)制度條件下，試件M03V0的28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度基本均高于試件M06V0，即在循環(huán)養(yǎng)護(hù)條件下，HEMC摻量過高也不利于水泥砂漿拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的發(fā)展.

單摻EVA的水泥砂漿試件在20℃／0℃－7d，20℃／5℃－7d循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度下的拉伸黏結(jié)破壞形式為界面破壞，而在20℃／10℃－7d循環(huán)養(yǎng)護(hù)和20℃恒溫養(yǎng)護(hù)制度下的拉伸黏結(jié)破壞形式為內(nèi)聚破壞.試件M0V6的28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度值在20℃／0℃－7d，20℃／5℃－7d和20℃／10℃－7d循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度下要比20℃恒溫養(yǎng)護(hù)制度下分別低0.11，0.38，0.29MPa；試件 M0V9也有著類似的變化規(guī)律.可見，單摻EVA時(shí)，7d溫度循環(huán)養(yǎng)護(hù)不利于水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的發(fā)展.此外還發(fā)現(xiàn)，不論處于何種養(yǎng)護(hù)制度下，隨著EVA摻量的增加，水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度均隨之增大.

3 結(jié)論

（1）不摻聚合物時(shí)，養(yǎng)護(hù)溫度對水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度影響不大.循環(huán)養(yǎng)護(hù)較20℃恒溫養(yǎng)護(hù)更有利于水泥砂漿拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的發(fā)展.

（2）單摻HEMC時(shí)，水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)溫度的升高呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢.5℃恒溫養(yǎng)護(hù)以及20℃／5℃循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度有利于HEMC改性水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的發(fā)展；無論何種養(yǎng)護(hù)條件，HEMC摻量過高都不利于水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的發(fā)展.

（3）單摻EVA時(shí)，水泥砂漿28d拉伸黏結(jié)強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)溫度的降低而減小.循環(huán)養(yǎng)護(hù)制度并沒有明顯影響EVA改性水泥砂漿的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度，特別是在養(yǎng)護(hù)溫度降低后，EVA改性水泥砂漿的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度并無明顯下降，甚至還出現(xiàn)相反的情況.

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