適于噴射的聚合物修補(bǔ)砂漿研究

郭浩，杭鑫坤

（山東建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101）

適于噴射的聚合物修補(bǔ)砂漿研究

郭浩，杭鑫坤

（山東建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101）

通過分別研究聚羧酸減水劑、可再分散乳膠粉、聚丙烯纖維、纖維素醚對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿流動(dòng)性、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度和保水率的影響，研制了一種高性能聚合物修補(bǔ)砂漿。研究了速凝劑對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿抗壓、抗折強(qiáng)度等性能的影響，使其適合用于噴射施工。結(jié)果表明，聚羧酸系減水劑摻量0.06%，膠粉摻量1.0%，3 mm聚丙烯纖維摻量0.04%，纖維素醚摻量0.15%時(shí)，聚合物修補(bǔ)砂漿的28 d抗壓強(qiáng)度為79.48 MPa，28 d抗折強(qiáng)度為14.5 MPa，14 d粘結(jié)強(qiáng)度為1.45 MPa，符合JG/T 289—2010《混凝土結(jié)構(gòu)加固用聚合物砂漿》的Ⅰ級(jí)要求。摻5%速凝劑時(shí)，聚合物修補(bǔ)砂漿適于噴射施工，具有較好的效果。

混凝土修補(bǔ)；修補(bǔ)砂漿；噴射砂漿；可再分散乳膠粉

0 引言

目前，許多的混凝土結(jié)構(gòu)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)缺陷、材料劣化、超載使用以及物理破壞給它們的安全使用帶來嚴(yán)重的問題。比如，一些建筑物會(huì)出現(xiàn)滲水、外墻抹灰或面層混凝土開裂、抹灰砂漿剝落，道路路面出現(xiàn)表面磨損、產(chǎn)生坑洞、裂縫，港口、碼頭等混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)表面侵蝕和鋼筋銹蝕等現(xiàn)象。為恢復(fù)及保持其使用功能，需要對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)。在對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的露筋、蜂窩、空洞、破損、剝落等表面損傷部分的修復(fù)施工過程中，聚合物修補(bǔ)砂漿成為常用的修補(bǔ)材料[1]。

聚合物修補(bǔ)砂漿作為混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)材料具有良好的粘結(jié)性和耐磨性[2]，與普通混凝土相比收縮略低[3]，抗壓、抗折強(qiáng)度、耐水性、抗沖擊能力較高[4-5]，彈性模量更低，抗凍性能更好。在實(shí)際施工過程中，混凝土受損部位一般具有面積大、部位高、施工作業(yè)面積小等特點(diǎn)。導(dǎo)致混凝土受損部位在修補(bǔ)過程中出現(xiàn)施工成本高、難度大，施工質(zhì)量難以保證等一系列問題。采用先進(jìn)的聚合物修補(bǔ)砂漿材料以及先進(jìn)的噴射施工工藝，能夠有效解決上述表面病害的一系列問題[6]。但是這也對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿提出了更高的要求。噴射聚合物修補(bǔ)砂漿是利用空氣壓縮機(jī)提供動(dòng)力，把聚合物修補(bǔ)砂漿以一定的速度噴射到混凝土表面。由于聚合物的加入，使得聚合物修補(bǔ)砂漿本身的粘結(jié)性較普通砂漿強(qiáng)，對(duì)噴射施工更有利。施工時(shí)聚合物修補(bǔ)砂漿被高速噴出撞擊在受損部位，后面噴出的砂漿撞擊在已粘在混凝土上的砂漿，使得聚合物修補(bǔ)砂漿密實(shí)度高，連續(xù)性好，強(qiáng)度高，與墻面的粘結(jié)性較好[6-8]。因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，分別研究聚羧酸減水劑、可再分散乳膠粉、聚丙烯纖維、纖維素醚對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿流動(dòng)性、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度和保水率的影響，并研究速凝劑對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿抗壓、抗折強(qiáng)度等性能的影響，使其適合用于噴射施工。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

水泥：山水P·O 42.5R水泥，3 d抗壓、抗折強(qiáng)度分別為26.1、6.1 MPa，28 d抗壓、抗折強(qiáng)度分別為48.4、8.4 MPa。

石英砂：40～70目和70～120目2種。

膠粉：瑞泰可再分散性乳膠粉，RTL-03。

纖維素醚：瑞泰羥丙基甲基纖維素，HPMC100000，黏度100 Pa·s。

聚丙烯纖維：濟(jì)南晴天化工科技有限公司生產(chǎn)，長度分別為3 mm和6 mm。

石膏：棗莊市嶧城區(qū)金海石膏制品廠生產(chǎn)的石膏粉，成分為天然二水石膏（CaSO4·2H2O）。

重鈣：濟(jì)寧華凱樹脂有限公司生產(chǎn)，主要成分為碳酸鈣，目數(shù)為400目。

淀粉醚：山東光大科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為1012。

EEA塑性膨脹劑：北京德昌偉業(yè)建筑工程技術(shù)有限公司，適宜用量為0.03%～0.40%。

減水劑：山東華迪建筑科技有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系高效減水劑，粉劑pc180，推薦摻量為水泥用量的0.10%～0.25%，最高減水率達(dá)39%。

無堿液體速凝劑：BQ-Z2012型，云南百強(qiáng)建筑材料廠生產(chǎn)，推薦摻量3%～6%。

水：自來水。

1.2 實(shí)驗(yàn)與測(cè)試方法

根據(jù)砂漿實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合聚合物修補(bǔ)砂漿的前期實(shí)驗(yàn)，查閱大量參考文獻(xiàn)[3，9-12]，得出聚合物修補(bǔ)砂漿的基準(zhǔn)配方（見表1），進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)基準(zhǔn)配方分別調(diào)整聚羧酸減水劑、可再分散乳膠粉、聚丙烯纖維、纖維素醚摻量（均按占干物料總質(zhì)量計(jì)），根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到最佳摻量。最后對(duì)研制的聚合物修補(bǔ)砂漿進(jìn)行性能測(cè)試，研究速凝劑對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿性能的影響并進(jìn)行試噴。

聚合物砂漿的抗壓、抗折強(qiáng)度按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》進(jìn)行測(cè)試；凝結(jié)時(shí)間、保水率、粘結(jié)強(qiáng)度、抗?jié)B壓力按照J(rèn)GJ 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試；收縮率按照J(rèn)C/T 603—2004《水泥膠砂干縮試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試；流動(dòng)度用跳桌法進(jìn)行表征。

表1 聚合物修補(bǔ)砂漿的基準(zhǔn)配方

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 聚羧酸減水劑對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿性能的影響

聚羧酸減水劑的摻入可以降低用水量，增大砂漿流動(dòng)度，提高砂漿強(qiáng)度，聚羧酸減水劑摻量對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿性能的影響見表2。

表2 聚羧酸減水劑摻量對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿性能的影響

由表2可見，隨著聚羧酸系減水劑摻量增加，砂漿強(qiáng)度均略有提高，流動(dòng)度逐漸增大，但聚羧酸系減水劑摻量過大時(shí)，易導(dǎo)致泌水，砂漿狀態(tài)變差。綜合考慮，推薦聚羧酸系減水劑摻量為0.06%。

2.2 膠粉對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿性能的影響

膠粉的加入能夠顯著提高水泥砂漿的防水性、可塑性和柔韌性，延長砂漿的可操作時(shí)間，保證修補(bǔ)砂漿與基底的粘結(jié)強(qiáng)度。膠粉摻量對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿性能的影響見表3。

表3 膠粉摻量對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿性能的影響

由表3可見，隨可再分散乳膠粉摻量增加，砂漿的流動(dòng)度逐漸降低。這是由于膠粉再分散需要吸收一定量的水分，在用水量保持一定時(shí)，減小了砂漿的流動(dòng)度。隨膠粉摻量的增加，砂漿的1 d抗壓、抗折強(qiáng)度先提高后降低，7 d抗壓、抗折強(qiáng)度變化不大，說明膠粉對(duì)砂漿的早期強(qiáng)度影響較大，28 d抗壓強(qiáng)度略有降低，28 d抗折強(qiáng)度略有提高。隨膠粉摻量的增加，砂漿粘結(jié)強(qiáng)度逐漸提高。綜合考慮，推薦膠粉摻量為1.0%。

2.3 聚丙烯纖維對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿性能的影響

聚丙烯纖維具有強(qiáng)度高、韌性好、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，聚丙烯纖維的摻入可以增強(qiáng)砂漿的抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度以及增強(qiáng)砂漿的抗裂性，即使砂漿產(chǎn)生微裂縫后聚丙烯纖維仍然能夠繼續(xù)抵抗外力的拉拔作用；砂漿的抗?jié)B性、抗凍融能力亦有較大程度的提高。

聚丙烯纖維對(duì)砂漿的增強(qiáng)效果主要取決于：纖維的直徑、長度及長徑比，纖維的分布及含量，纖維與水泥的相容性、分散性等。本實(shí)驗(yàn)選擇3 mm和6 mm兩種規(guī)格聚丙烯纖維，研究其對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿性能的影響，結(jié)果見表4。

表4 聚丙烯纖維對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿性能的影響

由表4可見，隨著聚丙烯纖維摻量的增加，砂漿的流動(dòng)度降低，6 mm聚丙烯纖維對(duì)流動(dòng)度的降低幅度較大。且6 mm聚丙烯纖維加入砂漿中易結(jié)團(tuán)，分散效果不好；3 mm聚丙烯纖維的分散性良好。

從各齡期抗壓強(qiáng)度隨聚丙烯纖維摻量的變化關(guān)系可以看出，1 d、7 d齡期時(shí)，摻6 mm聚丙烯纖維的砂漿抗壓強(qiáng)度要高于摻3 mm聚丙烯纖維的砂漿，且比不摻纖維的砂漿強(qiáng)度低；到28 d齡期，摻3 mm聚丙烯纖維的砂漿的抗壓強(qiáng)度超過摻6 mm聚丙烯纖維的砂漿，且比不摻纖維的砂漿強(qiáng)度略高。摻6 mm聚丙烯纖維的砂漿抗折強(qiáng)度要高于摻3 mm聚丙烯纖維的砂漿，且比不摻纖維的砂漿抗折強(qiáng)度高。摻量合適時(shí)，3 mm聚丙烯纖維可以提高修補(bǔ)砂漿的28 d抗折和抗壓強(qiáng)度，因此，最終選擇規(guī)格為3 mm的聚丙烯纖維，最佳摻量為0.04%。

2.4 纖維素醚對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿性能的影響

纖維素醚能夠明顯改善砂漿的保水性能，使砂漿具有較好的保水性和工作性。實(shí)驗(yàn)中采用羥丙基甲基纖維素用于修補(bǔ)砂漿，其摻量對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿性能的影響見表5。

表5 纖維素醚摻量對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿性能的影響

由表5可見，隨著纖維素醚摻量的增加，砂漿的保水率逐漸增大；流動(dòng)度逐漸降低；1 d、7 d強(qiáng)度逐漸下降，但變化不大，28 d抗壓強(qiáng)度逐漸降低，28 d抗折強(qiáng)度變化不大。在聚合物修補(bǔ)砂漿中，應(yīng)盡量減少纖維素醚的摻量，否則易導(dǎo)致水泥凝結(jié)硬化速度緩慢，降低砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度。綜合考慮，推薦纖維素醚摻量為0.15%。

2.5 聚合物修補(bǔ)砂漿的性能測(cè)試

通過上述實(shí)驗(yàn)確定聚合物修補(bǔ)砂漿的最佳配方見表6，性能測(cè)試結(jié)果及JG/T 289—2010《混凝土結(jié)構(gòu)加固用聚合物砂漿》中Ⅰ級(jí)要求見表7。

表6 聚合物修補(bǔ)砂漿的最佳配方

表7 聚合物修補(bǔ)砂漿的性能測(cè)試結(jié)果

由表7可見，研制聚合物修補(bǔ)砂漿符合JG/T 289—2010中Ⅰ級(jí)要求，并且成本較低，具有明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

2.6 速凝劑對(duì)砂漿性能的影響

聚合物修補(bǔ)砂漿用于噴射時(shí)，需要符合JC 477—2005《噴射混凝土用速凝劑》中的要求，使水泥在3 min內(nèi)初凝，8 min內(nèi)終凝，砂漿1 d抗壓強(qiáng)度大于12 MPa。根據(jù)修補(bǔ)砂漿的最優(yōu)配方，按照J(rèn)C 477—2005的要求改變速凝劑摻量（按占水泥質(zhì)量計(jì)），分別測(cè)試砂漿的凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度，結(jié)果見表8。

表8 速凝劑摻量對(duì)聚合物修補(bǔ)砂漿性能的影響

由表8可見，加入速凝劑后，聚合物修補(bǔ)砂漿1 d抗壓強(qiáng)度略有增大，后期強(qiáng)度略有下降，隨速凝劑摻量增加，強(qiáng)度下降愈明顯，在聚合物修補(bǔ)砂漿中，速凝劑摻量不宜太多，否則易導(dǎo)致水泥水化速度過快，強(qiáng)度降低明顯。本實(shí)驗(yàn)速凝劑最佳摻量為5%。

根據(jù)聚合物修補(bǔ)砂漿最終配方，摻5%的速凝劑進(jìn)行實(shí)際噴射，噴射時(shí)效果較好，表面平整，沒有出現(xiàn)脫落、起皮等現(xiàn)象，適合用于噴射施工。

3 結(jié)論

（1）隨聚羧酸減水劑摻量增加，砂漿的流動(dòng)度逐漸增大，砂漿強(qiáng)度均略有增大，推薦聚羧酸系減水劑摻量為0.06%。

（2）隨可再分散乳膠粉材料增加，砂漿的流動(dòng)度降低；膠粉對(duì)砂漿的早期強(qiáng)度影響較大，28 d抗壓強(qiáng)度略有減小，28 d抗折強(qiáng)度略有提高；粘結(jié)強(qiáng)度逐漸提高。推薦可再分散乳膠粉摻量為1.0%。

（3）隨聚丙烯纖維摻量的增加，砂漿的流動(dòng)度降低，摻量合適時(shí)，3 mm聚丙烯纖維可以提高28 d抗折和抗壓強(qiáng)度，推薦3 mm聚丙烯纖維的最佳摻量為0.04%。

（4）纖維素醚摻量增加，保水率逐漸增大，流動(dòng)度逐漸降低，砂漿早期強(qiáng)度逐漸下降，推薦纖維素醚摻量為0.15%。

（5）按最優(yōu)配方制備的聚合物修補(bǔ)砂漿符合JG/T 289—2010中Ⅰ級(jí)要求，摻5%的速凝劑進(jìn)行實(shí)際噴射，噴射時(shí)效果較好，表面平整，沒有出現(xiàn)脫落、起皮等現(xiàn)象。

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Research about polymer repair mortar materials by using spraying

GUO Hao，HANG Xinkun
（School of Civil Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China）

In this paper，a kind of high performance polymer repair mortar is developed by studying the effects of polycarboxylic series of water reducer，re-dispersible polymer powders，polypropylene fiber and cellulose ether on the polymer mortar fluidity，compressive strength，flexural strength，bond strength and water retention rate of the polymer repair mortar.What's more，the effect of the quick setting agent on the compressive strength and flexural strength of polymer patching mortar was also studied to make it suitable for spraying.Research results show that when the ratio is polycarboxylic series of water reducer 0.06%，re-dispersible polymer powders 1.0%，3 mm content of polypropylene fiber 0.04%，cellulose ether 0.15%，the 28 d compressive strength，28 d flexural strength and 14 d bond strength of the obtained product is 79.48 MPa，14.5 MPa，and 1.45 MPa，respectively.The performance index is in the first level of the JG/T 289—2010"Polymer mortar for concrete structure reinforcement".Having the best effect and suitable for spraying is quick setting agent 5%.

concrete repair，repair mortar，spraying mortar，re-dispersible polymer powders

TU57+8.12

A

1001-702X（2016）08-0070-04

2015-12-22；

2016-02-18

作業(yè)簡介：郭浩，男，1992年生，山東菏澤人，碩士研究生。