聚合物和礦物摻合料對水泥砂漿性能的影響研究

施洪亮

南通市建筑科學研究院有限公司，江蘇南通 226002

1 聚合物改性水泥砂漿性能研究進展

聚合物乳液或者是聚合物干粉均具備減水的性能，當然減水率也會隨著聚合物摻和量的加大而提升。研究表明，乳液改性水泥會將的流動性發(fā)生變化，改性灰漿則呈現(xiàn)出來的是較為顯著的剪切變稀以及搖溶性的流變方式。王培銘等主要研究的是丁苯與聚合物干粉對于新拌砂漿保水率因素的影響，相應的結(jié)果顯示，丁苯乳液具備優(yōu)良的保水性能，在聚灰比例加大而逐步的呈現(xiàn)出來單增的現(xiàn)象。在聚合物摻入量是7.5%的時候，保水率已經(jīng)趨于98%，逐步加大丁苯摻入的量，隨即寶水量的增長而變?。涣u乙基甲基纖維素醚可以有效地加大砂漿的保水性。另外，可再分散乳膠也可以有效地提升新拌砂漿自身的保水性能，在將可再分散乳膠粉和羥乙基甲基纖維素醚混和在一起的時候，砂漿自身的保水性也會更優(yōu)越一些。聚合物乳液或者是干粉改性的時候，其所具備的作用就是表面活性劑，可以很好地在砂漿之中來將諸多的氣泡引入進來。

2 試驗原材料

2.1 水泥和礦物摻和料

本次試驗主要運用的普通硅酸鹽水泥，在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，硅灰則是其中的副產(chǎn)品，主要包括硅鐵、金屬硅以及高爐礦渣。研究主要運用的材料的具備相應的物理化學性能，具體見表1。

表1 水泥、礦渣以及硅灰的物理化學特性

2.2 聚合物

在選擇聚合物的時候，主要運用的是EVA、PAE與SBR聚合物乳液，并且運用有機硅乳液來作為其中的分散劑。聚合物乳液的各項技術(shù)指標見表2。

表2 聚合物各項性能指標

2.3 細集料

細集料主要選用的是河砂，其中最大粒徑在1.2mm，其自身的細度模數(shù)是2.40，具體的技術(shù)指標見表3。

表3 砂技術(shù)指標

3 試驗方法

（1） 強度性能。試件養(yǎng)護的溫度在（20±2） ℃，在試件成型之后需要運用薄膜來進行試件表面的覆蓋工作，時間為7d。之后在濕度是（60±5） %的情況下來進行自然養(yǎng)護，時間則是28d，嚴格遵照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》所測試的各個齡期的抗折和抗壓的強度。

（2） 透水性能。運用常水頭滲透系數(shù)測試儀來測試相應的滲透系數(shù)，在這之中，試件的尺寸則主要為15cm×15cm的圓柱體。

（3） 表面功能性。依照具體的配合比所成型的30cm×30cm×5cm的車轍板，其主要運用的是鋪砂法來進行車轍板試件構(gòu)造深度的測試，主要運用的是擺式路面摩擦系數(shù)測定儀測試試件表面抗滑摩擦具體的擺值。

4 試驗結(jié)果及分析

4.1 礦物摻合料對PMPC強度性能及透水性能的影響

試驗基準配合比見表4。由表4可知，其主要運用的是2%～10%摻量的硅灰以及5%～15%摻量的粉煤灰等來替代水泥。針對摻量礦物摻合料影響到聚合物改性多孔水泥混凝土強度與透水性的程度可以看出來，兩類礦物摻和料代替了水泥，PMPC的28d強度得到了很大的提升。粉煤灰摻量為10%或者是硅灰摻量為6%的時候，PMPC自身的強度性能可以有較大提升。在28d，抗壓強度分別達到了23.47MPa，其28d抗折強度已經(jīng)達到了5.2、5.9MPa。

表4 試驗基準配合比

究其原因，主要是由于和水泥相比較粉煤灰 （2.10g/cm3） 與硅灰 （2.23g/cm3） 的密度都要比較 （3.10g/cm3） 小，也就是說，相同質(zhì)量代替水泥，事實上會加大膠凝材料漿體的體積，確保硬化漿體膜的厚度變大，進而增加集料自身接觸點的范圍；粉煤灰與硅灰的微集料添加的作用，相應的縮減了水泥石自身毛細孔之間的間隙，同時也會進一步提升混凝土自身的強度。粉煤灰雖然活性不足，但是其中水泥的密度則是70%，相同質(zhì)量代替5%～15%水泥之后，漿體的體積也會隨即加大5%～10%之間，所以添加相應量粉煤灰的PMPC7d強度也會相應的加大，之后的強度也會進一步得到提升。對比分析28d強度和7d強度，明顯要高出30%～50%。針對硅灰而言，其表面積已經(jīng)達到了18000m2/kg，也具備優(yōu)良的微填充作用，可以進一步的加大集料等各個結(jié)構(gòu)單元之間接觸范圍。

PMPC中添加相應量的硅灰或者是粉煤灰，對于混凝土的滲透系數(shù)與孔隙率而言都會產(chǎn)生相應的影響。會加大漿體的體積，混凝土的孔隙率會隨即減小，相應的滲透系數(shù)也會變小。

4.2 礦物摻合料對PMPC表面功能的影響

摻入適量的硅灰與粉煤灰，對于PMPC表面構(gòu)造深度和抗滑系數(shù)的影響十分明顯，隨著硅灰與粉煤灰取代水泥量的加大，其抗滑擺值與表面構(gòu)造深度隨即降低，在運用10%的粉煤灰或者是6%硅灰的時候，PMPC表面構(gòu)造深度在1mm之上，其表面抗滑擺值在40BPN之上，與《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》之中的對于表面功能性的規(guī)范基本保持一致。

4.3 PMPC的結(jié)構(gòu)模型

由開級配的粗集料和相應量的細集料組成PMPC的結(jié)構(gòu)骨架，該結(jié)構(gòu)可以看做是由其表面包裹了相應厚度凝膠材料漿體的粗集料堆砌在一起，礦物摻合料與細集料相互填充在一起之后所形成的大孔之中所組建的聚集體，摻入的礦物摻和料可以進一步強化集料之中各個顆粒之間接觸，混凝土依舊留有充分的連通孔隙，可進一步增加混凝土自身的強度。

對于多孔混凝土而言，其自身的強度并不是簡單的由結(jié)構(gòu)單元強度來進行決定的，其主要看的是結(jié)構(gòu)單元之間的黏結(jié)度。所以，PMPC材料的強度不能單純的依靠普通混凝土的膠集比與水灰比來實施，其主要運用一類新型化的模型來體現(xiàn)，一類接觸元模型與結(jié)構(gòu)特征基本一致，其主要可以運用式（1） 來進行展現(xiàn)：

式中：R0——材料的強度；Ri——各個接觸點之間銜接的強度；Xi——接觸點面積；fi——接觸點部位的內(nèi)摩擦系數(shù)；Pi——接觸點部位的壓力。

上述模型具體可以解釋：雖然水泥石自身的抗壓強度相對較高，一般都保持在50MPa之上，但是因為PMPC之中存在諸多的孔隙，各個接觸點的范圍相對較小，強度一般在10～30MPa之間，抗彎拉的強度則是在1.5～4.5MPa之間。在水泥自身級配不合理和聚合物用量相對較小的情況下，各個接觸點的范圍也會因此而變小，內(nèi)摩擦系數(shù)也需要進一步的提升，使得PMPC的強度性能變小。配比適宜的集料級配、礦物摻合料摻量、聚合物以及水泥可確保PMPC自身的強度。

5 結(jié)語

目前，聚合物改性水泥砂漿 （PMM） 是一類優(yōu)良的水泥混凝土修補的材料，其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在抗碳化性、抗氯離子滲透、吸水性較小、收縮率低以及粘結(jié)力性能良好。PMM之中的聚合物主要涵蓋單體、液體樹脂、水溶性聚合物、可再分散的聚合物粉末與乳膠，其中，乳膠改性砂漿則是目前最為常用的聚合物改性水泥砂漿。在PMM之中，聚合物與水泥水化產(chǎn)物相互之間形成了一種薄膜，并有效地將粗集料緊密的粘結(jié)在一起，并將相應的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組建出來，在最大限度之上來充分的確保其具備很好的耐久性與力學性能。

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