醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳膠粉對水泥基灌漿料力學性能的影響

李偉，鄭春揚，邵楷模，吉飛，王可汗

（江蘇奧萊特新材料股份有限公司，江蘇 南京 210009）

0 引言

醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳膠粉作為一種新型的聚合物材料在水泥砂漿中的應用已經較為廣泛，加水后可形成堅韌、致密的薄膜，與水泥水化產物、骨料形成連續(xù)相，從而使改性的水泥基材料具有粘結強度高、抗裂、抗?jié)B性能好、抗壓彈性模量低、干縮變形小、耐磨抗腐蝕等優(yōu)點。國內很多學者均對乳膠粉應用進行了研究[1-9]：李文杰等[1]的研究發(fā)現，摻入一定量的可再分散乳膠粉有助于提高高強自流平砂漿的穩(wěn)定性、抗折強度，起到增強增韌效果；胡玉葉等[2]的研究發(fā)現，摻加可再分散乳膠粉的水泥基自流平砂漿具有快凝、早強、自流平性好、物理力學性能優(yōu)等特點。然而，筆者通過試驗發(fā)現，摻入乳膠粉的灌漿料，盡管砂漿和易性得到極大的改善，但砂漿的早期和后期強度出現了一定程度的降低。本文從水泥水化程度以及水泥石微觀孔結構2 個方面研究了可分散乳膠粉對水泥基灌漿料力學性能的影響。

1 試驗

1.1 原材料

水泥：句容臺水泥有限公司生產的P·O42.5 水泥，比表面積為360 m2/kg；集料：采用40～70 目石英砂和400 目重鈣粉；乳膠粉：醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳膠粉，固含量（99±1）%，白色粉末，400 μm 篩余不超過4%，最低成膜溫度為0 ℃；早強劑：工業(yè)級，Ca（HCOO）2含量為98%，蘇州東陽化工有限公司；減水劑：ART-JR 型聚羧酸系減水劑，江蘇奧萊特新材料股份有限公司，固含量97%，減水率32%；有機硅消泡劑：德國明凌化工公司AGITAN P823；增稠劑：甲基羥乙基纖維素醚，黏度3400～4600 mPa·s，阿克蘇諾貝爾公司Bermocoll BCM107。

1.2 樣品制備

水泥基灌漿料的配合比見表1。

表1 水泥基灌漿料的配合比

將原材料按照表1 中的比例稱好，用砂漿攪拌機將干粉攪拌30 s，加入部分水慢攪90 s，使其成黏稠狀，之后快速攪拌60 s，再慢攪拌60 s，同時加入剩余水。采用尺寸40 mm×40 mm×160 mm 的三聯模成型試樣，砂漿直接流入模具，不必振動。帶模標準養(yǎng)護24 h，脫模后試件標準養(yǎng)護至1、3、28 d 并測試其力學性能和微觀孔結構。

將水泥分別與不同摻量的乳膠粉充分混勻，按照水灰比0.4 制成凈漿。密封后標準養(yǎng)護至1 d 和3 d。將養(yǎng)護至相應齡期的漿體除去表層（≥1 mm），破碎后用無水乙醇浸泡24 h，真空干燥后，將樣品分別磨碎成粉末樣品放入干燥器冷卻備用。

1.3 測試方法

灌漿料的強度參照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》進行測試；采用美國Quanta Chrome 公司的Autoscan-60 壓汞儀對成型試件的微觀孔結構進行測試；采用Rigaku D/max 2550 型X 射線衍射儀觀察水化產物的衍射圖譜；采用德國NETZSCH 公司的STA449F3 綜合熱分析儀進行差熱和熱重分析。

2 結果與討論

2.1 乳膠粉摻量對灌漿料強度的影響（見圖1）

從圖1 可以看出，隨著乳膠粉摻量的增加，水泥基灌漿料的1、3、28 d 抗壓和抗折強度均逐漸降低；且隨著乳膠粉摻量的增加，強度降低更為明顯。當乳膠粉摻量為5%時，1、3、28 d抗壓強度較未摻乳膠粉的基準組分別降低了27.3%、26.6%、20.5%，1、3、28 d 抗折強度較基準組分別降低了28.1%、17.6%、10.4%。從強度角度考慮，建議乳膠粉摻量不超過3%。

圖1 乳膠粉摻量對灌漿料強度的影響

2.2 水泥漿的水化程度

2.2.1 XRD 分析

圖2 為水化1 d 和3 d 時不同摻量乳膠粉水泥漿體在2θ為17°～19°的步進掃描XRD 圖譜。

圖2 不同摻量乳膠粉水泥漿體在2θ=17°～19°的XRD 圖譜

圖2 中18°附近出現的是水化產物Ca（OH）2的（001）晶面特征衍射峰，可以看出，隨著乳膠粉摻量的增加，水化產物Ca（OH）2的（001）晶面特征衍射峰強度降低，利用“MDI Jade 6.5”軟件可以將特征衍射峰的降低程度進行積分，得到水化產物Ca（OH）2（001）晶面衍射峰的間距、半峰寬、最大強度、積分強度，結果見表2。

表2 不同摻量乳膠粉水泥漿體中Ca（OH）2 的（001）晶面XRD 特征衍射峰積分結果

由表2 可見，隨著養(yǎng)護齡期的延長，Ca（OH）2生成量逐漸增多；在同樣養(yǎng)護齡期時，隨著乳膠粉摻量的增加，Ca（OH）2生成量逐漸減少。養(yǎng)護1、3 d，5%摻量和9%摻量乳膠粉改性水泥漿體中Ca（OH）2的生成量均比未改性水泥漿體要少。這說明了乳膠粉的摻加延緩了水泥的早期水化，且隨著齡期的延長這一作用逐漸減弱。

圖3 為水化1 d 和3 d 時不同摻量乳膠粉水泥漿體在2θ為51°～53°的步進掃描XRD 圖譜，其中，51.7°附近出現的是C3S的（220）晶面特征衍射峰，對其進行積分，結果如表3所示。

圖3 不同摻量乳膠粉水泥漿體在2θ=51°～53°的XRD 圖譜

表3 不同摻量乳膠粉的水泥漿體中C3S 的（220）晶面XRD特征衍射峰積分結果

由表3 可以看出：不同水化齡期，摻乳膠粉的漿體C3S 峰強度高于未摻乳膠粉的，與Ca（OH）2生成量的變化趨勢相反。

2.2.2 DSC-TG 分析（見圖4）

圖4 不同摻量乳膠粉樣品水化3 d 的DSC-TG 曲線

由圖4 可以看出：在100 ℃左右的吸熱峰是鈣礬石或水化硅酸鈣脫水吸熱峰，DSC-TG 結果均顯示此溫度范圍內，摻乳膠粉的樣品質量損失小于不摻乳膠粉的，且隨著乳膠粉摻量的增加，質量損失更大，這說明摻乳膠粉時生成的CSH 凝膠和AFt 要少于不摻乳膠粉的。在400 ℃左右的吸熱峰是Ca（OH）2的分解，可以看出，未摻乳膠粉的生成Ca（OH）2量要比摻乳膠粉的多。這與XRD 測試結果相同?？梢缘贸觯瑩饺槟z粉減緩了水泥的水化，從而降低了早期強度。

2.3 孔結構分析（見圖5 和表4）

由圖5 和表4 可以看出，摻乳膠粉的灌漿料總孔隙率和有害孔的百分比比不摻的高，且隨著乳膠粉摻量的增加作用更明顯。這是由于乳膠粉加入到灌漿料中，由于界面作用，隨著攪拌的進行更容易引入大量氣泡，導致強度降低。

圖5 不同乳膠粉摻量漿體的孔結構

表4 不同乳膠粉摻量漿體的特征孔徑

3 結論

（1）隨著乳膠粉摻量的增加，水泥基灌漿料的1、3、28 d抗壓和抗折強度均逐漸降低。乳膠粉摻量的增加對水泥基灌漿料的強度發(fā)展不利。

（2）微觀分析表明，乳膠粉的摻入延緩了水泥早期的水化，且會引入大量氣泡，導致水泥基灌漿料早期和后期強度降低，建議乳膠粉摻量不要超過3%，否則會對水泥基灌漿料的力學性能產生不利的影響。