環(huán)氧類聚合物水泥修補(bǔ)砂漿試驗(yàn)研究

劉譽(yù)璟

中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司

1 引言

環(huán)氧樹脂聚合物水泥修補(bǔ)砂漿是由水泥、水、骨料、具有膠結(jié)性質(zhì)的聚合物——水性環(huán)氧樹脂以及外加劑為原材料混合，經(jīng)凝結(jié)硬化而制成的砂漿。聚合物水泥砂漿硬化后，砂漿中的聚合物可有效地封閉連通的孔隙，增加砂漿的密實(shí)性及抗裂性。主要針對(duì)橋梁和擋墻施工過程中因振搗不到位產(chǎn)生的局部不密實(shí)或漏漿產(chǎn)生的蜂窩麻面、露筋等質(zhì)量問題。

2 原材料

主要原材料有：ISO標(biāo)準(zhǔn)砂、P.O42.5水泥（寧波科環(huán)）、改性雙酚A型環(huán)氧樹脂（25℃黏度8000mPa·s～12000mPa·s、環(huán)氧當(dāng)量190～205、密度1.15g/ml～1.16g/ml）、HTW-208型水溶性胺類水性環(huán)氧樹脂固化劑（含固體量為60%、25℃黏度10000mPa·s～15000mPa·s、環(huán)氧當(dāng)量300～360、密度1.08±0.02g/ml）、飲用水。

3 配合比

本試驗(yàn)主要研究了環(huán)氧類聚合物修補(bǔ)砂漿，調(diào)整水性環(huán)氧樹脂溶液中水的比例，制成四種水性環(huán)氧樹脂溶液，固化劑、環(huán)氧樹脂乳液、水的配比（分別為1:1.3:1、1:1.3:2、1:1.3:3、1:1.3:4）和灰砂比（分別為1:2和1:3）配置水性環(huán)氧樹脂水泥修補(bǔ)砂漿，砂漿水料比由砂漿稠度確定（70mm～90mm)，依據(jù)《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》（GB/T 1346—2011）、《混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)用聚合物水泥砂漿》（JG/T 336—2011）規(guī)范進(jìn)行凝結(jié)時(shí)間、抗折、抗壓及黏結(jié)拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)研究。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 水性環(huán)氧樹脂對(duì)水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間的影響

將水性環(huán)氧樹脂乳液摻入水泥漿體，測(cè)得改性水泥砂漿的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間并分別將灰砂比為1:2和1:3時(shí)砂漿的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間繪成柱狀圖，如圖1，圖2所示。

圖1 灰砂比1:2

圖2 灰砂比1:3

聚合物乳液對(duì)水泥凈漿在通常情況下具有一定的緩凝作用，緩凝作用隨著其摻量的增加而增加。但是通過對(duì)比圖中數(shù)據(jù)可知，水性環(huán)氧樹脂改性水泥凈漿的凝結(jié)時(shí)間并未隨著乳液中水的比例的減少呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，而是在達(dá)到一個(gè)極小值（1:1.3:2）后開始有所回升。

4.2 環(huán)氧類聚合物修補(bǔ)砂漿膠砂強(qiáng)度的試驗(yàn)分析

試驗(yàn)試塊的灰砂比分別為1:2和1:3，通過控制砂漿的稠度來(lái)調(diào)整水性環(huán)氧樹脂的摻量，固化劑:環(huán)氧:水分別為1:1.3:1，1:1.3:2，1:1.3:3，1:1.3:4，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7d和28d。按照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》（GB/T 17671—1999）測(cè)定試塊膠砂強(qiáng)度，結(jié)果如表1所示。

表1 調(diào)整水性環(huán)氧樹脂乳液配比和灰砂比測(cè)定的7d與28d膠砂強(qiáng)度

《混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)用聚合物水泥砂漿》（JG/T 336—2011）要求7d抗壓強(qiáng)度≥10MPa，抗折強(qiáng)度≥4MPa，28d抗壓強(qiáng)度≥15MPa，抗折強(qiáng)度≥6MPa。表1數(shù)據(jù)中，聚合物砂漿7d抗壓強(qiáng)度最低為12.2MPa，最高為29.2MPa，抗折強(qiáng)度最低為6.1MPa，最高為12.8MPa，聚合物砂漿28d抗壓強(qiáng)度最低為20.5MPa，最高為39.9MPa，抗折強(qiáng)度最低為6.4MPa，最高為14.9MPa，所有數(shù)據(jù)均為有效數(shù)據(jù)。

4.3 水性環(huán)氧樹脂乳液中水的比例對(duì)膠砂強(qiáng)度的影響

根據(jù)表1調(diào)整灰砂比和水性環(huán)氧樹脂乳液濃度測(cè)定的試塊膠砂強(qiáng)度，分析和應(yīng)用數(shù)據(jù)，繪制出調(diào)整水性環(huán)氧樹脂乳液中水的比例對(duì)抗折強(qiáng)度（圖3）、抗壓強(qiáng)度的影響（圖4）。

圖3

圖4

如圖3所示，灰砂比為1：2時(shí)的抗折強(qiáng)度差值大于1：3時(shí)的抗折強(qiáng)度，說(shuō)明抗折強(qiáng)度隨乳液中水的比例的增高而逐漸降低。由圖4可知抗壓強(qiáng)度都逐漸下降。說(shuō)明隨著乳液中水的比例的增大，抗壓強(qiáng)度逐漸減小。

通過對(duì)上述圖表的分析可知，水性環(huán)氧樹脂的加入使砂漿的抗折抗壓強(qiáng)度均有所提高。與普通的水泥砂漿相比，硬化后的水性環(huán)氧樹脂乳液改性水泥砂漿的力學(xué)性能會(huì)得到一定的改善。

4.4 灰砂比對(duì)膠砂強(qiáng)度影響

根據(jù)表1調(diào)整灰砂比和膠粉摻量測(cè)定的試塊膠砂強(qiáng)度，分析和應(yīng)用數(shù)據(jù)，繪制出灰砂比對(duì)抗折、抗壓強(qiáng)度的影響（圖5、圖6）。

圖5

圖6

由圖5、圖6得出，在砂漿試塊中摻入水的比例不同的水性環(huán)氧樹脂乳液時(shí)，灰砂比為1：2的試塊抗折強(qiáng)度均比灰砂比為1：3大。其中，在水性環(huán)氧樹脂乳液配比為1:1.3:1時(shí)，強(qiáng)度相差最大，灰砂比1:2比灰砂比1:3試塊強(qiáng)度大5.3MPa，當(dāng)水性環(huán)氧樹脂乳液配比為1:1.3:3時(shí)，強(qiáng)度相差最少，相差1.7MPa。灰砂比越小，抗折強(qiáng)度越小。

4.5 水性環(huán)氧樹脂修補(bǔ)砂漿黏結(jié)強(qiáng)度的試驗(yàn)分析

水性環(huán)氧樹脂改性砂漿一般具有良好的黏結(jié)性和耐久性，但由于其價(jià)格昂貴，因此主要用于混凝土結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)，修補(bǔ)能否成功主要取決于新老砂漿的黏結(jié)性能。本試驗(yàn)灰砂比分別為1:2和1:3，調(diào)整水性環(huán)氧樹脂乳液摻量，按《混凝土界面處理劑》（JC/T 907—2002）測(cè)定砂漿黏結(jié)強(qiáng)度，測(cè)定結(jié)果見表2。

表2 水性環(huán)氧樹脂乳液中水的比例與灰砂比對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響

4.6 水性環(huán)氧樹脂摻量對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響

根據(jù)表2調(diào)整灰砂比和膠粉摻量的試塊黏結(jié)強(qiáng)度分析和應(yīng)用數(shù)據(jù)，繪制出圖7膠粉摻量對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響。

圖7

圖8

如圖7所示，在灰砂比為1:2時(shí)，試塊黏結(jié)強(qiáng)度隨著水性環(huán)氧樹脂中水的比例降低而增大，充分說(shuō)明水性環(huán)氧樹脂的摻量對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度有影響，水性環(huán)氧樹脂的摻量與黏結(jié)強(qiáng)度成正比。砂漿內(nèi)摻入水性環(huán)氧樹脂能進(jìn)一步水化使水分減少后形成一層連續(xù)的薄膜，與水化產(chǎn)物及骨料膠結(jié)在一起，從而提高了砂漿的黏結(jié)力。

4.7 不同灰砂比時(shí)膠粉對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響

根據(jù)表2調(diào)整灰砂比和水性環(huán)氧樹脂中水比例的試塊黏結(jié)強(qiáng)度，分析和應(yīng)用數(shù)據(jù)，繪制出圖8灰砂比對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響。

如圖8所示，在砂漿試塊中摻入水的比例不同的水性環(huán)氧樹脂乳液時(shí)，灰砂比為1:2的黏結(jié)強(qiáng)度均比灰砂比為1:3大。其中，在水性環(huán)氧樹脂乳液配比為1:1.3:2時(shí)，強(qiáng)度相差最多，灰砂比為1:2的試塊黏結(jié)強(qiáng)度比灰砂比為1:3的大0.22MPa；其中，在水性環(huán)氧樹脂乳液配比為1:1.3:3時(shí)，強(qiáng)度相差最小，灰砂比為1:2的試塊黏結(jié)強(qiáng)度比灰砂比為1:3的大0.17MPa。說(shuō)明灰砂比對(duì)砂漿黏結(jié)強(qiáng)度有影響，灰砂比越大，黏結(jié)強(qiáng)度越高。

5 結(jié)論

本文進(jìn)行一定量的試驗(yàn)，通過改變水性環(huán)氧乳液的配比和灰砂比研究了其對(duì)新拌水泥砂漿的性能和硬化后水泥砂漿的力學(xué)性能的影響。得出以下幾個(gè)結(jié)論。

（1）通過水性環(huán)氧樹脂乳液配比對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響試驗(yàn)中可知，不同配比的水性環(huán)氧樹脂乳液對(duì)凝結(jié)時(shí)間有影響。水性環(huán)氧樹脂摻量越高，凝結(jié)時(shí)間越低，并且，當(dāng)水性環(huán)氧樹脂摻量達(dá)到一定值時(shí)，凝結(jié)時(shí)間會(huì)有所回彈。

（2）通過水性環(huán)氧樹脂中水的不同比例對(duì)抗壓抗折強(qiáng)度的影響試驗(yàn)可知，抗折、抗壓強(qiáng)度均隨著砂漿中水性環(huán)氧樹脂摻量的增加，呈上升趨勢(shì)。水性環(huán)氧樹脂摻加量越高，抗壓抗折強(qiáng)度越高。

（3）灰砂比不同時(shí)水性環(huán)氧樹脂對(duì)抗折和抗壓強(qiáng)度的影響相同，灰砂比越低，抗折和抗壓強(qiáng)度就越低。因?yàn)榛疑氨仍叫?，粉料總量不變，所以水泥含量就越少，骨料越多，可能影響了抗壓?qiáng)度。

（4）在水性環(huán)氧樹脂對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響試驗(yàn)中表明，水性環(huán)氧樹脂摻量越多黏結(jié)強(qiáng)度越大，并趨于平穩(wěn)。砂漿內(nèi)摻入水性環(huán)氧樹脂能進(jìn)一步水化使水分減少，在凝膠體上和空隙中緊密堆積的聚合物顆粒便凝結(jié)形成連續(xù)的薄膜，形成與水泥漿體互穿基質(zhì)的混合物，并且使水化產(chǎn)物之間及骨料互相膠結(jié)，從而提高了砂漿的黏結(jié)力。