聚合物砂浆的研究应用

聚合物砂浆的研究应用（共7篇）

聚合物砂浆的研究应用 篇1

1 聚合物砂浆的发展与现状

由于对高分子材料结构与性能的深入认识, 促进了越来越多的聚合物应用于建筑行业。在建筑砂浆方面, 普通水泥砂浆已经不能满足需要, 为了使砂浆具有其特殊的性能来满足其特殊环境与场所的需要, 在水泥砂浆中加入聚合物来进行改性。不同分子量大小的聚合物具有分散作用、絮凝作用、增稠作用和减阻作用等不同性能, 经过大量的试验研究发现[1], 在普通水泥砂浆中加入聚合物可以大大提高水泥砂浆的性能, 而且聚合物可以长期地发挥作用。

通过聚合物改性过的水泥砂浆称为聚合物改性砂浆。聚合物改性砂浆由于其优异的性能广泛应用于建筑材料中, 聚合物在水泥砂浆和混凝土中的改性机理已研究了80多年了[2]。美国是世界上聚合物复合材料开发应用的先行国家, 聚合物水泥砂浆在建筑上应用十分广泛。80年代常采用的聚合物胶乳是丁苯和丙烯酸酯胶乳。现在, 常用保水剂是纤维素醚, 聚合物水泥砂浆也被用作新型墙体材料的粘结材料。粉状再分散胶乳和水溶性胶乳, 以双包装的形式供货以商品化, 而砂浆也早以商品砂浆和干粉砂浆的形式供应。在日本, 聚合物砂浆和混凝土在70年代己成为主要结构材料。原材料主要为环氧树脂、不饱和聚酯材料、乙烯聚酯树脂、丙烯酸树脂 (以甲基丙烯酸为基础的树脂) , 聚合物砂浆广泛作装饰、修补用。日本聚合物砂浆研究发展较快, 就其粘结材料而言, 应用了新的液体树脂, 如高分子量甲基丙烯酸、低聚合度丙烯酸单体和尿醛、甲基丙烯酸等, 也有将不饱和树脂和乙烯单体组成的粘结料用于复合材料或复合液体树脂。美国和日本都制定了聚合物应用于水泥混凝土的标准, 例如美国ACI584《使用聚合物混凝土的指南》, 日本JISA1171-1174, A6203有关聚合物水泥砂浆试验室试样成型、强度试验、坍落度试验、容重及空隙率试验标准及用于水泥砂浆改性的聚合物性质试验标准[3]。

我国直至60-70年代才开始研究掺天然乳胶、丁苯胶乳、氯丁胶乳、氯偏胶乳和丙烯酸酯共聚胶乳的聚合物水泥砂浆, 聚合物改性水泥砂浆由于具有多种优良性质而受到建筑、交通、水利和化工等领域的关注, 并开始在硅酸盐水泥混凝土的修补以及耐腐蚀、外墙喷涂、防水涂层、隔热保温、地下工程防漏和桥面等实际工程中应用。例如由于丙烯酸乳液和醋酸乙烯共聚 (EVA) 乳液的开发应用, 水利部门利用该乳液对水库大坝进行修补, 其工程耐久性已达10年以上[4]。

随着发达国家对建筑质量要求的不断提高, 对建筑应用材料的多样化的需求, 使得干拌砂浆 (通常指使用聚合物胶粉改性的砂浆) 应用比例逐年增加。例如, 2000年欧洲干拌砂浆的产量为 (35~40) ×106吨/年, 并以每年约12%的平均增长率增长。2001年的干拌砂浆生产量为:德国10×106吨/年、意大利3×106吨/年、法国2.7×106吨/年、西欧的总消耗量30×106吨/年, 世界范围内的消耗量为 (50~60) ×106吨/年[5]。近年来, 国内经济的快速发展促进了大量国外投资和先进技术的引入, 从而带动了聚合物砂浆的研究、开发、生产和应用, 以致我国的干拌砂浆产量连年高速增长, 2005年我国干拌砂浆产量高达近500万吨。2009年, 我国的干拌砂浆生产厂家达到500余家, 其中具有一定规模生产能力的厂家有300多家, 干拌砂浆设计能力为5000万吨, 实际产量1800万吨, 产能比例为36%, 占全球总产量1.5亿吨的12%。

2 聚合物砂浆的分类、性质

2.1 聚合物砂浆的分类

砂浆是一种传统的建筑材料, 聚合物应用于砂浆中形成的为聚合物砂浆复合材料。水泥基聚合物复合材料按其化学构成分为两类:一类是以聚合物为基、水泥为填充料合成的, 最常见的如目前大量应用于工程防水的“聚合物水泥涂料”;另一类是以水泥为基, 以聚合物单体或数种聚合物对水泥进行改性的复合材料, 如各种聚合物水泥混凝土及各种聚合物水泥砂浆等树脂砂浆。

一般把聚合物在砂浆中的应用分3种类型, 即聚合物砂浆 (PM) 、聚合物浸渍砂浆 (PIM) 和聚合物改性砂浆 (PMM) 。聚合物砂浆是用聚合物作为胶结材料的砂浆, 在聚合物砂浆中用作胶结材料的聚合物组分最终全部参与固化反应, 使得聚合物砂浆的抗渗透性比普通砂浆的高的多, 具有优良的耐久性。聚合物浸渍砂浆是将干燥后的砂浆浸渍在可聚合的低分子单体或预聚体中, 在单体或预聚体渗入砂浆中的空隙后引发聚合所得到的聚合物砂浆复合材料。这种材料工艺过程复杂、成本很高, 主要应用于高强混凝土制品和桥梁路面的损坏修复, 少量地应用于地面材料的加强修补。聚合物改性砂浆是将水泥和骨料在混合的时候与分散在水中、或者可以在水中分散的有机聚合物材料结合所生成的复合材料。用于聚合物改性砂浆的聚合物有聚合物乳液、水溶性聚合物、可再分散的聚合物粉料和液体聚合物等。聚合物乳液改性砂浆乳液聚合时主要使用非离子型的乳化剂, 用乳液改性水泥砂浆的聚合物包括天然橡胶、丁苯橡胶、乙烯-乙酸乙烯共聚物、丙烯酸酯乳液、氯丁胶乳以及苯丙乳液等。可再分散的聚合物粉料在水中很容易重新乳化而得到聚合物, 再与其他组分反应。它只不过是先与水泥和骨料进行干混, 再加水湿拌才重新乳化成乳液, 并在养护过程干燥成膜, 从而起到对水泥砂浆改性的目的。

2.2 聚合物砂浆的性质

聚合物改性剂和水泥改性剂是构成聚合物砂浆的主要成分, 它们起着改善和提高砂浆的性能, 如强度、变形、粘结、防水、耐久等性能。在水中, 聚合物乳液是一种由聚合物单体经乳化器制成的细小分散状胶质粒子。影响聚合物改性砂浆的物理性能的因素除了影响未改性水泥砂浆物理性能因素外, 还受聚合物的特性决定, 如成分、PH值、密度、最低成膜温度等[6,7]。

聚合物改性水泥砂浆的抗弯强度、抗拉强度、粘结强度和耐磨性能通常超过未改性水泥砂浆。在聚合物砂浆加水搅拌时, 聚合物颗粒自行分散, 并不会同水泥粘聚, 一方面由细分散有机聚合物颗粒之间润滑效应, 使砂浆的组分能够单独流动;另一方面细分散有机聚合物对空气有诱导效应, 赋予砂浆可压缩性, 因此, 可以改善砂浆的施工和易性。聚合物砂浆在水泥水化后形成刚性骨架, 而在骨架内聚合物形成的聚合物膜具有活动接头的功能, 可以保证刚性骨架的弹性和韧性。聚合物膜抗拉强度比普通砂浆的抗拉强度要大10倍以上, 改善砂浆的抗拉强度[8]。

聚合物改性砂浆具有较好的抗渗性能[9,10]。具有良好柔性和粘结性的聚合物能够充分适应水泥以及砂浆干燥过程中颗粒之间的变化, 更好地搭接裂缝以及防止裂缝的出现, 从而减少砂浆中相互连通的毛细孔。渗水量随聚合物与水泥的比率的增加而减少, 干缩值随聚合物与水泥的比率的增加而增大。

由于聚合物在砂浆中形成网状结构, 填充砂浆中较大的孔隙, 通过聚合物改性的砂浆可以显著地提高砂浆抗流动硫酸盐侵蚀的能力[11]。Aggarwal[12]用环氧丙烯酸乳剂研制的聚合物砂浆有效地抵抗聚合物在湿碱性环境中的再次乳化, 并且具有较高的强度和良好的抵抗氯离子及CO2的侵蚀。

Singha[13]研究表明, 随羟乙基纤维素掺量的增加, 水泥浆体3天和7天的水化放热逐渐降低, 但是28天和91天的水化放热则没有明显差异。加入羟乙基纤维素的水泥砂浆可以提高其抗折强度, 其原因是在压力的作用下聚合物与水泥材料之间的力相互传递[14]。羟乙基纤维素能够显著提高水泥砂浆的吸水性与抗盐、酸侵蚀性, 原因在于羟乙基纤维素降低了水泥砂浆的孔隙率。

3 聚合物砂浆的作用机理

聚合物乳液改性水泥砂浆的固化成膜及结构形成机理是[15,16,17]:以乳液形式掺加到水泥砂浆中的聚合物, 在水泥砂浆搅拌均匀后, 聚合物乳液颗粒会相当均匀地分散在水泥砂浆体系中, 随着水泥的水化, 体系中的水不断地被水化水泥所结合, 乳液中的聚合物颗粒会相互融合而连接在一起, 并与水溶性的固化剂相结合反应在水泥表面固化成膜, 随着体系中的水分不断减少, 聚合物在水泥砂浆中形成网状结构, 形成水泥基复合材料。其结构形成过程大致分为3个阶段:

(1) 第一阶段:当聚合物乳液在水泥砂浆搅拌过程中掺入到水泥砂浆后, 乳液中的聚合物颗粒均匀分布在水泥浆体中, 形成聚合物水泥浆体。在这一体系中, 随着水泥的水化, 水泥凝胶逐渐形成, 并且液相中的Ca (OH) 2达到饱和状态, 同时聚合物颗粒沉积在水泥凝胶 (凝胶中可包含着未水化的水泥) 颗粒的表而, 这一过程类似于液相中的Ca (OH) 2与矿物表面的硅酸盐反应形成一层硅酸钙凝胶的过程。

(2) 第二阶段:随着水量的减少, 水泥凝胶结构在发展, 聚合物逐渐被限制在毛细孔隙中, 随着水化的进一步进行, 毛细孔隙中的水量减少, 聚合物颗粒絮凝在一起, 在水化凝胶 (包括未水化水泥颗粒) 的表面形成聚合物密封层, 聚合物密封层也粘结了骨料颗粒的表面及水泥水化凝胶与水泥颗粒混合物的表面, 因此, 混合物中的较大孔隙被有粘结性的聚合物填充。由于水泥浆体中的孔隙尺寸只有零点几纳米到几百纳米之间, 而聚合物颗粒尺寸一般在50~500纳米之间, 所以也可以认为聚合物颗粒主要填充在水泥浆体孔隙中。另外一些聚合物分子中的活性基团也能与水泥水化产物中的Ca2+、Al3+等发生交联反应, 形成特殊的桥键, 改善水泥砂浆硬化体的物理组织结构, 缓解内应力, 减少微裂缝的产生, 从而增加聚合物改性水泥砂浆复合材料的致密性。

(3) 第三阶段:由于水化过程的不断进行, 凝聚在一起的聚合物颗粒之间的水分逐渐被全部吸收到水化过程的化学结合水中去, 最终聚合物颗粒完全融合在一起并与固化剂反应而形成聚合物网结构, 聚合物网结构把水泥水化产物联结在一起, 即水泥水化物与聚合物交织缠绕在一起, 因而改善了水泥石的结构形态[18,19,20]。

Schulze和Killermann[21]通过电子扫描显微镜研究其表面结构, 得出分散在其中乳汁状的聚合物至少在10年不会发生微结构上的变化。另一些研究则集中在水接触的空隙率尺寸的变化, 有水的侵入导致的聚合物砂浆收缩和膨胀比在混凝土中还要频繁。

水泥在聚合物砂浆中的水化产生大量的氢氧钙石和胶孔, 在干燥状态下, 7天基本停止水化, 在湿状态下进一步水化。除了聚合物膜的形成强度之外, 水泥水化是另一主要的强度产生机制, 尤其在湿状态下, 聚合物溶解, 乳胶薄膜膨胀变柔和, 水泥的水化是砂浆强度产生主要原因[22]。

聚乙烯醇能够降低水泥中的化学结合水的含量以及游离氢氧化钙的含量, 延缓水泥的水化过程[23]。Georgescu等[24]利用热分析和红外分析研究表明, 聚乙烯醇能够延缓水泥水化过程, 延缓Aft和AFm之间的转化, 但有利于CAH10的形成;由于聚乙醇与水泥熟料矿物的相互作用, 在聚合物的支链上有金属离子, 且其结构随水化龄期而变化。

在水泥砂浆中加入一些聚合物会对砂浆起到缓凝作用。羟乙基纤维素的缓凝作用是由于其延迟了H3O+吸附到水泥颗粒表面的速度, 以及由于其包裹在水泥颗粒表面延缓了C3S的水化。羟乙基纤维素的缓凝作用也与其粘度、溶解度、极性、链长以及功能基团有关[25,26,27]。但是Ben-Dor[28]则认为是由于羟基是极性基团, 并且本质上是吸湿的, 因此减少了硅酸盐矿物水化所需的水分, 从而延缓了其水化进程。

4 聚合物砂浆的技术研究

国外利用包括红外分析、压汞分析、扫描电镜分析、X—射线衍射分析等微观测试手段, 研究过聚合物对水泥浆体的水化过程影响及作用机理。研究表明, 聚合物在水泥浆体内存在化学作用和/或物理作用, 一般会在水泥浆体内形成聚合物膜。聚合物在水泥浆体内化学作用或物理作用取决于聚合物的种类、成分和掺量等。水泥浆体内形成的聚合物膜形状、厚度以及连接情况也取决于聚合物种类、掺量以及养护条件、水化龄期等。聚合物干粉会对水泥浆体的水化进程产生一定的影响, 一定程度上促进或延缓水泥的水化, 并对水泥水化产物如钙矾石、Ca (OH) 2、水榴石晶体、C-S-H凝胶等以及水泥浆体内部结构包括孔结构具有一定影响。聚合物种类、掺量、性质以及养护制度等对聚合物改性水泥砂浆的性能和结构起主导作用。应根据具体工程要求, 选择使用合适的聚合物干粉配制相应的干粉砂浆, 以满足工程技术要求。

在高新技术如纳米技术的应用方面, 有非常独到的地方。运用现代纳米技术在建筑干粉内添加不同的纳米材料, 可以使内外墙用建筑干粉具有净化空气中的废气的功能。

5 结语

随着国家经济的发展和人们对环境的日益重视, 干拌砂浆获得了大力的发展, 使得目前聚合物砂浆的研究主要集中在高质量的可再分散聚合物粉末, 并且运用日益飞速发展的新技术、新工艺使聚合物砂浆更具有节约化、环保化、自洁化等功能。聚合物砂浆的理论研究主要集中在聚合物共混改性水泥砂浆, 聚合物种类、成分、掺量对水泥砂浆部分性能影响等, 要独立地科学地研制新型聚合物砂浆品种, 聚合物对水泥砂浆改性的机理还有待更加深入的认识。

摘要：本文介绍了国内外聚合物砂浆的发展现状及其应用, 与普通砂浆相比, 聚合物砂浆具有许多优良的性能, 研究和发展聚合物砂浆具有现实意义。探讨了聚合物砂浆的作用机理, 分析了聚合物砂浆的技术研究趋势, 并对聚合物砂浆的应用进行了展望。

关键词：聚合物砂浆,改性机理,应用

聚合物镁水泥砂浆性能研究及应用 篇2

关键词：聚合物镁水泥砂浆,菱镁改性剂,增韧降溶剂,大棚骨架,保温鸡舍,屋面防水

0 引言

聚合物镁水泥砂浆是以聚合物作为菱镁改性剂的镁水泥砂浆。由于聚合物具有良好的粘结力和较高的抗拉强度，使得聚合物镁水泥砂浆的抗折强度较普通镁水泥都有所提高；同时聚合物的加入也改善了镁水泥砂浆的微观结构，使得镁水泥砂浆的密实度提高，耐水性及抗吸潮返卤性能得以根本改观。然而实践生产中，聚合物种类繁多，如何正确选择聚合物并确定其掺加量尤为重要。文章选用三种聚合物，并测试每种聚合物在不同掺量下镁水泥砂浆的各项性能指标，系统地掌握了聚合物种类及掺量对镁水泥砂浆性能的影响规律，分析了聚合物改性镁水泥砂浆的机理，并就其应用作了简单介绍。

1 试验程序

1.1 原材料

轻烧氧化镁：辽宁海城产，主要化学成分见表1。卤片：济南镁辰建材机械有限公司产，主要化学成分见表2。提前12h配制成24波美度的卤水陈化备用。

高分子乳液：乳白色液体，PH值：7，固含量：62%，市购。

GX-12#增韧降溶剂：墨绿色粘稠液体，PH值：8，固含量：23%，济南镁辰建材机械有限公司研制。

聚乙烯醇：市购，配制成质量分数10%聚乙烯醇溶液，配制方法如下：边搅拌边将1份聚乙烯醇加入9份20℃左右水中，充分搅拌均匀后，水浴加热至95℃，恒温1h并不断搅拌，直至完全溶解，置于密闭容器备用。

细砂：细度模数1.6-3.0，市购。

1.2 砂浆配比

活性氧化镁与氯化镁摩尔比为8。聚合物的掺量参照轻烧氧化镁重量的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%。细砂的用量根据砂浆流动性确定，砂浆流动性用胶砂扩散度表示，控制在160～170mm之间，详细配比见表3。

注：以上比例为：轻烧氧化镁：卤水：细砂：聚合物.

1.3 试样的成型和养护

按表3的配比准确称量各原材料，用符合JC/T 681要求的胶砂搅拌机搅拌，最后在符合JC/T 682要求的振实台上振实成型。成型试样在温度（20±2）℃，相对湿度（70±5）%的条件下养护24h后脱模，并在此条件下养护至各龄期。

1.4 砂浆性能的测试

1.4.1 抗折、抗压强度

采用40mm×40mm×160mm试样，测试及数据处理参照GB 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》。

1.4.2 不透水性试验

采用300mm×300mm×4mm的平板试样，测试方法参照GB/T 7019-1997《纤维水泥制品试验方法》，试验结果评定延长为48h后检查试样底面有无水滴形成。

1.4.3 耐水性与吸水率

聚合物镁水泥砂浆长期浸水其物理力学性能不显著下降的性质，称为耐水性，一般用软化系数来表征。

软化系数测试采用40mm×40mm×160mm试样，测试及数据处理参照WB/T 1023-2005《菱镁胶凝材料改性剂》。

吸水率测试采用80mm×80mm×5mm试样，测试及数据处理参照GB/T 7019-1997《纤维水泥制品试验方法》。

1.4.4 抗卤性能

抗吸潮返卤性是指聚合物镁水泥砂浆在潮湿的环境中表面抵抗吸潮返卤的能力。检测方法参照WB/T 1023-2005《菱镁胶凝材料改性剂》，将观察时间延长至72h。

2 结果与分析

2.1 抗折、抗压强度

砂浆的抗折、抗压强度结果见图1、图2。从结果可以看出：加入高分子乳液后，砂浆抗折强度略有提高，掺量1%时，出现峰值；抗压强度出现先提高后下降趋势，掺加量1%时，出现峰值。加入GX-12#增韧降溶剂后，砂浆抗折强度有明显提高，且随掺加量的增加持续提高；抗压强度随掺加量的增加略有下降趋势。加入10%聚乙烯醇溶液后，砂浆的抗折、抗压强度均有下降趋势，抗折强度下降幅度不大；抗压强度当掺加量超过1.5%下降明显。

2.2 不透水性实验

不透水性试验结果见表4。从结果可以看出，加入聚合物后，砂浆的不透水性都有明显提高，其中以加GX-12#增韧降溶剂的效果最佳。

2.3 耐水性与吸水率

软化系数试验结果见图3。从结果可以看出：加入高分子乳液后，砂浆软化系数呈提高趋势，掺量2%时，软化系数最大，耐水性最好；加入GX-12#增韧降溶剂和10%聚乙烯醇溶液后，砂浆软化系数呈先升后降趋势，掺加量1%时，出现峰值，耐水性最佳。

吸水率试验结果见图4。从结果可以看出，加入聚合物后，砂浆的吸水率都呈下降趋势，但以GX-12#增韧降溶剂的效果最佳。

2.4 抗卤性能

抗卤性能试验结果见表5。从结果可以看出，加入聚合物后砂浆抗卤性能均有所提高，高分子乳液与10%聚乙烯醇溶液掺加量超过1.5%时，产品抗卤性能好，GX-12#增韧降溶剂掺加量达到1%，就可彻底解决产品的返卤问题。

3 聚合物改性镁水泥砂浆机理分析

3.1 聚合物可以增加镁水泥砂浆的抗折强度

镁水泥砂浆硬化体的主要强度贡献相是518晶体，通过X射线全自动衍射仪发现，这些晶体物多为针杆状、棒状结构，晶体间相互穿插、黏附在一起，从而形成一定的物理力学性能，其力学性能的大小取决于晶体间相互穿插的紧密程度。加入聚合物以后，聚合物会以连续网状结构存在于硬化体中，5·1·8晶体穿越网孔与聚合物网状结构缠绕编织在一起，形成整体，这些网状结构相当于“微纤维”，当内部出现微裂缝时，聚合物的“微纤维”就会越过微裂缝，最大限度地防止微裂缝的蔓延，从而提高硬化体的抗折强度。

3.2 聚合物可以提高镁水泥砂浆的耐水性

镁水泥砂浆固化形成的硬化体是一种混合物，它不仅包含以化学键存在的5·1·8相和3·1·8相，还包括以分子间作用力存在的游离氯化镁和氢氧化镁以及其他杂质相。在相与相之间存在着大量的界面，在界面过渡区，孔隙率大、杂质相多，晶粒比较粗大。在镁水泥固化过程中，水分用于形成镁水泥的主要相结构，多余的部分会以气体的形式逸出，留下大量毛细孔道。加入聚合物后，聚合物可在相界面处形成一个坚韧、致密的薄膜状网络结构，分布在镁水泥水泥砂浆骨架之间，填充孔隙，切断水蒸气与外界的通道，改善了镁水泥界面过渡区的密实度，从而使镁水泥砂浆获得良好的耐水性。

4 聚合物镁水泥砂浆的应用

菱镁水泥作为一种气硬性胶凝材料，抗压强度十分优异，而抗折强度相对较低，因此产品普遍存在脆性大、耐水性差的问题。聚合物镁水泥砂浆与普通镁水泥相比，压折比明显减小，耐水性大幅提高。因此，聚合物镁水泥砂浆可以用来生产对抗弯强度、耐水性要求较高的产品（如大棚骨架），掺加适当比例的短纤后也可以作为菱镁保温鸡舍、菱镁活动板房、菱镁仓库等的屋面防水材料。

5 结论

(1) 聚合物镁水泥砂浆与普通镁水泥砂浆相比，其不透水性、耐水性、吸水率与抗卤性能均有明显提高，抗压强度有轻微下降，抗折强度有的提高有的下降。 (2) 三种聚合物改性镁水泥砂浆的效果有明显差别，其中GX-12#增韧降溶剂改性镁水泥砂浆除抗压强度外其他各项指标均优于高分子乳液与聚乙烯醇。 (3) 三种聚合物在不同掺量下各项指标的变化规律有所不同，比较不同掺量下聚合物镁水泥砂浆的各项性能，得出综合性能相对较佳的范围如下：高分子乳液1%-1.5%，GX-12#增韧降溶剂0.5%-1.5%，聚乙烯醇1%-1.5%。 (4) 聚合物镁水泥砂浆不仅可以生产对抗弯强度、耐水性要求较高的产品，掺加适当比例的短纤后还可以作为菱镁保温鸡舍、菱镁活动板房、菱镁仓库等的屋面防水材料。

参考文献

[1]杨正龙, 周丹, 陈秋云.RAFT聚合法制备聚合物胶束及其应用前景[J].化学进展, 2011, (11) .

[2]孙晓伟, 吉宏, 张芳民.影响聚丙烯生产的原因分析及对策[J].当代化工, 2010, (05) .

聚合物水泥防水砂浆的性能研究 篇3

1 试验原料及方法

1.1 试验原料

1)普通硅酸盐水泥P.O 42.5(性能指标见表1):唐山冀东水泥股份有限公司提供。

2)石英砂80~120目和石英砂200~250目:石坎世堂矿业加工厂提供。

3)羟乙基甲基纤维素醚MW 40000PFV:德国拜耳集团公司提供。

4)木质纤维PWC-500、减水剂F10及消泡剂P803:龙湖科技有限公司提供。

5)丁苯乳液SD623:德国巴斯夫集团提供。

1.2 试验方法

本文主要从7 d抗渗压力及水渗入试件的深度、28 d抗压强度、28 d抗折强度及压折比方面来考察原材料的影响规律。

1)砂浆成型及养护:按JC/T 984—2005《聚合物水泥防水砂浆》中有关规定进行。

2)7 d抗渗压力、28 d抗压强度、28 d抗折强度及压折比性能测试:按JC/T 984—2005《聚合物水泥防水砂浆》中有关规定进行。

3)水渗入试件的深度测定:在7 d抗渗压力完成之后,切开试件断面,分别测量水渗入深度10个点,计算平均值。

1.3 试验

经过探索性试验,初步确定了聚合物水泥防水砂浆中各原材料配比的大体范围。本文聚合物水泥防水砂浆配方中羟乙基甲基纤维素醚MW 40000PFV、木质纤维PWC-500、减水剂F10及消泡剂P803的用量分别固定为占整个粉料质量的0.05%、0.2%、0.2%及0.15%,只对其他原材料进行重点考察。

2 试验结果与讨论

2.1 不同液料与粉料配比对聚合物水泥防水砂浆性能的影响

聚合物水泥防水砂浆中,不同掺量的乳液对聚合物水泥防水砂浆的抗渗压力、抗压强度及抗折强度等性能影响非常大。在此,验证了乳液添加量占粉料质量的比例分别为12.5%、15%、17.5%、20%及22.5%对材料7 d抗渗压力、28 d抗折强度及抗压强度等性能的影响,见图1—4。试验中,水的总添加量占粉料质量的比例为15%。

从图1和图2中可以看出,随着乳液用量的增加,聚合物水泥防水砂浆试件的7 d抗渗压力都能达到1.5 MPa,没有差别,但水渗入的深度呈减小的趋势。这主要是由于随着乳液用量增加,高分子聚合物形成的连续聚合物膜堵塞砂浆中的空隙,砂浆中连续空隙减少,造成抗渗性能提高。

从图3和图4中可以看出,随着乳液用量增加,材料抗压强度呈现减少趋势,而抗折强度呈现增加趋势;但变化趋势都非常缓慢,抗压强度从40.0 MPa左右降至30.0 MPa左右,而抗折强度从11.0 MPa左右增至12.0 MPa左右,压折比从3.3左右降至2.3左右。这主要是由于随着乳液掺量增加,聚合物水泥防水砂浆的刚性降低、柔性增加,呈现出抗压强度降低、抗折强度增加,最终压折比小于3。

2.2 粉料中普通硅酸盐水泥不同含量对聚合物水泥防水砂浆性能的影响

水泥在砂浆中主要起到胶凝作用,对于强度及柔韧性的影响比较关键。这里考察水泥用量分别占粉料质量的35%、32.5%、30%、27.5%以及25%对7 d抗渗压力、28 d抗折强度及抗压强度等性能的影响,见图5—8。试验中,水泥减少的部分按石英砂级配补齐,乳液掺量为粉料质量的17.5%,水的总添加量占粉料质量的15%。

从图5和图6中可以看出,随着水泥用量的增加,聚合物水泥防水砂浆试件的7 d抗渗压力都能达到1.5 MPa,但水渗入试件的深度呈现减少趋势。这主要是由于随着水泥用量的增加,骨料周围填充的水泥增加,减小了骨料与骨料之间的缝隙,砂浆体系密实度增加,水分更难于进入内部。

从图7和图8中看出,随着水泥用量增加,聚合物水泥防水砂浆抗压强度及抗折强度都增加,但抗压强度增加的程度更明显(特别是水泥用量占到粉料质量的30%以上时),造成压折比明显增加。其原因是由于聚合物水泥防水砂浆的抗折强度主要与乳液用量有关,而水泥用量对其影响不是特别明显;而抗压强度除了与乳液用量有关之外,还与水泥用量有关,水泥用量越多,抗压强度越大。综合以上两方面原因,随着水泥用量增加,聚合物水泥防水砂浆刚性增加、柔性降低。

2.3 不同骨料级配对聚合物水泥防水砂浆性能的影响

石英砂在聚合物水泥防水砂浆中主要起到骨架的作用,其粗细及合理的级配对砂浆的柔韧性、抗压及抗折强度等性能都有影响。这里选择石英砂粗细区间分别为40~80目和80~120目,考察了40~80目石英砂与80~120目石英砂质量比分别为2.5、2.0、1.5、1.0及0.5对7 d抗渗压力、28 d抗折强度及抗压强度等性能的影响,见图9—12。试验中,石英砂用量占整个粉料质量的70.0%,乳液用量为粉料质量的17.5%,用水量总计占15%。

从图9和图10中可以看出,聚合物水泥防水砂浆中石英砂级配在一定范围内变化,其试件抗渗压力都能达到1.5 MPa以上,没有明显差别;但水渗入聚合物水泥防水砂浆的深度有明显差别,随着细砂所占比例增加,水渗入的深度明显减小。这可能是由于随着细砂用量增加,砂浆体系的密实度增加,从而使水更难深入到砂浆内部。

从图11和图12中可以看出,随着细砂用量增加,抗折强度及抗压强度都增加,但抗折强度增加不明显,而抗压强度增加比较明显,从而造成压折比逐渐增加。这主要是由于抗压强度与砂浆密实度的关联比较紧密,而抗折强度与砂浆密实度的关联不是特别明显。

3 结论

通过以上几方面的考察,得出以下结论:

1)在一定范围内,聚合物水泥防水砂浆试件的抗渗压力都能达到1.5 MPa以上。

2)随着聚合物水泥防水砂浆中乳液掺量的增加,在一定的水压下,水渗入试件的深度呈减小趋势。

3)随着聚合物水泥防水砂浆中乳液掺量的增加,抗折强度呈现增加趋势,抗压强度呈现减小趋势。

4)聚合物水泥防水砂浆中乳液添加量为粉料质量的17.5%以上时,压折比小于3。

5)随着聚合物水泥防水砂浆中水泥用量的增加,在一定的水压下,水渗入试件的深度呈现减小趋势。

6)随着聚合物水泥防水砂浆中水泥用量的增加,抗折强度增加不是特别明显,而抗压强度增加则非常明显。

7)聚合物水泥防水砂浆中水泥所占粉料质量的比例小于30%时,压折比小于3。

8)随着聚合物水泥防水砂浆中细砂所占比例的增加,在一定的水压下,水渗入试件的深度呈现减小趋势。

9)随着聚合物水泥防水砂浆中细砂所占比例的增加,抗折强度及抗压强度都增加,但抗压强度更明显。

10)石英砂级配会影响压折比,只有当聚合物水泥防水砂浆中40~80目石英砂与80~120目石英砂的质量比大于1.5时,压折比才小于3。

参考文献

[1]路国忠,李凯.干粉类聚合物水泥防水砂浆的研制[J].化学建材,2008,24(4):42-44.

[2]李豪,陈建波,闫娟娟,等.低环境负荷聚合物改性防水砂浆的开发[J].新型建筑材料,2010(3):60-80.

聚合物对水泥砂浆性能的影响研究 篇4

1 聚合物的选择

本试验选择梭基丁苯胶乳和聚乙烯醇作为柔性水泥砂浆的聚合物胶乳。

(1) 试验选择的为山东齐鲁石化集团生产的水泥专用轻基丁苯胶乳 (SBR) 。在水泥砂浆中添加一定量的水泥专用丁苯胶乳有提高成型后的韧性和强度、降低吸水率和干缩性等优点, 增加水泥制品的耐久性、耐磨、耐油以及耐腐蚀性。主要用于高速公路路面铺设、土木建筑、防水工程、防腐工程以及油井、天然气井壁固井用, 也可以在井口封闭层使用。

(2) 聚乙烯醇 (PVA-polyvinyl alcohol) 。PVA能溶于含轻基的极性溶液中, 但易转变成凝胶, 不溶于几乎所有的非极性溶剂, 水是其最好的溶剂。PVA的性质主要由它的分子量和醇解度来决定, 子量越大, 水溶性越差, 水溶液粘度大, 成膜性能好。

2 聚合物对水泥砂浆性能的影响

聚合物砂浆的强度特征主要随聚合物的品种不同而不同。一般情况下, 聚合物水泥砂浆的抗拉强度、抗折强度、抗弯强度、粘结强度比普通水泥砂浆有较显著的增加, 但其抗压强度有所下降, 下降的幅度主要同聚合物的种类有关。聚合物水泥砂浆的弹性模量随着聚合物的掺量增加而降低。因此聚合物成膜后, 一般会使水泥砂浆的刚性降低, 应力一应变曲线变缓, 斜率减小, 从而提高砂浆的变形能力, 改善了砂浆的抗裂性和柔韧性。本次试验主要考查两种聚合物不同掺量对砂浆强度及柔韧性的影响。

2.1 SBR乳液改性水泥砂浆的配合比设计

试验表明聚合物含量不能过小, 过小则不能形成连续的聚合物薄膜。但当聚合物含量过高时, 聚合物水泥砂浆的性能不会进一步提高, 而成本价格却显著提高。当聚灰比大于25%时, 会有胶乳泌出并在表面形成薄壳的趋势。SBR乳液掺量单因素试验按聚灰比。、4%, 8%, 12%, 16%, 20%六个水平选取, 配合比见表1.

2.2 PVA乳液改性水泥砂浆配合比设计

聚乙烯醇溶解方法是:先将其与适量的水混合, 放置24 h, 待其充分溶胀后, 边搅拌边升温到95℃, 保持直到完全溶解。溶解试验结果, 当聚乙烯醇质量分数大于10%时, 升温到95℃后仍然有部分聚乙烯醇未能溶解。本试验配置聚乙烯醇乳液的固含量为10%。PVA乳液掺量单因素试验按水泥质量的0, 2%, 3.5%, 5%四个水平选取。

2.3 实验结果及分析

聚合物单因素试验主要研究SBR乳液、PVA乳液聚合物对砂浆7 d, 28 d龄期试件的抗压强度、抗折强度以及折压比的影响。

实验结果表明, SBR有一定的减水效果, 砂浆的流动性更好, 而聚乙烯醇正好相反, 砂浆流动性变差, 拌和物非常粘稠, 基体间粘结能力变强, 因此能提高砂浆的抗折强度, 增强柔韧性。

从图1可以看出, 两种聚合物均能提高砂浆的折压比, 随着聚合物掺量的增加, 折压比也相应提高。从试验结果我们得出: (1) 当SBR掺量为20%时, 聚合物砂浆7d和28 d折压比比普通砂浆分别提高61.2%和53.2%, 显著改善了砂浆的柔韧性 (2) 当PVA掺量达到5%时, 聚合物砂浆7d和28 d折压比较普通砂浆分别提高41.5%和59.3%, 对砂浆后期柔韧性的提高更明显; (3) 在SBR/C大于12%时, 随着聚灰比的增加, 砂浆的抗折强度不断提高, 在SBR/C为20%其7d和28 d抗折强度分别比普通砂浆提高52.5%和31.2%;低于8%时, 抗折强度略有下降, 可能是聚合物含量过小, 不能形成连续的聚合物薄膜; (4) 聚乙烯醇的加入同样能随着聚灰比的增加, 使砂浆的抗折强度不断提高, 在PVA/C为5%时, 其7d和28 d抗折强度分别比普通砂浆提高48.6%和44.8%; (5) 聚合物砂浆的抗压强度均低于普通砂浆, 但随着聚合物的加入, 抗压强度也有一定程度的提高, 而且在进行抗压强度试验时, 从试件的破坏截面来看, 当聚合物砂浆在达到抗压强度极限时, 并没有明显的脆性破坏, 只有部分裂纹。

由以上分析结果看出, 当SBR掺量高于12%时, SBR聚合物砂浆表现出良好的柔韧性和较好的力学性能, 这是因为聚合物在水泥浆体的拌合过程中, 有一部分会均匀的分散到水泥浆体中, 在水泥水化初期, 聚合物便附着于凝胶和未水化的水泥颗粒上。随着水泥水化的进行, 水泥浆体中水分不断消耗、水化产物增多, 聚合物就会逐渐聚积在毛细孔中, 并在凝胶表面、未水化水泥颗粒表面形成紧密堆积。这些聚积的聚合物逐渐填充毛细孔, 或者覆盖着未完全填充的毛细孔的内表面。由于水化或干燥使水分进一步减少, 在浆体和孔隙中堆积的聚合物便凝聚成膜形成聚合物网络, 这种聚合物网络的弹性模量较水泥浆体的弹性模量低, 能够使硬化水泥浆体的韧性得到提高, 这对改善砂浆的变形协调性非常有利。而SBR聚灰比小于8%时, 聚合物凝聚成膜, 零散的分布在水泥浆体中, 未能形成系统的网络结构, 颗粒间仅通过分子引力相连接, 因此, 此时形成的丁苯橡胶网络结构, 不是一个完全连续的结构, 而有许多结构缺陷存在。

PVA水泥基复合材料的水化过程主要分为如下几个阶段: (1) 水化交联阶段。当PVA在水泥胶结料搅拌过程中加入后, 通过高速剪切搅拌作用, PVA均匀地分散于体系之中。加入水剂后, 水泥颗粒开始水化, 不断消耗水, 出现多孔凝胶状态, 而PVA大分子结合水的能力较强, 导致整个体系中水的分布不平衡, 含水量从聚合物胶团到水泥颗粒出现梯度分布, 水分不断从聚合物胶团向水泥颗粒迁移。这个过程中水泥的铝盐成分会同聚合物中的活性基团起交联反应。聚乙烯醇与水泥基体的中介结构可能有多种结合方式:PVA分子中残留的梭酸与C扩+在碱性条件下产生离子键;其分子中的一CHZ-, CH3一原子团与中介结构中的无机物发生化学吸附;聚乙烯醇分子上的轻基可与硅氧四面体的氧进行氢键缔合;聚乙烯醇与水泥中硅酸盐的分子量都很大, 原子、分子的数目很多, 它们之间的某些范德华力可能比价键力还强;在聚合物胶团与水泥颗粒之间形成界面层;纤维状聚合物与胶凝孔洞相互咬合。 (2) 填充密实阶段。随着水份减少, 水泥颗粒的凝胶网络结构逐渐形成, 外部热量 (热养护和局部水化热使聚合物胶团在失水的情况下, 随水泥基体在凝胶过程中的变形而变形。水泥水化凝胶 (包括未水化水泥颗粒) 的表面形成聚合物密封层, 密封层也把骨料颗粒的表面和水泥水化凝胶与水化颗粒混合物的表面粘结起来。聚乙烯醇以轻基与水泥颗粒附着得较好, 在水化过程和水泥基体局部应力作用下, 聚合物胶团沿着水泥颗粒孔隙和界面发生变形, 使结构更加密实。这个过程降低了体系的局部应力, 促进胶凝体系的均匀密实。 (3) 固结硬化阶段。不断失水的PVA高聚物胶团最终完全联结, 与多孔的C-S-H凝胶凝固在一起, 形成PVA高聚物与C-S-H凝胶的互穿网络, 使体系达到坚硬致密并有一定韧性。

3 聚合物对水泥基复合材料的改性机理研究

3.1 网络结构的形成

普通水泥基复合材料内部孔隙率较大, 存在众多的微小裂缝与裂隙, 加上薄弱的界面区的存在, 整个体系呈现为空间不连续的结构。而水溶性聚合物的掺入, 使得其与水泥在适宜的条件下产生界面化学作用。随着水泥的水化及水泥基复合材料中水份的蒸发, 聚合物乳液主要是以空间的连续网状结构存在于水泥石中, 聚合物成膜覆盖于水泥凝胶体的表面, 阻隔了水泥浆体和混凝土内孔隙的通道, 并随着聚合物掺量的增加, 聚合物膜逐渐趋于完整连续, 聚合物膜与水泥水化产物相互交织缠绕, 并渗入水泥基材内部的微裂隙与孔壁中, 提高了水泥凝胶体的致密性。同时, 聚合物乳液中含有一定量的表面活性物质, 增加了聚合物与粗细集料及水泥水化产物的粘结作用, 形成聚合物膜牢固地吸附在集料与水泥水化结构的界面, 最终形成粗细集料一水泥水化产物一聚合物膜的空间网络结构, 而大幅度改善水泥基材内部结构的完整性。同时因聚合物膜本身具有的纤维拉力作用, 增强了水泥浆体和水泥基材的柔性及变形能力。

3.2 过渡区 (界面区) 的改善

水泥基材在水泥石与集料界面处明显存在过渡区, 虽然过渡区的主要组成为C-S-H凝胶, 但过渡区水泥水化物结构松散、多孔, 且以多害的三角孔较多, 过渡区富集针状和纤维状的AFt和AFn, 晶体, 且蜂窝状物较多, C-S-H与集料粘结面明显存在较宽的裂缝。整个过渡区结构呈松散状态且强度较低。过渡区微观结构的改善对于研究水泥基材的改性机理至关重要。当在水泥基材中掺入聚合物后, 改善了集料与基体界面及胶凝颗粒之间的粘结, 减少了界面薄弱区, 使得过渡区结构有所改善。并随着聚合物掺量的增加, 聚合物在水泥基材内部聚集成膜, 并趋于完整连续, 网状聚合物膜跨越过渡区, 覆盖并包裹过渡区针状和纤维状的AFB和AFi晶体, 并与水泥水化物结合成块状, 形成空间网络互穿结构。此时过渡区结构致密, 孔隙较少, 少量孔隙也以圆孔形式存在, 无针状和纤维状的水泥水化产物产生, 过渡区主要为C-S-H凝胶与聚合物填充, 结构致密, 强度较高。此外, 聚合物掺进水泥基材中除具有凝聚成膜, 物理吸附等物理作用外, 还可与水泥水化物间发生化学反应, 共同增加水泥浆体的致密性和粘结性。由上可知, 将聚合物掺入水泥基材后, 聚合物膜与水泥水化产物结合并形成粗细集料一水泥水化产物一聚合物膜的空间网络结构, 填充水泥基材内较大的孔隙并改善其孔结构, 材料大孔减少而小孔增多, 孔径分布向减小方向转化, 聚合物还可能与水泥发生不同程度的物理化学反应, 增强水泥水化产物之间的连接, 水泥基材的内部结构特别是过渡区结构有了大幅度的改善, 水泥基材趋于致密, 缺陷减少。总之, 水泥基材逐渐向一种连续而密实的结构转化, 材料的力学性能和耐久性能均得到改善。

参考文献

[1]黄立丛.黑道与白道.工程质量[J].2006 (1)

[2]吴绪浩, 刘朝晖.公路隧道路面结构与材料技术研究[J].广西交通科技, 2003, 28 (6) .

[3]杨良, 郭忠印, 丁志勇.公路隧道路面工作环境调研与分析[J].交通科技, 2004, (1)

聚合物砂浆的研究应用 篇5

某工业集团有限责任公司两宾馆, 两栋楼位于同一院内, 建筑结构完全相同, 同一建筑也是左右对称布置。此楼建于建国初期20世纪50年代, 当时为外国专家公寓, 现在为宾馆, 至今已使用了六十年。此楼为三层砖砌体结构、坡屋面。房屋横向总宽度10.4m, 纵向总长度35.84m, 总建筑面积约1200平方米。承重墙体采用红砖和白灰砂浆砌筑, 外墙厚度490mm, 内墙厚度240mm。

此楼从建成使用至今历经了多次维修, 因使用时间过久、材料老化、外墙墙体受水浸泡严重等原因, 致使外墙砂浆在饱和水和季节交替时冻融循环作用下丧失了强度, 从而严重影响墙体的抗震和竖向承载力。因此, 所有外墙需要进行钢绞线网、高强聚合物砂浆加固处理。

2 加固方法

2.1 支顶。

原有墙体加固, 遵循由底层至顶层顺序施工。墙体加固、抹灰凿除前, 对剔凿抹灰墙体长度范围内的楼板进行可靠支顶, 支顶用双排脚手钢管等间距布置, 钢管底端加顶丝, 钢管与楼板接触部位设通长木方。

2.2 基面处理。

楼板支顶完毕, 对需要加固的墙面进行界面处理, 操作步骤为:a.墙面抹灰凿除至砖面。b.刻划灰缝30mm。c.M10水泥砂浆重新勾缝。d.涂刷渗透型无机防水剂。

2.3 高强镀锌钢丝网片安装

2.3.1 定位放线:按设计图纸要求在需要加固的作业面上进行测量放线。

2.3.2 对已经处理完成的砖面进行质量检查, 合格进行安装网片。

2.3.3 网片的锚固、张紧与销固:a.根据钢绞线网的宽度, 用专用定位尺在结构面的一端定位, 如为砖面, 直接用钢钉进行钉入锚固。如为混凝土基面, 用Φ6mm钻头沿定位尺孔在结构面上钻出深度为30mm的孔。b.用铁锤打入弹性销, 依次类推, 做好固定销钉穿入首端固定圈的孔中, 最后用铁锤将其打入弹性圆销内, 依次类推, 做好所有钢绞线的首端锚固。c.使用专用夹具夹紧钢绞线的末端, 通过张紧器对钢绞线网进行第一次张紧。d.钢绞线张紧时, 必须平直不得低垂, 在保持钢绞线网张紧的状态下, 从首端至末端按顺序逐段钻孔锚固, 固定销钉时必须贴近双线回收位置, 挡住钢绞线网回收。销钉以梅花形布置, 2m左右长度时, 再次对钢绞线网进行张紧。e.依次类推, 继续向前铺设钢绞线网, 并依次分段张紧固定, 当锚固至夹固器最边沿时, 松弛取下夹固器, 并根据末端固定圈孔位置钻孔, 做好钢绞线末端锚固 (做法和首端锚固方法一样) 。

2.4 高强聚合物砂浆的施工。

a.高强聚合物砂浆为粉料, 内加有聚合物等多种外加剂, 使用时加水搅拌均匀即可使用, 加水量为粉料重量的12~15%。加水量多少视施工部位而定。b.如抹压厚度较厚, 可分次抹灰, 每次抹压厚度不得超过1cm。c搅拌可人工搅拌5min左右, 也可机械搅拌3min左右。d.聚合物砂浆操作温度为-5~80℃。e.高强渗透性聚合物砂浆施工完毕后, 即应进行养护。养护方法是每隔2~3小时, 及时喷洒养护3~7天, 以避免失水过快而产生裂纹。

结束语

经过加固设计单位与加固施工单位的通力合作, 成功的对本加固工程的进行了加固。本工程加固采用高强钢绞线网、高强聚合物砂浆进行加固, 此加固设计方案节省建筑的使用空间, 并且施工工期短、效率高、经济合理。该工程于2007年竣工, 经竣工后的定期检测, 该工程未出现墙体裂缝及异常变形, 加固后结构受力性能良好, 较好的满足了原设计使用功能的要求。

参考文献

[1]混凝土结构加固技术规范 (CECS25:90) [S]。北京:中国建筑工业出版社.

聚合物砂浆的研究应用 篇6

1 工程概况

珲春世代实业有限公司开发的珲春国际饭店B座工程, 建筑面积共49 811.9 m2, 建筑高度为99.8 m, 地下1层, 地上25层。基础形式为筏板基础及独立柱基础, 钢筋混凝土框剪结构。建筑等级为二级, 抗震设防烈度为6度, 耐火等级为二级。外墙外保温聚合物砂浆粘贴式施工日期为2014年8月4日~9月10日, 施工期温度为18℃~28℃, 相对湿度为67%~73%。

由于建筑等级及所需防火等级要求均较高, 经建设单位、设计单位、监理单位研究决定, 采用外墙外保温聚合物砂浆粘贴式施工工艺, 使建筑不但具有较好的保温隔热效果, 而且具有较好的抗渗性和耐久性。施工单位确定的工期目标为按建设单位要求工期按时完工, 质量目标为创天池杯优良奖。

2 施工工艺

2.1 聚合物砂浆粘贴式施工工艺特点

1) 具有良好的粘结与柔韧性能。2) 使用方便, 可在潮湿基面直接施工。3) 耐腐蚀, 耐高温, 耐低温, 耐老化。4) 不变质, 抗震裂, 无毒, 无害, 不污染环境。5) 如无人为和结构的破坏, 可与建筑物同寿命。6) 可直接在防水层上做涂料等各种饰面层。

2.2 施工材料准备

1) EPS板。2) 外保温专用粘结砂浆和外保温专用罩面砂浆;水泥选用为:P.O42.5, 产地是珲春市水泥厂;砂子产地为:珲春市胜利砂石厂, 规格为中砂。3) 耐碱玻纤维涂塑网格布:耐碱性能应符合JC/T 572-94耐碱玻璃纤维无捻粗砂中对耐碱性的要求;产地为余姚市杰盛玻纤有限公司, 规格为幅宽100 cm, 长度50 m/100 m。4) 嵌缝材料:建筑密封膏, 应符合JCC 482~484-92建筑密封膏标准要求;产地为珲春市飞鹤建材制造有限公司, 规格为25 kg/箱。5) 发泡聚乙烯圆棒:用于填塞膨胀缝, 作密封膏的背衬材料, 其直径按缝宽的1.3倍选用。

2.3 聚合物砂浆配合比

聚合物砂浆配合比见表1, 表2。

2.4 施工构造示意图

因高层建筑, 在高层风负压区设置加固锚件, 外墙外保温聚合物砂浆粘贴式施工构造如图1所示。

2.5 施工工艺流程

外墙外保温聚合物砂浆粘贴式施工工艺如图2所示。

3 加强施工技术措施与要点

1) 施工基面达到基层验评标准。a.修补外墙孔洞。b.基层墙体找平。c.处理好空洞孔和空调板。d.将门窗洞口和阳台的收口处理到位, 使施工基面达到外保温施工要求。2) 根据图纸在墙面弹出变形缝线。a.基层墙体材料, 如混凝土和砖墙等改变处, 设小于20 mm宽的变形缝。b.结构可能产生较大位移, 如伸缩缝和沉降缝的部位, 各设小于20 mm宽的伸缩缝、不小于30 mm宽的沉降缝。c.墙面的连续高、宽度每超过20 m, 且未设其他变形缝处, 设小于20 mm宽的变形缝。3) 根据结构进行放线并找好基准线。4) 粘贴EPS板。a.EPS板进场后, 在工地仓库堆放, 防止日晒雨淋引起结构变形和收缩变形。b.EPS切割:标准板面尺寸为900 mm×600 mm×60 mm, 对角线及板厚误差±2 mm, 非标准板按实际需要的尺寸加工, 尺寸允许偏差为±2 mm, 大小面垂直。门窗洞口处EPS板采用整块板切割成形。c.用电热丝在窗楣EPS板切割预留槽, 安装滴水槽备用。d.粘结剂配制;将外保温专用粘结砂浆达到使用条件, 用电动搅拌器搅拌均匀, 一次配制量以2 h内用完, 若在使用中出现过干现象, 可适当加水再次搅匀使用。e.变形缝线两侧及门窗边缘处的EPS板上预贴250 mm宽包底网格布。f.点粘法:在EPS板面四周涂抹一圈粘结剂, 宽50 mm;板心按梅花形布设粘结点, 间距150 mm~200 mm, 直径100 mm。g.EPS板粘贴达到强度后设尼绒胀栓用以固定, 胀栓管外径8 mm, 栓长100 mm, 圆盘直径50 mm。h.EPS板接缝不平处应用打磨抹子磨平, 打磨动作宜为轻柔的圆周运动。磨平后应用刷子将碎屑清理干净。磨平时间在EPS板粘贴24 h后进行, 以避免对EPS板粘贴层的扰动[2]。5) 抹罩面砂浆底层。EPS板粘贴24 h后, 即可进行下一步的操作:a.配制外保温专用罩面砂浆:配置罩面用抗裂砂浆时, 用电动搅拌器搅拌均匀, 一次配制以1 h内用完为宜, 若过干现象出现, 可适当加水再搅匀使用。b.EPS板表面均匀涂抹一层配制好的罩面砂浆, 厚度不超过3 mm, 以隐显网格为准。6) 贴网格布。a.门窗洞处沿45°增加一层400 mm×200 mm网格布, 以提高抗冲击性和抗裂性。b.大面网格布应沿水平方向铺平, 用抹子从中间向上、下两边抹平, 并将其压入抹面砂浆, 其左右搭接宽度为100 mm, 上、下搭接宽度为80 mm, 以防网格布出现翘起、褶皱。c.装饰缝处的网格布应连续, 但膨胀缝处的网格布应断开。d.阴、阳角加强施工技术做法, 如图3所示。7) 罩面砂浆防护面层。a.罩面层聚合物砂浆要覆盖网格布, 约2 mm~3 mm, 砂浆和网格布罩面砂浆总厚度余额3 mm~5 mm。施工过程中控制表面防裂砂浆100%满刮网格布。b.首层墙面为了抵抗冲击, 应在2.4 m以下的聚苯板外侧增加一层加强型网格布, 再抹1 mm~2 mm厚面层聚合物水泥砂浆, 但是首层加强型网格布不得搭接, 只能用拼接处理。8) 膨胀缝、变形缝、分割缝做法。在缝处填塞发泡聚乙烯圆棒, 再分两次勾填嵌建筑密封膏, 勾填厚度为缝宽的50%[3]。其发泡聚乙烯圆棒直径为膨胀缝宽的1.3倍左右。9) 科学编制施工进度计划表, 实行三检制。编制月计划、周计划, 以周计划控制月计划, 严格实行自检、互检、专检等三检制。

4 施工验证

采用外墙外保温聚合物砂浆粘贴式施工, 并实施保证质量的9项强化施工技术措施, 实现了聚合物砂浆与EPS板粘贴紧密、牢固, 无松动和虚粘现象, 表面平整达到3 mm、阳角垂直和方正达到2 mm、聚合物砂浆保护层总厚度达到5 mm~6 mm, 并缩短了施工周期。经建设单位和监理单位工程验收, 本工程没有发现网格布皱褶、翘曲、外露和保温层脱层、空鼓以及面层爆灰和裂缝等缺陷, 表面平整, 符合现行地方施工质量验收评定标准。

外墙外保温聚合物砂浆施工验证图见图4。

5 结语

本工程采用外墙外保温聚合物砂浆粘贴式施工工艺, 并通过加强施工技术措施, 按施工工艺流程组织流水施工, 既达到了墙体各构造层整体化的目的, 又避免了各构造层裂缝的出现, 同时简化了施工过程, 提高了外墙保温墙体的抗渗性能, 其施工质量均符合现行地方建设工程质量验收评定标准。本文建议的外墙外保温聚合物砂浆粘贴式施工工艺和加强技术措施以及施工要点, 经施工验证可行, 供类似工程借鉴。

摘要：以吉林省珲春国际饭店B座工程为例, 介绍了外墙外保温聚合物砂浆粘贴式施工工艺, 提出了施工工艺流程和施工技术措施以及施工要点, 经工程验收, 避免了剥落、开裂、渗漏等工程质量通病, 其施工质量符合现行质量验评标准, 且耐候性好、防水性好、缩短了建设工期, 绿色环保。

关键词：外墙外保温系统,聚合物砂浆,EPS板

参考文献

[1]杨杰.建筑外墙外保温技术体系发展分析[J].山东建筑大学学报, 2010 (2) :70.

[2]曹勇.建筑外墙外保温设计施工技术分析[J].中小企业管理与科技, 2010 (9) :24.

[3]张栓强.外墙保温技术在建筑工程施工中的应用分析[J].山西建筑, 2013, 39 (35) :207-208.

聚合物砂浆的研究应用 篇7

关键词：玻璃纤维,聚乙烯醇乳液,水泥砂浆,耐碱性能

0 前言

在普通水泥砂浆中掺入纤维能有效改善其断裂韧性,提高抗冲击性和抗折强度等,这使得纤维作为增强材料在水泥基材料中得到广泛应用[1,2,3,4,5]。 但研究表明,由于纤维表面比较光滑,致使其与水泥基体之间的黏结性能较差;同时,纤维的掺入还会导致水泥砂浆内部空隙率增大,降低耐久性能[6,7],因此,许多学者[8,9,10,11]研究了有机纤维和聚合物复掺改性水泥基材料的性能,结果发现,通过复掺可以明显改善其抗折强度、折压比、弯曲韧性和抗冲击性能等。

本研究主要通过将玻璃纤维和聚乙烯醇(PVA)共同掺入水泥砂浆中,试图通过聚乙烯醇包裹玻璃纤维来增加纤维表面的黏结力,同时改善玻璃纤维的耐碱性能,从而提高砂浆的耐久性。

1原材料、仪器设备及试验方法

1.1主要原材料

水泥:选用42.5 级普通硅酸盐水泥,其各项性能指标符合GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》的规定,见表1。

玻璃纤维:所用玻璃纤维的形貌见图1,其主要化学成分及物理性能见表2。

细骨料:中粗河砂,粒径1.18~2.00mm,含泥量<0.18%。

减水剂:选用萘系高效减水剂,其质量符合GB8076—2008《混凝土外加剂》的要求。

水:普通自来水。

1.2试验用仪器设备

本试验所用仪器设备有:HC.PT12B.1 型架盘药物天平;JJ-5 型行星式水泥胶砂搅拌机;NYL-300A型压力试验机;DKZ-500 型电动抗折试验机;D8A25-X1 型X射线衍射仪;JSM-5800 型扫描电镜。1.3 试验过程

(1)水泥胶砂试件的制作

试验选用的水灰比为0.4,按照水泥∶水∶砂石=1∶0.4∶2.5 的比例配置砂浆;萘系高效减水剂按水泥质量的1%掺入;玻璃纤维长度为1cm,掺量分别为水泥质量的0.5%、1.0%、1.5%和2.0%; 聚合物乳胶粉为聚乙烯醇(PVA),掺量分别为水泥质量的5.0%、7.5%、10.0%和12.5%。

(2)试验步骤

按比例称取聚合物和等量的水,将其制成聚合物乳液;再称取水200g(包括聚合物胶粉中所加的水)、水泥500g、砂1250g、减水剂5g,将减水剂加入水中,再将玻璃纤维放入减水剂溶液中,待纤维分散开来后, 将纤维溶液加入聚合物乳液中搅拌2~3min;将水泥加入搅拌均匀的聚合物乳液中, 采用水泥胶砂搅拌机拌和,搅拌过程中自动加砂。

搅拌结束后将砂浆分二次装入尺寸为40mm×40mm ×160mm的试模中, 分别在振动台上振动2min,试件成型1~2d后脱模,将试件置于温度(20±2)℃,相对湿度(60±5)%的空气中养护7~28d。

2试验结果与分析

2.1单掺玻璃纤维

玻璃纤维以水泥质量的0、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%分别单掺于水泥砂浆中,测定水泥砂浆7d、28d的抗折和抗压强度,试验结果见图2。

由图2 可以发现, 纤维掺量为水泥质量的1%时,砂浆7d和28d的抗折、抗压强度都较高。 随着纤维掺量的进一步增加,砂浆7d和28d的抗折、抗压强度有所降低。

2.2 单掺聚乙烯醇聚合物

聚乙烯醇(PVA)乳胶粉的掺量分别为水泥质量的0、5.0%、7.5%、10.0%、12.5%。通过观察发现,聚合物乳液的掺入使得水泥砂浆的凝结时间、密度及抗折和抗压强度都发生了改变,试验结果分别见图3 和图4。

若以水泥加入水中开始计时,直到水泥砂浆凝固可以脱模为止为水泥砂浆的凝结时间,由图3 可以发现,水泥砂浆的凝结时间随聚合物掺量的增加而延长。 当聚合物的掺量达到12.5%时,水泥砂浆的凝结时间达到3d左右,说明聚合物的加入明显起到了缓凝作用。随着聚合物掺量的增加,水泥砂浆的密度明显降低。同时在试验过程中也发现,当高速搅拌时,聚合物的加入可以起到一定的发泡作用,从而使水泥砂浆的微孔增大,密度降低。

由图4 可见,不掺聚合物的水泥砂浆抗折与抗压强度均最大,而在掺加了聚合物胶粉的水泥砂浆中,随着聚合物掺量的增加,砂浆的抗折强度先降低后增加,之后又降低,聚合物掺量为7.5%时,抗折强度达到最大值;而抗压强度则随着聚合物掺量的增加而不断降低。 引起这种变化的主要原因是聚合物作为一种柔性材料加入到水泥砂浆后,由于其弹性模量远低于水泥基材料的弹性模量,故能承受拉应力而无法承受较大的压应力,同时,聚合物的加入改善了水泥砂浆内部的紧密程度,减小了浆体与骨料间的裂缝尺寸,有利于保持砂浆的抗折强度。

2.3复掺玻璃纤维和聚乙烯醇聚合物

(1)复掺对砂浆强度的影响

通过单掺试验发现,聚合物掺量过大时,砂浆的凝结时间明显延迟,而纤维掺量过高时,因分散状况不好,不利于砂浆强度的提高。 所以,在复掺试验中,聚合物胶粉的掺量取5%、7.5%和10%,纤维的掺量取0.5%、1.0%和1.5%,分别测试各种情况下水泥砂浆的强度,试验结果见图5。

注:每组柱状图从左至右分别为7d抗折强度、28d抗折强度、7d抗压强度、28d抗压强度

由图5 可以看出,聚合物与玻璃纤维复掺能够明显改善聚合物单掺引起的抗压强度降低问题。 当玻璃纤维掺量一定时,聚合物水泥砂浆的抗压强度先降低后增加,之后又降低,基本上在聚合物掺量为7.5%时达到最大值。 同时由图5 还可以看出,当聚合物掺量和玻璃纤维掺量都增加时,水泥砂浆的抗压强度也有所增加。 为研究产生这种现象的原因,对玻璃纤维掺量为1.0%的单掺水泥砂浆和玻璃纤维掺量为1.0%、 聚合物胶粉掺量为7.5%的复掺水泥砂浆断面进行了扫描电镜分析,其扫描电镜照片见图6 和图7。

通过图6 和图7 可以发现,聚合物的加入不仅有利于纤维的分散,同时也降低了水泥砂浆中的空隙率,改善了水泥砂浆的内部结构。 综合考虑复掺水泥砂浆试件的抗折强度、 抗压强度以及柔韧性,得出复掺水泥砂浆最优掺量是掺1.0%的玻璃纤维和7.5%的聚合物胶粉。

(2)复掺对玻璃纤维耐碱性的影响

为研究聚乙烯醇是否包裹玻璃纤维,能否改善玻璃纤维的耐碱性能, 从而提高砂浆的耐久性,按照前述工艺,制备单掺1.0%玻璃纤维的水泥砂浆试件和1.0%玻璃纤维与7.5%聚合物胶粉复掺的水泥胶砂试件。 并将两组试件养护28d后进行压碎试验,取出水泥砂浆中的玻璃纤维,进行红外分析,结果见图8。

通过红外光谱分析可以发现,复掺玻璃纤维的砂浆,其表面官能团和单掺玻璃纤维表面的官能团有所不同,说明在复掺的过程中,有部分聚合物乳液黏附在了玻璃纤维的表面。

为了进一步研究复掺对玻璃纤维耐碱性能的影响,对从水泥砂浆中取出的玻璃纤维进行了碱失量的测试,碱腐蚀后玻璃纤维的表面状况如图9 和图10 所示。

a———玻璃纤维与聚合物复掺;b———单掺玻璃纤维

通过图9 可以看出,单掺玻璃纤维表面出现裂痕,表面结构已遭破坏,而图10 中复掺玻璃纤维表面有一层涂层, 纤维的表面结构基本没有发生变化,呈现规整排列,所以说聚乙烯醇聚合物的加入起到了保护纤维表面结构的作用。

为进一步判断碱腐蚀后纤维表面的官能团特征,对腐蚀后的单掺和复掺玻璃纤维进行了表面成分分析,分析结果列于表3。

根据碱侵蚀后玻璃纤维的表面成分对比可以得出:两者之间的元素含量差别主要在C元素和O元素中;复掺中,O元素所占的比例比较高,而单掺玻璃纤维表面主要为Si-O;由此可推断:复掺聚乙烯醇玻璃纤维表面可能含-OH和Si-O,所以说聚合物在强碱腐蚀的情况下,仍然能够黏附在纤维的表面,这说明聚合物的加入对纤维可以起到耐碱腐蚀的作用。

3 结论

(1) 玻璃纤维与聚合物乳液复掺时, 水泥砂浆的抗折强度及柔韧性能有一定程度的提升,且复掺时最优掺量为1.0%的玻璃纤维和7.5%的聚合物胶粉。 水灰比为0.4(包括聚合物乳液中的水),纤维长度大于1cm。

(2)玻璃纤维水泥砂浆中掺入聚乙烯醇乳液能改善纤维与水泥基的界面结构,增强两者之间的黏结性能。 同时聚合物可以黏附在纤维表面,起到一定的保护作用,使玻璃纤维的耐碱性能有所增强。

(3) 加入聚合物会引起水泥砂浆的体积膨胀,从而使水泥砂浆试件的强度降低,特别是水灰比过大时,体积膨胀更加明显,这就要求一方面要严格控制水灰比,另一方面要加入合适的消泡剂以减小体积膨胀带来的强度问题。

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