聚合物水泥砂浆

聚合物水泥砂浆（共8篇）

聚合物水泥砂浆 篇1

0 引言

随着人们对建筑防水要求的提高,聚合物水泥防水砂浆这种刚性防水材料使用越来越普遍[1,2]。相比柔性防水材料,聚合物水泥防水砂浆不仅同样具有高抗渗性、高粘结力、无害环保等特点,还具有耐高温、耐久、耐穿刺、高密实性、可承受压力、可以在潮湿基面施工、可长期作用于水下等优点,能应用于地下工程施工[3]。聚合物水泥防水砂浆一般分为乳液型和干粉型,干粉改性方法是指在砂浆中掺入可再分散性乳胶粉,相比乳液改性,干粉聚合物砂浆产品一般为单组份,使用简便,性能稳定[4]。

通过添加可再分散性乳胶粉和其他外加剂制备了高性能聚合物水泥防水材料,并根据JC/T 984-2011《聚合物水泥防水砂浆》对产品进行检测,研究了添加剂对产品强度、柔韧性和吸水率的影响,得出了聚合物水泥防水砂浆的最佳配方。

1 实验

1.1 实验原材料

P.O 42.5 水泥;40~70 目河砂;聚羧酸高性能减水剂(福建建工建材);消泡剂P803(德国明凌化工);可再分散性乳胶粉(山西三维);硅灰(含硅粉86%,福州鑫联福);纤维素醚(粘度10W,河北科维精化)。

1.2 实验方法

实验用灰砂比定为1∶2,为保证砂浆的工作性能,所有实验在砂浆稠度为70±5cm的条件进行。

实验按照JC/T 984-2011 进行。

2 结果与讨论

2.1 硅灰对产品性能的影响

硅灰作为活性填料取代水泥,水化热低、干缩小,有助于提高砂浆和易性。采用硅灰取代水泥掺入干粉砂浆中,其对砂浆性能影响如图1 所示。随着硅灰量增加,产品3d、7d抗折强度逐渐下降,28d抗折强度先升后降,在掺量为5%时达到最大值,提高了21%,产品3d抗压强度逐渐下降,7d抗压强度基本不变,28d抗压强度逐渐上升。可见硅灰早期强度不如水泥,但硅灰掺量在一定范围内有助于提高砂浆的后期强度。这主要是由于硅灰中的活性成分水化消耗体系中的氢氧化钙,能促进水化进程,同时得到的高强度的水化硅酸钙强度能填充在砂浆内微孔道中,能增加砂浆块密实度,硅灰的低水化热也能减少微裂纹,使抗压强度更强。体系密实后减少吸水率更低(图1d),当硅灰掺量过多时,砂浆干缩值增加,需水量提高,影响砂浆抗折强度。同时硅灰是一种胶凝材料,能增加体系刚性,使砂浆28d压折比增高(图1c)。选取5%作为硅灰最佳掺量,该掺量下砂浆压折比和吸水率最低。

2.2 聚合物掺量对产品性能的影响

根据Ohama模型[5],聚合物掺入后在水泥水化过程中沉积在水泥凝胶或骨料表面,发生絮凝作用并填充在水泥石孔隙中,最后形成连续的网状膜。聚合物能改善水泥石结构,提高水泥砂浆的粘结性能、改善柔性、降低压折比、提高密实度、提高耐水性、改善水泥干缩性能。如图2 所示,随着聚灰比从2%增加至10%,砂浆3d、7d和28d的抗压强度分别下降21%、29%、25%,其中28d抗压强度先降低后升高,砂浆抗折强度总体变化不大,28d抗折强度也先降低后升高。可再分散性乳胶粉对砂浆强度影响主要和其引气和减水效果有关,乳胶粉引入的微小气孔使砂浆强度降低,而减水作用能使砂浆密实度上升,两者作用同时存在影响砂浆强度。添加聚合物能提高水泥砂浆柔性,使砂浆压折比下降,聚灰比用量为2%时,28d压折比为3.74,聚灰比用量为8%时,28d压折比为3.14,但随后压折比又略有上升,可见聚灰比过高也不利于砂浆的柔性。随着聚灰比上升,砂浆吸水率也明显下降,说明聚合物掺入能有效提高防水性能,这和砂浆开口孔隙减少有关。乳胶粉还能提高水泥砂浆粘结强度,如图2d,砂浆粘结强度随乳胶粉增加而提高,主要源于乳胶粉形成的柔性薄膜和其对砂浆微裂纹的改善。综合考虑成本,聚灰比在6%~8%之间为宜。

2.3 其他外加剂对产品性能的影响

减水剂能降低水灰比,提高砂浆密实度,增加砂浆抗压强度、抗折强度、提高砂浆抗渗性能、降低砂浆吸水率,提高压折比。如表1,随着减水剂掺量增加,砂浆抗压、抗折强度都有明显上升,对比不加减水剂的产品,减水剂用量0.05%和0.1%时,28d抗压强度分别上升13%和38%,28d抗折强度分别上升9%和9%,吸水率下降38%和80%。考虑到掺入过多减水剂后砂浆压折比增大(如图2c),柔韧性下降,减水剂掺量不宜过多,选取0.05%为最佳掺量。

掺入纤维素醚能提高水泥砂浆的保水性,延长水化时间,增加砂浆拌合料粘稠度,纤维素醚掺量宜为1.5%-2.5%,过量会影响砂浆的工作性能,过少砂浆粘结强度不够。如表2所示,纤维素醚加入会降低砂浆力学强度,这是由于纤维素醚具有引气作用,增加砂浆内气孔含量,影响砂浆密实度所致。引气效果同样引起砂浆吸水率上升(如表2),纤维素醚用量为0.25%的砂浆吸水率比0.2%和0.15%分别高30%和38%。纤维素醚用量增加,产品28d粘结强度也大幅上升。由于纤维素醚加入会降低砂浆力学强度,提高砂浆吸水率,因此在能达到粘结强度要求的情况下尽量少用纤维素醚,选取0.15%为最佳掺量。

砂浆拌合过程中会产生大量气泡,加上减水剂、纤维素醚和乳胶粉都具有引气效果,因此在聚合物水泥防水砂浆中应加入一定量的消泡剂。消泡剂P803 具有良好的抑泡效果,有利于提高砂浆密实度,使砂浆强度上升,吸水率下降。如图3, 当消泡剂掺量为0.05% 时, 砂浆28d抗压强度为29.77MPa,吸水率为4.47%,是最佳掺量。

3.4 产品性能指标

经实验,确定了所有添加剂的掺量,按最佳配方依据JC/T 984-2011的要求进行检验,得到的实验数据如表3所示,产品各项指标能达到标准。

3 结论

经实验,得到了满足JC/T 984-2011标准要求的聚合物水泥防水砂浆,并得出如下结论:

(1)硅灰能提高砂浆后期强度,其掺量为5%时砂浆柔韧性最佳,吸水率最低。

(2)乳胶粉能改善砂浆柔性,提高防水性能、增强粘结强度,其掺量为6%~8%最佳。

(3)减水剂能提高砂浆强度,降低吸水率;纤维素醚有助于提高砂浆粘结强度;消泡剂能降低砂浆吸水率。其最佳配比分别为减水剂(0.05%)、消泡剂(0.05%)和纤维素醚(0.15%)。

参考文献

[1]潘伟,段瑜芳.聚合物改性刚性防水砂浆性能研究[J].新型建筑材料,2015,42(2):30-32.

[2]路国忠,李凯.干粉类聚合物水泥防水砂浆的研制[J].绿色建筑,2008,24(4):42-44.

[3]沈春林,聚合物水泥防水砂浆[M].化学工业出版社,2007.

[4]王培铭,张国防.干混砂浆的发展和聚合物干粉的作用[J].中国水泥,2004(1):45-48.

[5]王培铭,赵国荣,张国防.聚合物水泥混凝土的微观结构的研究进展[J].硅酸盐学报,2014,42(5):653-660.

聚合物水泥砂浆 篇2

水泥砂浆找平方案

编制时间：2014年8月1日

编制单位：江苏江中集团有限公司

水泥砂浆找平方案

工程概况：枣庄银行营业办公楼工程为高层办公楼，总建筑面积30000㎡。位于枣庄市新城区光明路南，交警支队西侧。基础为筏板基础。

主楼施工垫层时的施工面积较大，适逢雨季施工，表面平整度局部存在高差，计划用1:2水泥砂浆找平。

(一)施工准备

1、主要材料

（1）水泥：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，其标号不应小于P.O42.5,并严禁混用不同品种、不同标号的水泥。

（2）砂：应采用中砂或粗砂，过8㎜孔径筛子，含泥量不应大于3%。

2、主要机具

搅拌机、手推车、木刮杠、木抹子、铁抹子、劈缝溜子、喷壶、铁锹、小水桶、长把刷子、扫帚、钢丝刷、粉线包、錾子、锤子。

3、作业条件：

（1）地面的垫层以及预埋在地面内各种管线已做完。穿过楼面的竖管已安完，管洞已堵塞密实。有地漏房间应找好泛水。

（2）墙面的+50㎝水平标高线已弹在四周墙上。

（3）门框已立好，并在框内侧做好保护，防止手推车碰坏。

（4）墙、顶抹灰已做完。屋面防水做完。

（二）操作工艺

基层处理→找标高、弹线→洒水湿润→抹灰饼和标筋→搅拌砂浆→刷水泥浆结合层→铺水泥砂浆面层→木抹子搓平→铁抹子压第一遍→第二遍压光→第三遍压光→养护

1、基层处理：先将基层上的灰尘扫掉，用钢丝刷和錾子刷净、剔掉灰浆皮和灰渣层，用10%的火碱水溶液刷掉基层上的油污，并用清水及时将碱液冲净。

3、洒水湿润：用喷壶将地面基层均匀洒水一遍。

4、标高控制：抹灰饼和标筋（或称冲筋）：根据面层标高水平线，确定面层抹灰厚度（不应小于20㎜），然后拉水平线开始抹灰饼（5㎝×5㎝）横竖间距为1.5～2.00m，灰饼上平面即为面层标高。

5、搅拌砂浆：水泥砂浆的体积比宜为1：2（水泥：砂），其稠度不应大于35㎜，强度等级不应小于M15。为了控制加水量，应使用搅拌机搅拌均匀，颜色一致。

6、刷水泥浆结合层：在铺设水泥砂浆之前；应涂刷水泥浆一层，其水灰比为0.4～0.5（涂刷之前要将抹灰饼的余灰清扫干净，再洒水湿润），不要涂刷面积过大，随刷随铺面层砂浆。

7、铺水泥砂浆面层：涂刷水泥浆之后紧跟着铺水泥砂浆，在灰饼之间（或标筋之间）将砂浆铺均匀，然后用木刮杠按灰饼（或标筋）高度刮平。铺砂浆时如果灰饼（或标筋）已硬化，木刮杠刮平后，同时将利用过的灰饼（或标筋）敲掉，并用砂浆填平。

8、木抹子搓平：木刮杠刮平后，立即用木抹子搓平，从内向外退着操作，并随时用2m靠尺检查其平整度。

9、采用铁抹子压光：

（1）铁抹子压第一遍：木抹子抹平后，立即用铁抹子压第一遍，直到出浆为止，如果砂浆过稀表面有泌水现象时，可均匀撒一遍干水泥和砂（1：1）的拌合料（砂子要过3㎜筛），再用木抹子用力抹压，使干拌料与砂浆紧密结合一体，吸水后用铁抹子压平。

(2）第二遍压光：面层砂浆初凝后，人踩上去，有脚印但不下陷时，用铁抹子压第二遍，边抹压边把坑凹处填平，表面压平、压光。有分格的地面压过后，应用溜子溜压，做到缝边光直、缝隙清晰、缝内光滑顺直。

（3)第三遍压光：在水泥砂浆终凝前进行第三遍压光（人踩上去稍有脚印），铁抹子抹上去不再有抹纹时，用铁抹子把第二遍抹压时留下的全部抹纹压平、压实、压光（必须在终凝前完成）。

10、养护：地面压光完工后24h，覆盖洒水养护，保持湿润.（三）质量标准：

1、找平层应采用水泥砂浆或水泥混凝土铺设，并就符合有关水泥砂浆整体面层的规定。

A、主控项目

（1）找平层采用碎石或卵石的粒径不应大于其厚度的2/3，含泥量不应不应大于2%；砂为中粗砂，其含泥量不应大于3%。

检验方法：观察检查和检查材质合格证明文件及检测报告。

（2）水泥砂浆体积比或水泥混凝土强度等级应符合设计要求，且水泥砂浆体积比不应小于1：2（或相应的强度等级）；

检验方法：观察检查或检查配合比通知单及检测报告。

（3）有防水要求的建筑地面工程的立管、套管、地漏处严禁渗漏，坡向应正确、无积水。

检验方法：观察检查和蓄水、泼水检验及坡度尺检查。

（4）水泥采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，其强度等级为42.5,不同品种、不同强度等级的水泥严禁混用，检验方法：观察检查和检查材质合格证明文件及检测报告。

（5）水泥砂浆面层的体积比（强度等级）必须符合设计要求；且体积比应为1：2，强度等级不应小于M15。

检验方法：检查配合比通知单和检测报告。

（6）面层与下一层应结合牢固，无空鼓、裂纹。

B、一般项目：

（1）找平层与其下一层结合牢固，不得有空鼓。

检验方法：用小锤轻击检查。

（2）找平层表面应密实，不得有起砂、蜂窝和裂缝等缺陷。

（3）水泥砂浆面层的厚度应符合设计要求，且不应小于20mm。

（5）面层表面应洁净，无裂纹、脱皮、麻面、起砂等缺陷。

（五）应注意的质量问题

1、空鼓、裂缝

（1）基层清理不彻底、不认真：在抹水泥砂浆之前必须将基层上的粘结物、灰尘、油污彻底处理干净，并认真进行清洗湿润，这是保证面层与基层结合牢固、防止空鼓裂缝的一道关键性工序，如果不仔细

认真清除，使面层与基层之间形成一层隔离层，致使上下结合不牢，就会造成面层空鼓裂缝。

（2）涂刷水泥浆结合层不符合要求：在已处理洁净的基层上刷一遍水泥浆，目的地要增强面层与基层的粘结力，因此这是一项重要的工序，涂刷水泥浆稠度要适宜（一般0.4～0.5的水灰比），涂刷时要均匀不得漏刷，面积不要过大，砂浆铺多少刷多少。一般往往是先涂刷一大片，而铺砂浆速度较慢，已刷上去的水泥浆很快干燥，这样不但不起粘结作用，相反起到隔离作用。

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.

聚合物镁水泥砂浆性能研究及应用 篇4

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) .

聚合物水泥砂浆 篇5

1 试验

1.1 试验原料

水泥为山东金鲁城工程材料有限公司生产的42.5R硫铝酸盐水泥, 聚合物乳液为北京东联化工有限公司生产的苯丙乳液和丙烯酸乳液, 纤维为云南云维公司生产的聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维, 其中两种纤维的长度均为6mm, 直径均为18μm, 减水剂选用FDN高效减水剂, 消泡剂为磷酸三丁酯。各原料基本参数如表1、表2所示。

1.2 试验方案

1) 试验配比

聚合物乳液的掺量为水泥质量的0-21.0% (P/C) , 聚合物纤维的掺量为0-2.4kg/m3, 水灰比根据新拌水泥砂浆的流动度 (170±5) mm确定, 具体配比如表3所示。

2) 试样制备及测试

改性水泥砂浆试样成型、养护、抗压及抗折强度测定均参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检测方法》与JC/T984-2005《聚合物水泥防水砂浆》进行, 水泥凝结时间测定参照GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行, 水泥砂浆黏结抗折强度的测定方法及步骤参照《混凝土与水泥制品》2010年4月第2期“苯丙乳液改性水泥砂浆的性能研究”。具体试验方法如下:将养护28d的尺寸为40mm×40mm×160mm的普通砂浆块从中间锯断, 取其中一半放入试模中与改性砂浆重新成型, 养护至规定龄期后测定试样的抗折强度, 如图1, 若试样在粘结界面处被破坏, 则试验结果即为聚合物乳液改性水泥砂浆的黏结抗折强度。

2 结果与讨论

2.1 聚合物乳液的掺加对水泥砂浆性能的影响

(1) 强度

图2为两种聚合物乳液单独掺加对水泥砂浆强度的影响, 如图所示, 水泥砂浆的抗折强度随聚灰比的增加呈现先增加后减小的趋势, 当掺量为12%时达到峰值。由于聚合物乳液的成膜作用且具有很好的粘性, 掺入后贯穿与水泥浆体中, 与水泥水化产物一起形成一种致密的网络结构, 起到了桥接的作用, 从而提高了水泥砂浆的抗折强度, 然而, 当掺量过多时 (大于12%) , 抗压抗折强度下降明显。主要原因有以下两点:一, 由于乳液的引气作用, 使得水泥砂浆孔隙率增大, 结构疏松, 密实性降低。二, 乳液在水泥水化过程中成为水泥砂浆的组成相, 该相在水泥砂浆中占有一定体积, 其弹性模量远低于水泥浆体和骨料的弹性模量, 几乎不能承受力的作用, 从而使强度下降。另外, 丙烯酸乳液的改性效果好于苯丙乳液, 这是由于丙烯酸乳液属于酸性乳液, 在改性砂浆过程中, 不仅有成膜作用, 还与水泥水化产物Ca (OH) 2发生反应, 生成以离子键结合的网络结构大分子, 使得水泥砂浆结构更加致密, 从而使改性水泥砂浆的力学性能进一步提高。

(2) 压折比

改性水泥砂浆的压折比可以在一定程度上反映水泥砂浆的韧性, 在一定范围内, 压折比越低说明砂浆的韧性越好。图3为两种聚合物乳液改性砂浆的28d压折比随聚灰比的变化曲线, 由图可知, 聚合物乳液的掺加有助于改善水泥砂浆的韧性。

(3) 黏结抗折强度

图4为聚合物乳液的掺加对水泥砂浆黏结抗折强度的影响, 由图可知, 两种聚合物的掺入可使砂浆的黏结抗折强度提高40-50%, 这是因为聚合物乳液具有极好的黏性且分子扩散能力强, 能够渗透到基层材料表面的裂缝与毛细孔中, 乳液凝聚时产生的细丝, 会在机体与砂浆之间产生架桥, 形成机械黏结;另外, 聚合物膜与骨料、水泥水化产物牢固地黏结成大的整体网络, 进一步提高了聚合物砂浆的黏结抗折强度, 阻止了材料的开裂。

(4) 孔隙率

为研究聚合物乳液的掺入对水泥砂浆孔隙率的影响, 利用Poremaster-60型压汞仪分别测定普通硫铝酸盐水泥砂浆 (1#) 与掺加9%丙烯酸乳液的改性砂浆 (2#) 的28d孔隙率。图5为丙烯酸乳液掺入对砂浆孔隙率的影响, 由于乳液的填充作用及减水作用, 水灰比降低, 使得改性砂浆的内部结构更加紧密, 孔隙率明显低于普通硫铝酸盐水泥砂浆。从而, 增强了水泥砂浆的力学性能。

(5) 水化进程

SEM照片

图6为掺加9%丙烯酸乳液的改性砂浆与普通水泥砂浆的SEM (扫描电镜) 照片对比。与b图相比, a图中存在大量Ca (OH) 2, 且结构疏松, 致密性差, 水化程度低, 说明丙烯酸乳液的掺入延缓了硫铝酸盐水泥早期的水化进程, 而从28d的SEM照片可以看出, 改性砂浆与普通砂浆的水化均比较完全, 结构致密。

XRD图谱

快硬硫铝酸盐水泥砂浆水化反应式如下:

在石膏含量充足的条件下, 接着水化生成物之间还会发生如下反应:

利用D8-ADVANCE型X射线衍射仪 (X-ray diffractometer, XRD) 测试硬化浆体物相组成, 对比图7中改性水泥砂浆与普通水泥砂浆1d的XRD图谱, 可以看出, 掺加9%丙烯酸乳液的改性水泥砂浆1d水化试样中存在更多未水化的石膏和Ca (OH) 2, 从而, 进一步证明了丙烯酸乳液的掺入延缓了水泥浆体的水化进程。这主要是因为乳液的加入包裹或部分覆盖了水泥颗粒, 使得水泥颗粒不能与水充分接触, 影响了水泥浆体的水化。

(6) 养护制度

水泥的水化需要有充足的水分参与, 而聚合物乳液在砂浆试块中成膜则要求在干燥环境下进行, 两者相互矛盾, 这就需要一种合适的养护制度来提高砂浆性能。表4为丙烯酸乳液改性砂浆在不同养护制度下的28d强度, 其中, 1#～5#养护制度分别为标准箱养护28d、标准箱养护1d+水养27d、标准箱养护1d+自然养护27d、标准箱养护3d+自然养护25d、标准箱养护1d+水养2d+自然养护25d。由表4可以看出最佳养护制度为5#, 这主要是因为前期湿养后期干养的养护制度能促进水泥水化和聚合物乳液的填孔、成膜等作用, 因而强度最大。因此, 在实际工程应用中, 给予合适的养护制度可以进一步增加砂浆的性能。

2.2 聚合物纤维的掺加对水泥砂浆性能的影响

纤维的掺加也可以很好的增强砂浆的性能, 由图8 (a) 、 (b) 可以看出, 在0-1.6 kg/m3范围内, 随纤维掺量的增加, 水泥砂浆的抗折和抗压强度明显提高, 这是由于纤维贯穿在水泥砂浆中, 当水泥砂浆受到外力作用时, 有助于分散和转移基体内的应力, 此外, 纤维还具有延缓和阻止基体中微裂纹的扩展的作用, 从而使水泥砂浆的强度提高。而当纤维掺量超过1.6kg/m3时, 过量的纤维由于团聚作用不能均匀分散于水泥浆体中, 且未分散的纤维之间存在过多的空隙, 增加了水泥砂浆的孔隙率, 从而降低了水泥砂浆的强度。

PVA纤维的增强效果好于PP纤维, 这与纤维的表面特性有关, PVA纤维表面分子带有羟基, 而PP纤维则带有甲基, 因此, 与PP纤维相比, PVA纤维表面的的极性基团极性较强, 与水泥砂浆相容性更好。由图8 (c) 可知, 纤维同样可以降低砂浆的压折比, 改善砂浆韧性。

2.3聚合物乳液与聚合物纤维复掺对砂浆强度的影响

由试验2.2与2.3, 选取改性效果较好的丙烯酸乳液与PVA纤维复合掺加到水泥砂浆中, 由表5得, 乳液与纤维复合掺加的效果好于其各自掺加的效果, 复合的最佳配比为丙烯酸乳液12%+PVA纤维1.6 kg/m3。纤维的掺加可以有效地阻止裂缝的扩展和转移, 而乳液具有很好的黏性, 可以增加纤维与水泥基体的黏结性。通过纤维与乳液的共同作用, 砂浆的性能得到进一步增强。

3 结论

(1) 苯丙乳液与丙烯酸乳液的掺加均能提高硫铝酸盐水泥砂浆的抗折强度, 改善其柔韧性能, 降低砂浆孔隙率, 增强水泥砂浆的黏结性能;乳液的掺入可以延缓水泥早期的水化进程;两种乳液在水泥砂浆中的最佳掺量均为12%, 而前期湿养后期干养的养护制度可以进一步增强砂浆性能。

(2) PP纤维与PVA纤维均有助于增强水泥砂浆的力学强度, 改善其柔韧性能, 两种纤维在水泥砂浆中的最佳掺量均为1.6 kg/m3。

(3) 丙烯酸乳液对水泥砂浆的改性效果好于苯丙乳液;PVA纤维的增强效果好于PP纤维;乳液与纤维复合掺加的效果好于其单独掺加的效果, 复合的最佳配比为丙烯酸乳液12%+PVA纤维1.6 kg/m3。

摘要：研究了两种乳液和两种纤维单独掺加与复合掺加对硫铝酸盐水泥强度、柔韧性、黏结性、孔隙率、水化进程等性能的影响, 并通过SEM、XRD等微观手段初步分析其改性机理。实验表明:乳液与纤维的掺加均能提高水泥砂浆的抗折强度, 增强砂浆的柔韧性。而乳液还有助于提高水泥砂浆黏结抗折强度, 降低砂浆孔隙率, 延缓浆体水化进程, 而前期湿养后期干养的养护制度可以进一步增强乳液改性水泥砂浆的性能。另外, 乳液与纤维复合掺加的效果要好于其各自掺加的效果, 复合掺加的最佳配比为:丙烯酸乳液 (ACE) 12%+聚乙烯醇纤维 (PVA) 1.6kg/m3。

关键词：乳液改性水泥砂浆,纤维增强水泥砂浆,复合掺加,物理性能,水化进程

参考文献

[1]何娟, 杨长辉.聚合物改性混凝土的研究[J].混凝土, 2009, 5:65-67.

[2]赵志国, 朱宏.水性环氧乳液改性水泥砂浆性能的研究[J].混凝土, 2008, 9:88-90.

聚合物水泥砂浆 篇6

行业标准JC/T 984《聚合物水泥防水砂浆》修订稿已由全国水泥制品标准化技术委员会于2010年3月19日在苏州通过审查,目前正在报批阶段。为了更好地了解经修订后的标准,现将JC/T 984《聚合物水泥防水砂浆》新旧标准作一对比,以飨读者。

1 标准修订的原因

由苏州非金属矿工业设计研究院、建筑材料工业技术监督研究中心于2003～2004年组织有关科研院所、生产企业与质检机构等单位制订了JC/T 984—2005《聚合物水泥防水砂浆》国家行业标准。该标准发布5年来,在我国建筑物刚性防水工程中得到了广泛的应用,特别是试验方法被很多产品标准和施工规范、技术规程引用,对推广该产品起到了一定的作用。但在该标准执行过程中也出现了一些不足之处,如压折比项目设置有异议等,应进行修订。另外,还有收缩率指标,当采用聚合物乳液制备防水砂浆时,收缩率可满足≤0.15%要求;当采用可再分散乳胶粉制备聚合物防水砂浆时,收缩率增大,一般为≤0.3%。在国家标准GB/T 20473—2006《建筑保温砂浆》中规定收缩率指标为≤0.3%。

根据以上情况,苏州非金属矿工业设计研究院、建筑材料工业技术监督研究中心组织了对JC/T 984—2005的修订。

2 标准修订的原则

(1)参考国外先进标准。如JISA 6203—2000、2006年日本建筑学会发布的《聚合物水泥系涂膜防水工程施工指南(案)》作为本标准修订的主要参考对象。

(2)加强与现行防水工程技术规范的协调。如:GB 50108—2008《地下工程防水技术规范》、CECS 18:2000《聚合物水泥砂浆防腐蚀工程技术规程》、DL/T 5126《聚合物改性水泥砂浆试验规程》等。

(3)产品分类和技术要求的设置能突出聚合物水泥防水砂浆的特点,反映近年来该产品的技术进步,根据建筑防水工程对防水砂浆的要求,对JC/T 984—2005部分不合理项目进行修订,删除了压折比项目,增加了柔韧性、吸水率项目,使标准更趋科学合理。

(4)在选择试验方式时应尽量采用现行最新相关产品标准及试验方法标准。技术指标除了与现行防水工程技术规范相一致外,同时也根据分布全国各地的典型企业的产品经过多次反复的试验验证而确定。

3 标准修订前后的主要变化

修订了分类与标记:2005版及新版的第4章。

增加了一般要求:新版的第5章。

增加了涂层7 d的抗渗压力、柔韧性、吸水率,删除了压折比(2005版的5.2,新版的6.2)。

修订了Ⅰ型的部分技术指标:2005版第6章,新版第7章。

修订了部分项目的试验方法:2005版第6章,新版第7章。

修订部分内容的叙述。

4 修订后标准与JC/T 984—2005对比

4.1 范围

修订后标准:聚合物水泥防水砂浆(简称JF防水砂浆);

JC/T 984—2005标准:聚合物水泥防水砂浆(代号PCMW)。

修订后标准:本标准适用于建筑工程防水用聚合物水泥防水砂浆,与聚物水泥防水涂料的叙述内容基本一致;

JC/T 984—2005标准:本标准适用于聚合物水泥防水砂浆。

在范围的内容中增加了:一般要求。

4.2 定义

修订后标准:以水泥、细骨料为主要原材料,以聚合物乳液或可再分散胶粉为改性剂,添加适量助剂混合而成的防水砂浆。

JC/T 984—2005标准:以水泥、细骨料为主要原材料,以聚合物和添加剂等为改性材料,并以适当配比混合而成的防水材料。

4.3 分类

修订后标准直接将JC/T 984—2005标准中分类Ⅰ类、Ⅱ类分别修订为单组分(S类)、双组分(D类)。将“聚合物干粉”修订为可再分散胶粉。

修订后标准:

产品按组分分为单组分(S类)和双组分(D类)2种。

单组分(S类):由水泥、细骨料和可再分散胶粉、添加剂等组成。

双组分(D类):由水泥、细骨料和聚合物乳液、添加剂等组成。

增加了产品按物理力学性能分为Ⅰ型和Ⅱ型2种:Ⅰ型和Ⅱ型中不分单组分(S类)和双组分(D类)。

JC/T 984—2005标准:

产品按聚合物改性材料的状态分为干粉类(Ⅰ类)、乳液类(Ⅱ类)。

Ⅰ类:由水泥、细骨料和聚合物干粉、添加剂等组成;

Ⅱ类:由水泥、细骨料的粉状材料和聚合物乳液、添加剂等组成。

4.4 增加了一般要求

在修订后标准中增加了一般要求。

防水涂料施工与使用引起的环保与人身安全问题越来越受到社会与公众的注意,最根本的解决办法是从源头抓起,建立产品严格的市场准入机制。即生产用的原材料均应符合环保与安全要求,对人体、生物、环境无害;生产过程中的化学与物理反应不产生有害物质。真正做到不符合上述要求的产品不能生产;不符合上述规定的产品不能进入市场。参照ASTM标准与我国工程建设规范,本标准对聚合物水泥防水砂浆产品的环境与安全要求提出了原则性规定。即:本标准包括产品的生产与使用不应对人体、生物与环境造成有害的影响,所涉及与使用有关的安全和环保要求应符合相关国家标准和规范的规定。

4.5 外观

修订后标准:液体经搅拌后均匀无沉淀;粉料为均匀、无结块的粉末。

JC/T 984—2005标准:Ⅰ类产品外观为均匀、无结块;Ⅱ类产品外观为液料经搅拌后均匀无沉淀,粉料均匀、无结块。

4.6 技术要求(见表1)

4.6.1 项目设置

(1)产品按物理力学性能进行了分类。

修订后标准:产品按物理力学性能分为Ⅰ型、Ⅱ型。在修订后的项目设置中单组分和双组分用同一指标来检测,不分干粉类和乳液类。

JC/T 984—2005:产品按聚合物改性材料的状态分为干粉类(Ⅰ类)、乳液类(Ⅱ类)。

(2)取消压折比指标。

(3)增加了涂层试件的7 d抗渗压力项目。

(4)增加了柔韧性(横向变形)项目。

(5)增加了吸水率指标项目。

4.6.2 技术指标

(1)技术指标

修订后标准:分列Ⅰ型产品和Ⅱ型产品的技术指标。

参与这次验证试验的试样数据,比在制定JC/T 984—2005标准时参与标准验证试验试样的检测数据明显偏低,但也有超过20%以上的试样完全达到JC/T 984—2005标准要求。为此,将JC/T 984—2005标准中原有技术指标列为Ⅱ型产品的技术指标;另增加略低于Ⅱ型产品的技术指标,作为Ⅰ型产品的技术指标(见表1)。

(2)凝结时间(终凝时间),修订后标准为≤24 h;JC/T984—2005标准:Ⅰ类≤12 h,Ⅱ类≤4 h

(3)增加了涂层试件的7 d抗渗压力技术指标(见表1)。

(4)增加了柔韧性(横向变形)的技术指标(见表1)。

(5)增加了吸水率指标(见表1)。

4.7 标准试验条件

修订后标准:

试验室试验及干养护条件:温度(23±2)℃,相对湿度不低于(50±10)%。

湿养护条件为:温度(20±3)℃,相对湿度≥90%。

增加了6.1.3养护水池条件:温度(20±2)℃。

将JC/T 984—2005中6.2内容放在7.1条中一起叙述。

JC/T 984—2005标准:

试验室试验及干养护条件:温度(20±2)℃,相对湿度45%～70%。

养护室养护条件为:温度(20±2)℃,相对湿度大于95%。

4.8 试验方法

4.8.1 配料

修订后标准将JC/T 984—2005中6.3和6.4的内容,在7.3条中合并叙述,并在文字上作了部分修改。

4.8.2 凝结时间

修订后标准:按7.3配料,按GB/T 1346—2001进行试验,采用受检的聚合物水泥防水砂浆材料取代该标准中试验用的水泥。

JC/T 984—2005:

Ⅰ类产品:按GB/T 1346进行,试样采用被检验的聚合物水泥防水砂浆材料取代该标准中的水泥。

Ⅱ类产品:按DL/T 5126—2001中5.3条聚合物改性水泥砂浆凝结时间的测定方法规定进行,加水10 min后进行第1次测定。

由于DL/T 5126—2001中5.3条的试验方法与GB/T 346的试验方法一致,所以修订后标准将Ⅰ类产品(S类)、Ⅱ类产品(D类)凝结时间的试验方法合在一起叙述。只是在原标准内容的前面加了一句话:按7.3配料。

4.8.3 抗渗压力

(1)试验方法的变化

修订后标准:按GB 23440—2009中6.5规定进行试验。

JC/T 984—2005标准:按JC 474—1999中5.2.8进行试验。

由于GB 23440—2009中6.5规定了涂层试件和试件的抗渗压力试验方法,其试验方法叙述具体清楚,操作性强,修订后标准按GB 23440—2009中6.5规定进行试验。并且规定了涂层的抗渗压力按背水面进行试验。

(2)养护条件的变化

修订后标准:按GB 23440—2009中6.5规定进行试件养护。成型后,先湿气养护,再水养护至规定龄期。

JC/T 984—2005:7 d龄期试验,试件成型后进行湿养护,脱模后先3 d水养护,再干养护至规定龄期。28 d龄期试验,试件成型后进行湿养护,脱模后先7 d水养护,再干养护至规定龄期。

4.8.4 抗压强度与抗折强度

叙述内容作了修订:

JC/T 984—2005:6.5条专门规定了成型与养护,主要是叙述抗压强度与抗折强度试验的成型过程。

修订后标准:将JC/T 984—2005标准的6.5条与6.9条的内容全部在7.6条叙述。

养护条件作了修订:

修订后的标准:试件成型后的养护以及试件脱模后的养护,均按7.1.2湿气养护进行。

JC/T 984—2005:7 d龄期试验,试件成型后进行湿养护,脱模后先3 d水养护,再干养护至规定龄期。28 d龄期试验,试件成型后进行湿养护,脱模后先7 d水养护,再干养护至规定龄期。

4.8.5 取消了压折比,增加柔韧性

测定压折比是为了保证刚性防水材料有一定的柔性,控制其脆性。此指标从实际检测来看,离散性大,很难控制此指标,也是这次修订本标准的主要原因。因为压折比项目设置是参考建工行业标准JG 149—2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙保温系统》而来的,JG 149中的压折比所考核的是聚合物水泥砂浆薄抹灰的柔性,厚度一般为2～3 mm,而聚合物水泥防水砂浆的施工厚度一般在5 mm以上,最厚可达20～30 mm,GB50108—2008《地下工程防水技术规范》也规定当聚合物水泥防水砂浆施工1遍时,厚度为6～8 mm,可作为1道防水层,施工2遍时,厚度为10～12 mm,所以压折比项目不适合本标准的情况。

柔韧性项目是修订后标准新增加内容,试验方法按JC/T1004—2006附录C规定进行。

4.8.6 粘结强度

叙述内容的修订:

修订后标准:试验方法按步骤逐条进行叙述,内容简洁,条理清楚。在修订标准中加了:如经24 h养护,会因脱膜对强度造成损害的,可以延迟24 h脱膜。

养护条件作了修订:

修订后标准:试件成型及脱模后的养护,按7.1.2湿气养护进行。

JC/T 984—2005:7 d龄期试验,试件成型后进行湿养护,脱模后先3 d水养护,再干养护至规定龄期。28 d龄期试验,试件成型后进行湿养护,脱模后先7 d水养护,再干养护至规定龄期。

4.8.7 耐碱性、耐热性和抗冻性-冻融循环

试件制备的修订:

修订后标准:将制备好的试样刮涂到70 mm×70 mm×20mm水泥砂浆板上,涂层5.0～6.0 mm厚,然后再养护至规定龄期测试。

JC/T 984—2005标准:将制备好的试样倒入40 mm×40mm×5 mm成型模框中,成型模框放在70 mm×70 mm×20 mm水泥砂浆板上,成型后再脱模养护至规定龄期测试。

修订后标准简化了试样的制备方法,使操作更简单易掌握。

养护条件作了修订:

修订后标准:试件成型后的养护,按7.1.2湿气养护进行。

JC/T 984—2005:7 d龄期试验,试件成型后进行湿气养护,脱模后先3 d水养护,再干养护至规定龄期。

抗冻性-冻融循环试验方法的修订:

修订后标准:抗冻性-冻融循环试验方法引用GB 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》。

JC/T 984—2005:抗冻性-冻融循环试验方法采用JC 900—2002《无机防水堵漏材料》进行。

由于JC 900—2002《无机防水堵漏材料》中的抗冻性-冻融循环试验方法也是引用GBJ 82《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》。GBJ 82已修订为GB 50082—2009新标准。修订后标准将直接引用GB 50082—2009的方法,且JC900—2002标准已于2010年3月1日作废。

4.8.8 收缩率

试验方法无变化。

4.8.9 吸水率

吸水率项目是修订后标准中新增的试验项目。其目的是用吸水率来具体考核产品的防水性能。试验方法按DL/T5126—2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》附录B进行。

4.9 检验规则

修订后标准:出厂检验项目为外观、凝结时间、抗渗压力(7 d)、柔韧性、粘结强度(7 d)。

JC/T 984—2005:出厂检测项目为外观、凝结时间、抗渗压力(7 d)、粘结强度(7 d)。

修订后标准中增加了柔韧性。

组批无变化。

判定规则:将JC/T 984—2005中判定规则的内容,在修订后标准中按物理力学性能判定和总判定来叙述,使叙述条理更清楚。

5 修订后标准的技术要点

5.1 凝结时间

凝结时间是反映采用不同原材料(聚合物干粉或聚合物乳液)所制备的聚合物水泥防水砂浆的初、终凝时间,同时标注了凝结时间也可根据用户需要或季节变化由供需双方协商确定,以满足不同季节、不同用户的使用要求。

5.2 抗渗压力

抗渗压力反映产品防水抗渗效果,能否承受迎水面和背水面的抗渗压力,采用7 d和28 d不同龄期考核指标。28 d抗渗压力CECS 18:2000规定为≥1.5 MPa、GB 50108—2008规定为≥1.2 MPa,本标准规定为≥1.5 MPa。并且规定了产品使用的厚度≤5 mm时测定涂层试件的抗渗压力,当产品使用厚度>5 mm时测定砂浆试件的抗渗压力。亦可根据产品用途,选择测定涂层或砂浆试件的抗渗压力。

5.3 抗压、抗折强度

本标准规定的产品不仅要求有一定的抗渗压力,还要有一定的抗压、抗折强度,以保证防水抗渗工程的长期使用效果。

在抗压、抗折强度指标中,JISA 6203—2000规定抗压强度≥24.0 MPa、抗折强度≥8.0 MPa;GB 50108—2008《地下工程防水技术规范》将聚合物水泥防水砂浆的抗折强度规定为≥8 MPa。本标准规定28 d抗折强度Ⅰ型产品≥6.0 MPa,Ⅱ型产品≥8.0 MPa;28 d抗压强度Ⅰ型产品≥18.0 MPa,Ⅱ型产品≥24.0 MPa。Ⅱ型指标符合有关规范要求。

5.4 柔韧性

柔韧性项目是这次修订标准新增加的项目。反映产品除了具有刚性的性能外,还要有一定柔韧性,以适应建筑物的(被使用部位)适量位移变化。

5.5 粘结强度

粘结强度反映该产品与工程主体结构的结合牢度。JISA6203—2000、CECS 18:2000和GB 50108—2008等标准规定了28 d粘结强度在1.0～1.2 MPa。

修订后标准确定7 d粘结强度Ⅰ型≥0.8 MPa,Ⅱ型≥1.0MPa;28 d粘结强度Ⅰ型≥1.0 MPa,Ⅱ型≥1.2 MPa。

5.6 耐碱性

本指标是考核产品在一定碱性工况条件下的适应能力。规定在饱和Ca(OH)2溶液浸泡168 h试件无开裂、剥落。

5.7 耐热性

本指标是考核产品在热水水池和其它有关有耐热要求工况条件下的耐热性能。规定经100℃水煮5 h试件无开裂、剥落。

5.8 冻融循环

本指标是考核产品在寒冷地区条件下的耐冻性能。规定在-15～20℃、冻融循环次数为25次时试件无开裂、剥落。

5.9 收缩率

28 d收缩率指标参考了JISA 6203—2000和GB 50108—2008规定的28 d收缩率为≤0.15%,采用聚合物乳液制作防水砂浆时收缩率可满足≤0.15%要求,当采用可再分散乳胶粉作聚合物改性砂浆时,收缩率增大,一般为≤0.30%,在GB/T20473—2006《建筑保温砂浆》中规定收缩率指标为≤0.30%。本标准28 d收缩率确定为Ⅰ型≤0.30%、Ⅱ型≤0.15%。

5.10 吸水率

吸水率指标是这次修订标准新增加的内容,目的是考核产品的防水性能。

6 结语

聚合物水泥防水砂浆(JF防水砂浆)是以水泥、细骨料为主要原材料,以聚合物乳液或可再分散胶粉为改性剂,添加适量助剂混合而成的刚性带一定柔性的新型防水抗渗材料。

本标准的修订是在参考了国内外同类产品技术资料、原标准JC/T 984—2005、现行规范和有关标准,并考虑工程应用实际情况的基础上,根据验证试验结果而修订的。

本标准颁布实施后,将使更多的刚性防水砂浆产品采用本标准,使聚合物水泥防水砂浆这一性能优良的防水材料得到更广泛的应用,更有利于该产品的科学应用和进一步的发展。

本次标准的修订系国内首次修订,还需要在标准的实施过程中不断总结经验,发现不足之处应及时进行修正和完善。

本文介绍的内容如与正式颁布的标准内容有出入,应以正式发布的标准内容为准。

摘要：J:C/T984—2005《聚合物水泥防水砂浆》发布5年来,在我国建筑物刚性防水工程中得到了广泛应用,但在该标准执行过程中也出现了一些不足之处,如压折比项目设置有异议等不适合本标准的情况,应进行修订。介绍了该标准修订的目的、必要性、修订原则、标准修订主要变化及标准的技术要点等。

聚合物水泥砂浆 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。

参考文献

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[9]刘纪伟,王胜,梁勇,等.聚酯纤维聚合物乳液复合改性混凝土韧性研究[J].武汉理工大学学报,2013(3):26.

[10]Mu B,Meyer C,Shimanovich S.Improving the interfaces bond between fiber mesh and cementations matrix[J].Cem&Concr Res,2002,32(5):783.

聚合物改性砂浆综述 篇8

关键词：聚合物,改性,修补砂浆,改性机理,种类

0 引言

建筑工程的结构和功能失效不仅影响了人们的正常使用,而且造成了巨大的经济损失,工业发达国家建设总投资的40%以上用于建筑物的维修与加固,剩余的不足60%才用于新建筑的建设[1]。据美国总承包人联合会1996年的估计,在未来的19年中,对基础设施的修补和翻新将花费3.3万亿美元,这笔费用已经成为继美国国家预算赤字和国际贸易赤字之后的第3大赤字。中国诸多大型基础设施的建设相继完工并投入使用,而根据水泥混凝土本身的服役和老化规律预测,在今后的一个时期内,我国建筑行业将完成由目前以新建基础工程设施为主过渡到以修补和翻新这些基础工程设施为主的战略性转变。迫在眉睫的问题是,我国20世纪80年代以前修建的工业与民用建筑中有很大一部分正处在加固和维修时期,目前在建的一些民用及水工建筑物在施工和使用过程中也经常遇到混凝土质量问题,如蜂窝麻面、空洞、大面积损坏等。所以,未来的几十年我国建筑行业将面临保护、加固和维修工程设施的巨大压力。

1 聚合物改性砂浆的性质和发展历史

1.1 聚合物改性砂浆的性质

聚合物改性砂浆要求其抗弯强度、粘结强度和耐磨性能等方面有所改善,尤其是抗弯强度和粘结强度的提高更加显著,渗水量随聚合物增加而减少,但干缩值随聚合物的增加而增大。

聚合物改性砂浆具有较好的抗渗性能[2]。良好柔性和粘结性的聚合物能够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。聚合物改性砂浆具有较小的弹性模量和较好的塑性,因此其作为修补材料可以减少由于干燥收缩而产生的裂纹。聚合物改性砂浆还具有较好的保水性,有利于水泥的水化,并可采用较低的水灰比,以减少干燥收缩;即使长期不进行水养护,强度增长仍很快。聚合物改性砂浆的保水性能减小荷载作用下结构中毛细管水的移动和砂浆的徐变性。此外,聚合物砂浆还具有良好的工作性能、耐燃性、耐腐蚀性和抗冻性以及适度的引气性等性能。

1.2 聚合物改性砂浆的发展历史

聚合物改性砂浆的研究和应用已有80多年的历史。最早使用聚合物改性砂浆的是法国一个名不见经传的泥瓦匠,他在水泥中掺加了一些牛和羊的血,用于粉刷地窖防水。1923年克莱森(Cresson)第一个申请了聚合物硬化水泥体系的专利,在专利中把天然橡胶乳液作为填料加入道路路面建筑材料中。莱夫布尔(Lefebure)在1924年申请了用天然橡胶乳液使水泥砂浆及水泥混凝土改性的专利,第一个提出了用聚合物对水泥砂浆及混凝土进行改性的概念。20世纪二三十年代,天然橡胶乳液改性水泥砂浆及水泥混凝土得到了发展。1932年,邦德(Band)第一个提出了人造橡胶改性水泥砂浆及水泥混凝土,并获得了专利。20世纪40年代以来,先后有人获得了用合成聚合物胶乳进行改性的专利,并尝试把聚乙烯乙酸酯用于水泥砂浆及水泥混凝土的改性。50年代,许多国家在这一领域展开研究与尝试,对聚合物用于水泥砂浆及水泥混凝土改性进行了研究,并开始把部分研究成果在实际工程中试用。六七十年代,开始研究用液态和固态的聚合物,如聚合物单体、树脂、聚合物胶乳、聚合物粉末等对水泥砂浆及水泥混凝土进行改性。80年代以来,许多国家对这一领域的研究兴趣越来越浓,研究成果大量出现,并且研究水平也进一步提高。现在人们对聚合物改性水泥基材料的研究不仅是在工程应用上,而且对改性机理、聚合物与水泥、水泥水化生成物间的作用机理从理论上进行了深入的研究分析,并有大量科研成果出现。1994年中、日、韩3国倡导组织了东亚聚合物混凝土国际会议,并于2000年正式改名为亚洲聚合物混凝土国际会议[3]。

2 聚合物改性砂浆的分类、机理和应用

2.1 聚合物改性砂浆的分类

聚合物改性砂浆可以按其化学构成分为2类:一类是以聚合物为基、水泥为填充料合成的,如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。

将聚合物加入到水泥砂浆中有几种不同的方式,分别为乳液方式、可分散粉末或水溶性粉末方式和单体或聚合物的液体树脂方式。用乳液改性水泥砂浆的聚合物包括天然橡胶、丁苯橡胶、聚乙烯醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸酯以及苯丙乳液等。加入到水泥砂浆的聚合物粉末重新形成乳液,并在养护过程干燥成膜,从而起到对水泥砂浆改性的目的。对水泥砂浆改性的树脂有环氧树脂、氨基甲酸乙酯以及酚醛树脂等。

2.2 聚合物改性砂浆的机理

当聚合物与水泥砂浆共同拌合时,聚合物颗粒均匀分散在水泥浆体中,形成聚合物水泥浆体。在此体系中,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(凝胶内可包含着未水化水泥)颗粒的表面。随着水化反应的进行,水分不断地消耗,水化产物增多,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,而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未水化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所填充。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泥水化过程的化学结合水中,最终聚合物颗粒完全凝结在一起形成连续的聚合物网结构。聚合物网结构把水泥水化物联结在一起,即水泥水化物与聚合物交织缠绕在一起,从而改善了水泥石的结构形态。

细分散有机聚合物加入砂浆中可以改善砂浆的抗拉强度。聚合物在砂浆中形成薄膜[4],另外,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薄膜具有活动接头的功能,可以保证刚性骨架的弹性和韧性,聚合物膜的抗拉强度要比普通砂浆的抗拉强度高出10倍以上,所以细骨料有机聚合物还可以改善砂浆的抗拉强度。

孔隙是水泥砂浆中的固有缺点,通过聚合物在孔隙中的重新聚合来填充孔隙从而改善砂浆的性能。聚合物与水泥水化反应产生的Ca(OH) 2发生反应[5],必定会影响Ca(OH)2的生长与晶型,从而影响其砂浆的性能。

2.3 聚合物改性砂浆的应用

聚合物改性砂浆适用于混凝土结构的修补加固和混凝土工程中特殊部位,如应力复杂区、抗裂、抗震、耐冲击、耐磨损、抗疲劳要求高的部位。在音河水库放水闸等建筑物工程中,使用BXS聚合物砂浆补强施工,混凝土表面光滑,强度得到很大的提高,为安全生产运营提供了保障[6]。聚合物砂浆可以用于高层建筑外墙仿石装饰涂料。这种仿石涂料采用天然花岗岩加工为骨料,用合成树脂乳液作为胶粘剂配制而成,具有良好的低温稳定性、耐水性、耐碱性、耐洗刷性以及耐污率低、粘结强度高的优点。装饰墙面色泽均匀清晰,有类似天然石料的丰富色彩和质感,并且施工方便、可涂性强、造价适中,已经成为高层建筑外装饰材料品种之一。

聚合物改性砂浆在防腐领域的应用也很广。1992年大庆油田设计院研制成功并使用聚合物改性砂浆作为防腐材料用于水罐内壁。采用喷射施工的方法将聚合物改性砂浆喷到罐体内部作为防腐层,聚合物改性砂浆能适应钢质罐体的变形,在材料性能上优于普通水泥砂浆,并且与罐体有较强的粘结力、抗渗性和耐腐蚀性。该材料的温度适应范围宽,施工简单,无污染。

聚合物改性砂浆也可以用作防水保温材料,如以硬泡聚氨酯和聚合物砂浆组成的新型防水保温复合屋面材料。硬泡聚氨酯防水保温复合屋面是由硬泡聚氨酯发泡作防水保温层与聚合物砂浆防水抗裂保护层有机结合形成的新型防水保温复合屋面。这种新型材料具有自身质量轻、强度高、耐化学腐蚀性强、防水保温性能好、使用寿命长等优点。该项防水保温工程技术是一种集防水与保温性能于一体的现场连续喷涂施工的新技术,解决了屋面漏水和建筑节能两大技术难题。

此外,聚合物改性砂浆可以用于地下工程的防渗堵漏材料、地面材料、铺设材料、粘结材料、修补材料、外墙装饰材料以及制作工厂预制件等。

3 聚合物改性砂浆国内外研究现状

在聚合物改性水泥砂浆的力学性能等方面,M M Al-Zahrani等[7]研究了作为修补材料聚合物改性水泥砂浆的力学性能和耐久性。Joachim等[8]研究了水灰比对其性能的影响。G Barluenga等[9]研究了丁苯橡胶改性水泥砂浆的流动性和力学性能。陈华光等[10]通过力学试验分析了3种不同聚合物乳液对修补用水泥砂浆力学性能的改性作用,发现丁苯乳液对水泥修补砂浆的抗折强度、粘结抗折强度提高最大,对抗压强度的影响较小,价格适中,较适合于水泥砼路面修补;其他两种聚合物乳液(聚醋酸乙烯乳液和苯丙乳液)对水泥砂浆的力学性能改善程度不大,但对水泥砂浆的粘结性能有很大的改善。黄从运等[11]通过修补砂浆与基体混凝土相容性优劣来选择乳液改性硫铝酸盐水泥快硬修补砂浆的配比,分别选用羧基丁苯胶乳和醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳液对快硬硫铝酸盐水泥进行改性,研制快硬的高性能修补砂浆。郑志伟等[12]选用聚合物-丙烯酸酯共聚乳液作为水泥添加剂,分析研究了不同乳液掺量下水泥砂浆的性能,由此得出乳液掺量对水泥砂浆性能影响的规律,为此聚合物改性水泥砂浆的应用提供了理论依据。傅淑娟等[13]以试验为基础,以试点工程为实例,提出采取合适工艺,用聚合物水泥砂浆(简称PC材料)置换低强度等级混凝土梁中的部分混凝土,并相应增加钢筋,从而形成一种新的加固方法———“PC材料置换法”。此方法具有安全可靠、施工方便、经济合理等优点,对于加固低强度等级混凝土梁具有较大现实意义。他们还提出加固后混凝土梁抗剪强度计算方法。黄华等[14]通过243个测点的正拉黏结强度试验和24个测点的剪切黏结强度试验,分析了聚合物砂浆与混凝土界面黏结性能,探讨了黏结强度的影响因素,并结合试验数据提出了正拉黏结强度和剪切黏结强度的计算模型。结果表明,抹灰龄期、界面粗糙度、混凝土和砂浆强度、修补方位等是影响黏结性能的主要因素,其显著性水平按此顺序由高到低排列;随龄期增长、混凝土与砂浆强度提高,黏结强度增大,增幅降低;随界面粗糙度增大,黏结强度增大,但粗糙度并非越大越好;不同修补方位的黏结强度基本上遵循顶面大于侧面、侧面大于底面的规律。葛序尧等[15]为改善掺加粉煤灰的砂浆的综合性能,研究了在砂浆中加入聚合物时新拌砂浆施工性能和硬化砂浆的力学性能。结果表明,加入聚合物能降低砂浆水胶比,改变新拌砂浆含气量,提高硬化砂浆的韧性和黏结强度。聚合物改性粉煤灰砂浆具有优良的综合性能,可用于混凝土修补加固工程中。谢业明等[16]研究了高效减水剂、聚合物和硅灰对砂浆施工性能和力学性能的影响,并提出了水泥砂浆的优化配合比,认为该水泥砂浆能够满足高强混凝土修补的要求。

在聚合物改性水泥砂浆的结构和耐久性等方面,Jae-Ho Kim等[17]研究了聚乙烯酯(PVA)改性水泥混凝土的结构和特性。Vinckea等[18]发现苯丙(SAE)乳液改性可以提高混凝土的抗生物酸腐蚀性,而乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和SBR乳液的加入,对该性能影响不大,聚丙烯酸酯(PAE)乳液可以改善水泥砂浆的工作性、抗折强度、耐水性和抗盐性等。J Monteny等[19]用模拟方法研究了聚合物改性水泥混凝土耐化学腐蚀性能。郑宝红等[20]介绍EE聚合物修补砂浆在盐类中的长期浸泡及干湿循环条件的腐蚀行为,通过与普通水泥砂浆的对比,发现EE聚合物砂浆在饱和盐溶液中经过1年长期浸泡后或通过200次的干湿循环后,具有较好的耐腐蚀性能,其原因是,聚合物砂浆的致密度提高,腐蚀溶液难于进入砂浆内部。该材料能够在沿海及高盐卤腐蚀地区进行推广应用。所有这些研究都对聚合物-水泥基复合材料的应用提供了有意义的借鉴。

4 聚合物改性砂浆存在的问题及研究趋势

4.1 聚合物改性砂浆存在的问题

(1)并非所有的聚合物乳液对水泥砂浆的粘结性能都有改善的作用,如在砂浆中加入丙烯酸酯。这可能是因为有些聚合物与水泥体系不相容,影响了水泥水化进程,并且聚合物本身也会因为水泥体系的碱性而降解。

(2)阳光中的紫外线对聚合物材料的老化有很大的影响。虽然到达地面上的紫外线量很少,但是紫外线的能量相当强,对许多聚合物材料的破坏性很大。从能量的角度来讲,聚合物分子结合的键能多数在250~450kJ/mol的范围内,而短波紫外线的光能量达到398kJ/mol,能够切断许多聚合物的分子键,并可以引起光化学反应。这种反应一般发生在材料表面,首先引起砂浆表面聚合物老化,逐渐向内层发展,太阳光中的红外线也会引起材料热老化,因此在大气环境中材料的受光面积和单位面积上所接受的光强度均影响老化速度。

(3)外界温度的变化、干湿循环、水的作用也会加速材料的老化,特别是当聚合物处于湿热状态时强度明显下降,在泡水的情况下,温度越高,强度损失越大。

(4)聚合物价格远远高于水泥的价格,而且用普通工艺配制的水泥砂浆中聚合物的掺量又偏高(一般聚合物掺量约占水泥质量的20%),从而导致因造价昂贵而使其推广应用受到很大限制。为了降低聚合物掺量,可以将分次投料工艺引入到聚合物改性水泥砂浆的配制中[21]。在集料表面包裹一层聚合物,这样可以使少量的聚合物在集料-水泥相界面处发挥最充分的作用,改善集料与水泥水化产物之间的界面粘结,从而在低聚合物掺量下获得与较高聚合物掺量下相当甚至更好的结果,使聚合物改性水泥砂浆的力学性能和单位价格可以满足人们的要求。也可以采用几种聚合物或无机物共同作用来改性水泥砂浆。例如,通过硅酸钠为主,聚合物乳液为辅,对水泥砂浆进行混合改性[22],混合改性可以显著改善砂浆的微观结构,提高砂浆的密实性、抗压与抗折强度,并且混合改性砂浆的成本显著低于聚合物改性砂浆的成本。

(5)虽然在砂浆中加入聚合物可以改善砂浆的力学性能以及相关的一些性能,但是由于聚合物在碱性条件下可能会存在降解,从而影响聚合物砂浆的性能。例如,氯偏乳液在水泥砂浆中就会发生降解[23]。氯偏乳液在水泥砂浆中发生降解时释放出氯离子,释放出的氯离子的量随着聚灰比的增大和龄期的延长而增加,因此在使用氯偏乳液等类似聚合物作为水泥砂浆改性剂时,必须考虑其降解的影响。

(6)在水泥砂浆中加入一些聚合物时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[24]。但是Ben-Dor[25]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。

4.2 聚合物改性修补砂浆的研究趋势

在日本,聚合物改性砂浆被广泛应用于装饰面和修补工程的结构材料,但是聚合物改性砂浆在美国被广泛应用于桥梁甲板表面和修补工程。由于近年来在日本钢筋混凝土结构的快速损坏已经成为一个严重的问题,人们逐渐对聚合物改性砂浆作为修补材料产生了兴趣,其市场需求也在不断地增加。聚合物改性砂浆作为修补材料将会成为聚合物砂浆的一个发展方向。为了使聚合物砂浆作为修补材料,聚合物砂浆的收缩性能以及与各种材料的粘接强度将需要作进一步的研究。砂浆与原来结构上的材料的粘接是聚合物砂浆作为修补材料存在的一大问题,粘接处的砂浆的粘接强度和孔隙率及湿度有一定的关系[26]。

预制聚合物混凝土/砂浆是聚合物在混凝土应用中发展最快的一个方面。期望聚合物混凝土/砂浆可以代替硅酸盐水泥混凝土结构、金属结构、木质结构甚至塑料结构。

聚合物砂浆的功能型研究将是其中的一个研究方向,使聚合物砂浆具有复合型、环保型、自洁型等功能。依据复合材料理论,通过不同的聚合物(或无机物)加入到水泥砂浆中,使砂浆材料各相之间的性能互补、工艺互补、使用效能互补、经济互补。采用适宜的(低)聚灰比,并加入一定量的无机超细活性掺合料来改善砂浆的性能,将是一个有前途的发展方向。例如,在砂浆中掺入聚合物和粉煤灰可以明显改善砂浆的力学性能、施工性能,降低砂浆的成本,并且可以有效地利用废渣。在水泥砂浆中加入硅灰和聚合物乳液消泡剂可以大大提高砂浆的粘接力,从而提高界面过渡区的力学性能。自洁性是指聚合物砂浆作为外墙饰面材料时,表面不粘水、不透水,仅用雨水就可以使其保持干净。

开发再生资源,使高度激发冶金工业产生的各种矿渣、钢渣、铝渣、电力产生的粉煤灰和脱硫石膏、煤炭产业的煤矸石、化工和轻工产业的电石渣糖渣等应用在聚合物砂浆领域中,利用聚合物砂浆产业发展循环经济,使聚合物砂浆的生产满足绿色制造的要求,实现聚合物砂浆的高性能化和生态化。

5 结语