环氧树脂砂浆

环氧树脂砂浆（共8篇）

环氧树脂砂浆 篇1

环氧树脂是一种含有环氧基的高分子聚合物, 为环氧氯丙烷及二酚基丙烷在碱的作用下缩聚而成的液体树脂, 本身不会硬化, 当加入一定量固化剂后, 变为不溶于水的坚固体型网状结构的巨大分子高聚物, 其性能由热塑性变为热固性。固化后显出强度高、粘结力大、收缩性小及化学稳定性好等特点, 常在桥梁支座安装中应用。

一般环氧树脂砂浆的施工环境温度通常在15~32℃, 20℃最为适宜。本工程在施工过程中, 环境温度为1~5℃, 为顺利施工, 保证工期, 进行低温下环氧树脂砂浆的配合比控制试验研究。

1 材料选用

环氧树脂砂浆是由环氧树脂、固化剂、增韧剂、稀释剂、填充料组成, 不同的材料组成配比, 可以影响环氧树脂砂浆的固化速度、强度值等。

(1) 环氧树脂

选用E44 (6101) 型环氧树脂。

(2) 固化剂

选用乙二胺, 相对密度0.898, 熔点8.5℃, 沸点116~117℃, 用量8%。其作用是促进或调解固化反应, 是环氧树脂凝固的助剂。

(3) 增韧剂

二丁酯, 密度1.043, 沸点340℃, 用量10%~20%。其作用是增加环氧树脂的韧性, 提高抗弯和抗冲击强度。

(4) 稀释剂

丙酮, 用量5%~15%树脂。主要作用是降低环氧树脂黏度, 使其有较好的流动性, 便于浸润粘结面, 提高粘结力, 便于操作和延长使用时间。

(5) 填充料

选用42.5R水泥、中砂 (需烘干) 。填充料作用是减少环氧树脂用量, 降低成本, 适量加入可以减少热膨胀系数、收缩率、放热温度和增加热导率及粘结力。

2 环氧树脂砂浆配制

2.1 拌制顺序

将环氧树脂与二丁酯、丙酮、乙二胺按一定数量配合, 并充分搅拌均匀, 再按一定数量将水泥、中砂加入环氧基液, 并充分搅拌成黏糊状。

2.2 配比试验结果

为了试验出适合低温条件下使用的环氧树脂砂浆, 工地试验室按两种试验条件各试配了4个试件进行试验研究分析。在试验中均选用二丁酯作为增韧剂, 丙酮作为稀释剂, 乙二胺作为固化剂, 并分别按一定掺入量进行配比试验 (试配采用重量比) 。

2.2.1 标准养护条件下配比

试验1:其他条件相同, 中砂含水量不同下进行试验, 其结果如表1:

注:表中括号内数字为砂的含水量

从各试件强度结果可以看出, 中砂含水量的不同, 对试件强度有很大影响, 随着含水量减少, 试件强度增加, 当砂含水量为0时, 强度达到最佳值。

试验2:其他条件相同, 乙二胺用量不同进行试验, 其结果如表2。

从各试件强度结果可以看出, 乙二胺用量不同, 对试件强度也有很大影响, 随着用量增加, 试件强度增加。

从上述两种试验情况可看出:在其他条件不变的情况下, 中砂的含水量对试件最终强度有影响, 试件强度随固化剂含量的增加而增加。但在实际施工中, 为节省成本, 结合实际情况, 采用严格控制中砂含水量, 对砂进行烘干处理, 适当提高乙二胺的用量的方法, 从而合理配制低温下环氧树脂砂浆, 以供工程使用。

2.2.2 室外环境条件下配比

对标准养护条件下筛选出的合格配比试件6号、7号、8号试件置于室外环境下养护, 其强度增长情况如表3。

从表3中可看出, 8号试件的配合比符合施工要求, 故最终确定合理的配合比为:环氧树脂∶二丁酯∶乙二胺∶丙酮∶水泥∶砂为1∶0.15∶0.16∶0.1∶2∶4.5。

3 工程应用

奉铜高速B14合同段高7二号、三号大桥主梁安装工程于2012年1月施工, 正处于低温季节, 施工时室外温度为1~5℃, 支座垫石采用环氧树脂砂浆, 按上述8号配合比施工。

3.1 施工方法

(1) 在墩台盖梁上进行测量放样, 对支座垫石范围的盖梁顶面进行凿毛至设计标高, 然后清洗并烘干工作面。

(2) 支立模板, 标准垫石顶标高。

(3) 环氧树脂砂浆制备

先将环氧树脂倒入容器内加热, 并不断搅拌至稀释状, 冷却至10℃左右倒入二丁酯和丙酮, 搅拌均匀, 再倒入乙二胺并搅拌均匀, 形成环氧浆液, 然后倒入拌和均匀的水泥和砂, 迅速搅拌均匀形成环氧树脂砂浆。

(4) 浇注环氧树脂砂浆

浇注时采用人工加强振捣, 确保砂浆密实, 并严格控制顶面平整度和标高。

(5) 拆模、养护。

3.2 施工注意事项

(1) 环氧树脂砂浆配比采用重量比。

(2) 使用洁净的中砂, 并充分烘干。

(3) 环氧树脂每次拌和数量, 应根据其施工用量合理拌制, 随用随配制, 拌和至使用时间不超1 h。

(4) 环氧材料加热要控制温度, 以防燃烧。

(5) 严格按配比拌和, 特别是乙二胺的用量要准确, 乙二胺掺入后必须拌和均匀。

(6) 乙二胺为有毒物、易挥发, 在施工时施工人员应佩戴安全防护用具, 防止有害气体对人体的危害, 且要注意防火。

(7) 配制器皿采用敞口, 浅底易于散热。

除此之外, 支座垫石的施工质量直接影响上部结构的整体稳定性, 对桥梁的使用寿命、使用安全非常重要。施工时应严格按规范操作, 并符合设计要求。

4 结束语

通过试验表明:在低温条件下严格控制中砂含水量、合理选择乙二胺用量, 可以配制出满足低温施工要求的环氧树脂砂浆, 与其他施工方式相比, 既节省成本, 又能保证工期, 取得了较好的经济效益。

参考文献

[1]陈平, 王德忠.环氧树脂及其应用/合成树脂及应用丛书[M].化学工业出版社, 2004.02.01.

环氧树脂砂浆 篇2

主要用途 ：

用于要求耐磨性强、耐一定冲击性的车站、码头、停车场、桥梁、仓库、地下停车库、市场、堆高机之走道、厨房、机场跑道、溜冰厂、水坝工程、重机油厂房、电子厂、发电厂、电机厂、化工厂、纺织厂、服装厂电器、电子、机械（如汽车、摩托车、电 梯、自行车等）、通讯设备、仪器仪表、食品、医药、化工、烟草、饲料、纺织、饮料、服装、家具、塑料、文体用品等制造车间地面，特别是需要跑叉车、汽车、重手推车的走道。对于潮湿环境，如地下停车场、一楼地面等，可选用祥和牌水性环氧树脂涂料作地坪。主要特点 ：

防尘、耐磨、耐冲击、耐重压，机械性能好。

耐油污、耐药品性、化学溶剂耐化学溶剂腐蚀，酸、碱、盐介质腐蚀。耐候好、不变质、无收缩、绝缘、耐火、耐油、耐腐蚀。接着力强不剥离、不龟裂、材质细密、不透水、不吸水。具有较强防潮性，可做防滑地面、哑光或高光地面。A型：环氧树脂砂浆涂装地坪（1mm、2mm、3mm、5mm）B型:环氧树脂桔皮纹理状防滑地坪(1mm、2mm、3mm)C型：环氧树脂砂浆型止滑地坪（1mm、2mm、3mm）

地坪使用年限 ：

厚度为1mm时，可达5年以上； 厚度在2mm时，可达8年以上； 厚度在3mm时，可达11年以上。

特种环氧自流平地坪方案

(一)地面处理方案

1、对水泥基面的要求

1.1要求水泥基面牢固、结实、不起壳、干燥无水。

1.2要求水泥基面、水泥层表面不起砂，硬度好，没有水泥粉化现象。

1.3表面平坦，无凹凸不平，蜂窝麻面，水泥疙瘩等现象。

1.4地面无油、其它油漆、乳胶漆、泡泡糖等残渣。

1.5用2m直尺和楔型尺检查，平整度不大于3mm。

1.6一楼地面需要做防水处理。

2、施工条件

2.1温度一般要求现场温度10℃以上。

2.2通风。

2.3现场有充分的光线。

2.4现场有电源保证施工机械正常使用。

2.5有临时仓库存放材料。

3、原地面处理

3.1铲除基础表面疏松部份及水泥残渣和乳胶残渣等，检查基础，松动部分和机油腐蚀严重部分应铲除，用环氧石英砂补平坑洼部份。据中国环氧树脂行业协会专家介绍，还要用机械清洁地面，增加环氧与水泥基面的附着力。

3.2对于水泥地面有油污(食用油、机油等)，用药剂洒于已用水冲湿的地表面，用专业工具反复擦洗，然后用水冲洗干净，可反复2～3次，直到表面无油迹为止。

(二)铺设特种环氧自流平地坪

1、地坪整改

1.1用打磨机和打花机将水泥基础面处理。

1.2处理后，整个地面全面铺设特种环氧地坪。使其达到美观、统一、卫生的现代厂房标准。

2、选材

上海嘉柏丽专用特种环氧地坪的配套材料。

3、特性

3.1耐压、耐磨、耐刮强度优秀

3.2耐酸碱腐蚀、耐溶剂、阻燃、无毒

3.3防滑、防尘、防滋生细菌

3.4无缝、美观、易清洁

4、产品技术指针

4.1抗压强度(ASTM法)≥700kg/cm 4.2耐磨性(750g/500r)≤0.02g

4.3附着力强度 1级

4.5耐10%硫酸 30天无变化

4.6耐10%烧碱 30天无变化

环氧树脂砂浆 篇3

钢筋混凝土电杆在制作、运输、吊装和运行过程中容易产生各种缺陷, 其中最常见的便是裂缝, 即使是预应力混凝土电杆也难以避免。这样电杆长年经受大气和雨水的侵蚀, 尤其低温时裂缝中的水分冻结成冰又促使裂缝扩展, 在反复冻融下导致了裂缝边缘的散裂;当水分接近钢筋以后就会逐渐破坏其四周的碱性保护层, 钢筋便开始锈蚀。铁锈体积的膨胀同样也使裂缝扩大以致散裂, 最终将使结构强度减弱, 使安全运行受到威胁。对于存在各种缺陷的电杆, 其可以继续服役的时间取决于修补方法的可靠性。本文根据钢筋混凝土电杆的裂缝特点, 研制环氧树脂砂浆修复材料, 结合对环形混凝土试件的病害检测, 对部分受损在役钢筋混凝土电杆进行了修补, 取得了良好效果。

1 试验

1.1 原材料

本试验用胶黏剂为无锡树脂厂生产的E-51环氧树脂, 固化剂为江西省西南化工有限公司生产的低分子650聚酰胺树脂, 两者的实测密度分别为1.190 g/m L和0.976 g/m L。用邻苯二甲酸二丁酯 (DBP) 作增韧剂, 掺加501活性稀释剂和KH-550偶联剂。所用填料为南京海螺水泥有限公司生产的P.O 42.5水泥和经冲洗、烘干、过筛的粒径小于0.63 mm的江砂。

1.2 试验方法

根据设定配合比制备环氧树脂砂浆并成型相关试体。参照《环氧树脂砂浆技术规程》D L/T5193-2004测定环氧砂浆的表观密度、固化时间、抗压强度、抗拉强度、弯曲强度。抗压强度测定采用40 mm立方体试体, 抗拉强度测定用“8”字形试体, 弯曲强度测定用尺寸为40 mm×40 mm×160 mm的棱柱型试体。参照《混凝土结构加固设计规范, 附录F:粘结材料粘合加固材与基材的正拉粘结强度实验室测定方法及评价标准》GB 50367-2006制作环氧树脂砂浆与混凝土粘结强度测试试件, 测定环氧树脂砂浆与混凝土基体的粘结性能。混凝土基材的抗压强度为46.3 MPa。

2 试验结果与分析

2.1 可操作时间

2.1.1 固化剂掺量的影响

表1是在25℃时不同环氧树脂:固化剂质量比是粘结剂的可操作时间。在一定范围内, 随着固化剂掺量的增大 (环氧树脂:固化剂质量比减小) , 粘结剂的固化加快, 可操作时间缩短。当固化剂掺量超过一定值后, 会对胶粘剂的力学性能产生不利影响。从表1结果看, 环氧树脂:固化剂质量比在1.1:1到1.5:1之间时可操作时间都是可取的, 从力学性能的角度考虑, 以取环氧树脂:固化剂质量比为1.5:1比较合适。

2.1.2 稀释剂掺量的影响

稀释剂可以降低胶黏剂的粘度, 增加流动性、流平性、浸润性, 改进施工工艺性能。表2是25℃时, 环氧树脂:固化剂质量比为1.5:1时不同稀释剂 (501活性稀释剂) 掺量的胶粘剂的可操作时间。可以看出, 稀释剂可以一定程度延缓固化, 延长可操作时间。试验结果表明, 掺加环氧树脂的15%的501活性稀释剂可以使环氧树脂砂浆的可操作时间延长1/2以上, 超过1 h。

2.1.3 操作温度的影响

表3是掺有环氧树脂质量的10%的501活性稀释剂的不同温度时环氧树脂:固化剂质量比为1.5:1的胶粘剂的可操作时间。从表3中结果可以看出, 温度对胶粘剂的固化时间影响很大, 在夏天温度较高时, 操作时间会缩短, 应适当降低固化剂的掺量, 而冬天气温较低时, 固化和强度发展过慢, 应适当提高固化剂掺量或添加固化促进剂。

2.2 固化强度

2.2.1 固化剂掺量的影响

表4是胶黏剂 (环氧树脂+固化剂) 与填料 (水泥:石英砂=1:3) 质量比为1:4的不同环氧树脂:固化剂质量比的固化体在25℃时的力学性能。从表4结果可知, 环氧树脂与固化剂质量比为1.5:1时胶粘剂有较好的力学性能。当固化剂含量偏低时, 环氧基反应效率低;当固化剂过量时, 则固化效率低;两者均会导致交联密度低, 固化体不能形成理想网状交联状态, 从而未能达到最佳性能。

2.2.2 填料的影响

填料是建筑修补胶中不可缺少的组份。掺加适量的填料, 不仅可以降低原材料成本, 而且可以提高环氧固化体的抗压缩性能。表5是环氧树脂与固化剂质量比为1.5:1的聚合物, 填料为不同水泥和细砂掺量修补材料在25℃时的强度值。从表5结果可知, 每100重量份胶黏剂 (环氧树脂加聚酰胺树脂) 加200~400重量份填料 (水泥和砂子) , 均有利于抗压缩强度的提高, 过多掺入填料就会导致强度的下降。

不同填料掺量环氧固化体与设计值为C50的旧混凝土抗拉粘结强度均大于2.5 MPa, 且均为混凝土内聚破坏。聚合物分子扩散能力强, 渗透到基层材料表面的毛细孔、裂缝中、毛面上对缝隙进行堵塞, 聚合物凝聚时能与基体可靠相连, 并形成机械粘接;同时, 环氧固化剂与填料等牢牢地粘结成坚固的整体, 大大提高了聚合物粘结强度。对面层材料而言, 抗压、抗折强度也是阻止材料开裂的主要参数, 当强度值较大时对收缩有一定的抑制作用, 因此聚合物与填料按为1:4, 水泥与砂子按1:3掺合是抑制开裂最合适的比例。

注:胶黏剂为环氧树脂和固化剂总质量, 填料为水泥和砂子的总质量。

2.2.3 增韧剂的影响

增韧剂可以改善环氧固化体的脆性, 提高其冲击韧性, 但掺量过大会影响固化体的硬度和抗折、抗压强度。向环氧树脂固化体系中引入高分子质量的弹性体, 对于改善胶黏剂的韧性效果最佳。表6是环氧树脂:固化剂质量比为1.5:1, 胶黏剂与填料按1:4, 水泥与砂子按1:3掺合时再掺入不同量 (环氧树脂的百分数) 增韧剂邻苯二甲酸二丁脂 (DBP) 对固化体韧性的影响。在试验范围内, 环氧固化体的柔韧性随着邻苯二甲酸二丁脂掺量的增加而提高, 但强度值随邻苯二甲酸二丁脂掺量的增加而降低, 对于混凝土修补材料而言, 根据表6所示增韧剂 (DBP) 掺量以环氧树脂的10%为宜。

2.2.4 偶联剂的影响

偶联剂引起分子结构中具有两种截然不同的基团, 可分别与有机物和无机物结合, 使有机物和无机物两种性质不同的材料能通过偶联剂的桥梁作用牢固结合起来, 从而改善环氧固化体的性能。表7是环氧树脂:固化剂质量比为1.5:1, 胶黏剂与填料按1:4, 水泥与砂子按1:3掺合时, 掺入不同量KH-550偶联剂的环氧砂浆固化体的性能, 可见掺加环氧树脂重量4%的KH-550偶联剂可以一定程度提高环氧砂浆固化体的抗拉强度。

3 钢筋混凝土电杆修补用环氧树脂砂浆组成及其应用

根据上述试验结果, 确定混凝土电杆修补材料为环氧树脂修补砂浆的各组份配合比见表8, 其中掺加少量炭黑是为了使得修补砂浆固化后的颜色接近水泥浆体, 其性能检测结果见表9。应用该环氧树脂砂浆对苏北某在役输电线路部分受损钢筋混凝土电杆进行了修补。图1和图2分别是对在役钢筋混凝土电杆锈胀剥落和合缝漏浆演变成的缝隙的修补情况。使用结果表明, 这种环氧树脂修补砂浆可操作性好, 固化快, 抗压、抗弯和与旧混凝土粘结强度高, 适用于对在役钢筋混凝土电杆的缝隙和剥落的修复。

单位:MPa

参考文献

[1]修玉英, 汪青, 罗钟瑜.国内外增韧改性环氧树脂的研究进展[J].中国胶粘剂, 2007 (2) .36-40.

[2]陈建斌.环氧树脂砂浆及其应用[J].江西化工, 2005 (3) :115-117.

[3]孔祥荣, 周郁兵, 张宜兵.PHC管桩修补用环氧混凝土配比试验[J].商品混凝土, 2013 (5) :114-116.

[4]张建生, 沈玉龙.环氧乳液水泥砂浆修补材料的性能研究[J].化学建材, 2003 (2) :34-35.

[5]肖丽君.环氧胶砂修补混凝土公路局部缺陷的试验[J].宁波大学学报 (理工版) , 2002 (4) :77-80.

[6]李海燕, 康文通, 史加福, 等.高分子复合材料在汾河灌区裂缝修补中的应用[J].山西水利科技, 2000 (1) :49-50.

[7]孙曼灵.环氧树脂应用原理与技术[M].北京:机械工业出版社, 2002.

[8]赵波, 李敬玮, 鲁一晖.环氧树脂修补材料固化行为研究[J].中国水利水电科学研究院学报, 2009 (12) :307-310.

[9]魏涛, 苏杰.环氧-聚氨酯互穿聚合物网络水下混凝土修补材料的研究[J].中国建筑防水, 2007 (11) :14-17.

环氧树脂砂浆 篇4

本研究通过在砂浆中掺入不同比例的SAP来研究其对水泥砂浆基本性能的影响, 为SAP在新型刚性自防水材料中的应用提供一定的技术支持。

1 实验部分

1.1 原材料及制备

1.1.1 原材料

水泥:P.O.42.5 普通硅酸盐水泥;砂:普通河砂;水:自来水;SAP:一种交联丙烯酸/丙烯酸钠共聚物, 外观呈白色颗粒状粉末, 见图1, 其性能如表1 所示。

1.1.2 试件制备

空白组砂浆的配合比 (质量比) 为水泥∶砂∶水=1∶2∶0.4。为了让SAP在水泥砂浆中均匀地分散, 制备时需要按照一定的顺序添加原材料:首先将SAP与水泥混合, 用胶砂搅拌机搅拌, 使其初步均匀, 然后与砂一起加入搅拌机, 干搅60 s后将水加入, 再搅拌2min。最后按相关的要求对试件进行制作, 养护28 d后进行相应的测试。

1.2 测试方法

1.2.1 干制品密度

首先将70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的28 d龄期的立方体试件, 在105 ℃下烘干至恒重;然后参照GB5486.3—2001《无机硬质绝热制品试验方法密度、含水率及吸水率》中的有关规定进行测试, 并记录试样质量m与体积V;最后根据公式 ρ=m/V, 计算出试件的密度。

1.2.2 吸水率

参照GB/T 11970—1997 《加气混凝土体积密度含水率和吸水率试验方法》中的有关规定进行吸水率试验, 测试时间为48 h, 计算公式如下:

式中, W为砂浆吸水率, %;m0为试件烘干后的质量 (将养护到28 d龄期的试件放入电热鼓风干燥箱中, 在75 ℃条件下烘4 h) , g;mg为试件吸水后的质量, g。

1.2.3 抗压强度

参照JGJ/T 70—1990《建筑砂浆基本性能试验方法标准》的有关规定进行抗压强度试验, 试件的尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方体, 计算公式如下:

式中, fm, cu为砂浆立方体试件抗压强度, MPa;Nu为试件破坏荷载, N;A为试件承压面积, mm2。

1.2.4 抗折强度

参照DL/T 5126—2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》的有关规定进行抗折强度试验, 试件规格为40 mm×40 mm×160 mm的棱柱体, 计算公式如下:

式中, fb为抗折强度, MPa;P为破坏荷载, N;L为两个支点的间距, mm;b为棱柱体正方形截面的边长, mm。

2 结果与分析

2.1 SAP对干制品密度的影响

SAP对砂浆干制品密度的影响规律如表2 所示。由表2 可以看出, 掺入SAP的水泥砂浆的干制品密度随着SAP掺量 (SAP占水泥用量的质量百分数) 的增加而降低。其原因可能是SAP掺入到水泥砂浆中, 由于SAP具有极强的吸水能力, 会吸收水泥砂浆内部的自由水, 而伴随着水化反应不断地消耗水分, 使得SAP一方面逐步释放水分供给水泥水化, 另一方面随着SAP释放水分导致其体积逐渐减小, 而在原来的位置形成孔隙从而影响了水泥砂浆的孔隙率, 使得孔隙率增大, 导致干制品密度降低。

2.2 SAP对吸水率的影响

SAP对砂浆吸水率的影响规律如表3 所示。由表3 可以看出, 掺入SAP的水泥砂浆的吸水率都大于空白组的吸水率;且随着SAP掺量的增加, 水泥砂浆的吸水率增大。其原因可能是两个方面:一方面由于SAP本身的吸水性很好;另一方面由于SAP的掺入使得水泥砂浆的孔隙率增大 (表2) 。因为这两方面的原因, 最终导致水泥砂浆的吸水率增大。

2.3 SAP对抗压强度的影响

SAP对砂浆抗压强度的影响规律如表4 所示。由表4 可以看出, 水泥砂浆的抗压强度是随着SAP掺量的增加而减小。其原因可能是由于SAP在水化过程中逐渐释放水分, 使得颗粒尺寸缩小到与未吸水时相当, 并且在其原本的位置上形成孔隙, 当试件受压时, 应力集中在孔隙处, 促使微裂纹进一步发展, 从而使得砂浆的抗压强度降低。

2.4 SAP对抗折强度的影响

SAP对砂浆抗折强度的影响规律如表5 所示。由表5 可以看出, 掺入SAP的水泥砂浆的抗折强度都小于空白组的抗折强度, 且随着SAP掺量的增加, 水泥砂浆的抗折强度随之降低。其原因可能是由于掺入SAP使得水泥砂浆的孔隙率增大, 并且由于SAP分散在水泥砂浆内, 造成水泥砂浆的密实程度降低, 最终造成砂浆的抗折强度降低。

3 结论

本研究通过在水泥砂浆中掺入不同比例的高吸水树脂 (SAP) , 较系统地研究SAP对水泥砂浆基本性能的影响。研究结果表明SAP的掺入会造成水泥砂浆的干制品密度、抗压强度和抗折强度降低, 而吸水率升高。其原因主要是SAP掺入到水泥砂浆后, 由于其极强的吸水能力, 吸收水泥砂浆内部的自由水, 而伴随着水化过程不断消耗水分, 使得SAP逐步释放所吸收的水分供给水泥水化;同时, 随着SAP释放水分导致其体积逐渐减小, 而在原来的位置形成孔隙从而影响了水泥砂浆的孔隙率, 造成上述结果。该研究结果可为后续研究与制备新型刚性自防水材料提供一定的参考价值。

参考文献

[1]何文慧.内养护水泥基材料的力学及变形性能[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2011.

[2]Jensen OM, Hansen PF.Influence of Temperature on Autogenous Deformation and Relative Humidity Change in Hardening Cement Paste[J].Cement and Concrete Research, 1999 (29) :567-575.

[3]Jensen OM, Hansen PF.Autogenous Deformation and RH-change on Perspective[J].Cement and Concrete Research, 2001 (31) :1 859-1 865.

水性环氧水泥砂浆添加剂的开发 篇5

聚合物改性水泥砂浆是有机和无机的复合材料,将分散于水中或溶于水中的聚合物掺入普通砂浆中配制而成。聚合物的引入使得水泥砂浆的上述性能明显提高;同时聚合物的引入也改善了原水泥砂浆的微观结构,砂浆的密实度增强[2]。聚合物改性水泥砂浆具有良好的性能。加入聚合物材料后,水泥基材料的许多性能如强度、变形能力、粘结性能、防水性能、耐久性能等都会有所改善,改善的程度与聚灰比(固体聚合物的质量与水泥质量之比)、聚合物的品种和性能等有很大关系。

水性环氧乳液较其他聚合物乳液有以下4个优点:1粘结强度高。环氧分子中的脂肪族羟基和醚基是分子和相邻表面之间产生电磁或化学吸附;2抗压强度高。水性环氧乳液和水性固化剂固化后在水泥砂浆内部形成三维网状结构,大大提升了力学性能;3收缩率小。环氧乳液固化后没有低分子副产物;4耐腐蚀性能好[3]。

1 实验

1.1 试验原料和仪器

环氧树脂E44:工业级,广州市东风化工实业有限公司。乳化剂:实验室自制;二乙烯三胺:工业级,陶氏化学;低分子聚酰胺651:江西远大化工;丁基缩水甘油醚,安徽恒远化工;苄基缩水甘油醚,安徽恒远化工;水泥:广州石井牌PO42.5普通硅酸盐水泥;砂:普通的河砂;去离子水;电动搅拌器(D-971型):常州澳华仪器有限公司;砂磨、分散、搅拌多用机(SF0.4型):中国常州彩宝机械有限公司电子万能试验机(CNT-4304型),珠海三思泰捷公司

1.2 试验制备

1.2.1 水性环氧乳液WE44的合成

首先按比例把加热后的环氧树脂E44和乳化剂放入2升的广口不锈钢釜里进行匀速搅拌,当体系温度为(60±5)℃时,边搅拌边缓慢地将蒸馏水滴入其中,直到体系黏度骤降,此时可判断其发生了相反转,体系连续相由环氧溶液相转为水相,持续进行一段时间快速搅拌之后再次加入蒸馏水,将其浓度稀释到一定程度后即制备完成[4]。

1.2.2 水性固化剂NH260的合成

于2000 m L烧瓶中加入二乙烯三胺,然后滴加丁基缩水甘油醚和苄基缩水甘油醚,在(60±5)℃温度下保持反应2 h。然后再将环氧树脂E44滴加入三口烧瓶中,保持搅拌,控制反应温度为(60±5)℃,整个反应期间应控制烧瓶中料液为淡黄色半透明液体,无颗粒状物质出现。2 h后将一定量醋酸加入烧瓶中,继续搅拌一段时间。反应结束后,加水稀释至固含量50%,搅拌0.5 h,出料[5]。

1.2.3 测试样品的制备

水性环氧改性水泥砂浆由水泥、砂子、水性环氧乳液(A组份)和水性固化剂(B组份)组成。配料的流程如图1。

1.3 测试或表征

1.3.1 水泥胶砂强度试验

水泥砂浆强度试验采用40 mm×40 mm×160 mm试件,依照标准GB/T 17671-1999《水泥胶砂成型方法》和GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检测方法》进行[6]。

1.3.2 水泥胶砂与混凝土的正拉粘结强度

依照标准GB 50367-2006附录F进行检测。

2 结果与讨论

2.1 聚灰比和灰砂比对改性水泥砂浆抗压强度的影响

我们采用三个不同的配方,分别考察随着聚合物添加量的增加(聚灰比:聚合物的添加量与水泥用量的比),三天和七天的抗压强度的表现情况。

由上面的表1和图2可以发现随着聚灰比的增加,3天和7天的抗压强度明显提高,当聚灰比为0.8时,7天的抗压强度约为48 MPa。

对比A组和B组试样发现,不同的灰砂比(灰砂比:水泥和砂子的比)对改性水泥砂浆的抗压强度影响不大。

A、B组试样的抗压强度明显高于C组试样,说明聚合物中使用水性固化剂要比市场上常用的固化剂(低分子聚酰胺651)的效果好得多。

2.2 聚灰比对改性水泥砂浆抗折强度的影响

由上面的表2和图3可以发现A组试样的抗折强度明显高于C组试样,随着聚灰比的增加,3天和7天的抗压强度都有小幅度的提升,但提升度不是特别大,这也是在以后的研究过程中需要解决的。

2.3 聚灰比对改性水泥砂浆与混凝土正拉粘结强度的影响

由表3和图4可以发现A组试样的粘结强度明显高于C组试样,随着聚灰比的增加,3天和7天的抗压强度都有不同程度的提升,特别是A组试样,当聚灰比为0.8时,7天的粘结强度约为4 MPa,树脂大大高于小份量的添加,说明水性环氧体系的加入对改性水泥砂浆的粘结强度的影响是有效而明显的。

在标准水泥砂浆中加入水性环氧乳液和水性固化剂,随着聚灰比的增大,改性水泥砂浆的抗压、抗折强度以及与混凝土的正拉粘结强度也随之提高,这主要是因为水性环氧体系不仅可以提高水泥砂浆中的粘附力和粘结强度,能减少水泥砂浆中的空隙率,而且环氧树脂本身的抗压、抗拉等力学性能指标也比较高,能有效提高改性水泥砂浆的各项力学性能[7]。

3 结语

水性环氧乳液和水性环氧固化剂作为水性环氧砂浆(混凝土)添加剂,与水泥砂浆(混凝土)有良好的配伍性。添加到砂浆(混凝土)中,通过水性环氧的交联固化及水泥的水化作用形成具有空间网状结构的高性能的有机-无机复合材料体系,既增加了界面间的粘合力,也起到增强、抗渗和抗化学品作用,适应于道路桥梁、水利、地下人防工程等建筑物的建造和缺陷修补粘结。

实验结果表明,在标准水泥砂浆中加入水性环氧乳液和水性固化剂,性能明显优于市售的水性环氧乳液+低分子聚酰胺体系。随着聚灰比的增大,改性水泥砂浆的抗压、抗折强度以及与混凝土的正拉粘结强度都有不同程度提高,特别是抗压强度与粘结强度的提升比较明显,当聚灰比为0.8时,7天的抗压强度约为48 MPa,粘结强度约为4 MPa。但抗折强度的提升度不明显,而且对修补工程中最关心的早期强度也没有特别的优势,这也是在以后的研究过程中需要解决的。

参考文献

[1]王伟.水性环氧树脂乳液修补水泥混凝土路面微小裂缝技术的探讨及应用[J].科技资讯,2009(7):96.

[2]张荣辉,陈楚洲.水性环氧树脂在公路养护中的应用[J].公路,2006(1):14-17.

[3]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.

[4]胡登华,官仕龙,陈协等.水性环氧树脂的研究进展[J].武汉工程大学学报,2011(10):13-16.

[5]陈强.水性环氧乳液与水性固化剂的制备研究[D].天津:天津大学,2007.

[6]彭妙娟,王兴培,李荣鑫.水性环氧改性水泥砂浆的路用性能试验研究[J].中外公路,2012,32(2):201-206.

环氧砂浆在水利工程中的应用 篇6

新疆的水利工程, 尤其是在冬季运行的引水干渠等水利工程, 其闸墩及前、后连接段混凝土在冬季极易由于冻融破坏造成表面破损, 严重时出现钢筋外露的情况, 影响工程的安全运行。由于环氧砂浆在抗冻融破坏、抗冲刷、粘结强度高等方面的独特性能, 常常以此种材料进行混凝土表面修补。

2 环氧砂浆的性能

以环氧树脂作为主剂、砂或水泥等作为填充料、邻苯二甲酸二丁酯作为增塑剂、乙二胺作为固结剂, 按一定比例混合就可以配制成环氧砂浆。环氧砂浆固化后的抗压强度一般不低于50 MPa、抗拉强度一般不低于10 MPa, 环氧砂浆与钢筋的粘结力较高, 一般不低于6 MPa。

3 环氧砂浆的制备

1) 环氧砂浆配合比详见表1。2) 环氧砂浆拌制。环氧砂浆拌制前先拌制环氧净浆。a. 净浆拌制时先将环氧树脂水域加热至60 ℃ 时方可从桶中导入容器内, 冷却至30 ℃ 时加入邻苯二甲酸二丁酯搅拌均匀, 再加入乙二胺搅拌均匀, 环氧净浆拌制完成。b. 在拌合容器中, 先将干砂和水泥拌匀, 将拌制好的环氧净浆徐徐倒入已拌匀的砂灰中, 边倒边拌, 直到充分拌合均匀。为保证浆液质量应注意以下几点: a. 不可直接加热, 环氧树脂属高分子聚合物, 直接加热极易发生炭化, 应用水浴将环氧树脂加热且不得超过80 ℃ 。b. 各种物质必需按顺序加入并充分搅拌。c. 砂子要求过筛, 选用洁净水洗砂, 炒干至干燥无水分, 冷却后使用。

4 环氧砂浆在混凝土表面修补中的应用

4. 1 混凝土基础面的处理

采用人工或喷砂机对混凝土表面进行糙化处理, 将不密实部位的混凝土切除, 直至密实混凝土面外露, 基础面上的油污采用凿除或有机溶剂 ( 如丙酮、酒精等) 擦拭等方法处理干净。钢筋外露部位采用钢刷将钢筋表面锈蚀部位清除至新鲜表面外露。基面糙化处理后, 采用吹风机将混凝土表面松动颗粒和粉尘清除干净, 环氧砂浆施工前混凝土基面保持干燥状态, 对局部潮湿的基面采用热风机或喷灯烘干。采用切割出混凝土边线, 切割效果整齐、规则, 外侧用胶带粘贴整齐, 保证修补后的外观质量。

4. 2 基液的拌制与涂刷

环氧砂浆涂抹前先涂刷环氧基液 ( 环氧树脂100 ∶ 二丁酯20∶ 乙二胺12) 。采用毛刷均匀的将环氧基液涂在基面上, 涂刷薄而均匀。基液拌制现拌现用, 保证基液涂刷和环氧砂浆涂抹交替进行。基液涂刷后静停一段时间, 手触有拉丝现象时进行环氧砂浆涂抹, 但停滞时间不宜过长, 若发现基液变干应重新涂刷。

4. 3 环氧砂浆的拌制与涂抹

按照配合比进行环氧砂浆的拌制, 混合搅拌均匀 ( 颜色均一致) 后即可施工使用。环氧砂浆拌合采用现拌现用, 采用专人拌合的拌制模式, 每次拌合砂浆量不宜过多, 确保随拌随用。根据大量实验证明, 对于不同侵蚀情况的混凝土表面应采取不同规格的细骨料进行修补。侵蚀较深的部位先采用5 mm ~ 3 mm的细骨料拌制的环氧砂浆进行填坑, 且需要分层进行, 层与层施工时间间隔4 h, 再次涂抹环氧砂浆之前还需要涂刷基液; 对于侵蚀不严重的部位采用3 mm以下的细骨料进行修补; 修补完成后再采用面砂拌制的环氧砂浆进行造面方可满足相关技术要求。

混凝土表层修补时与水泥砂浆的施工方法相似, 将环氧砂浆涂抹到刷好基液的基础面上, 用力压实, 避免出现空洞或裂隙。涂抹方向统一, 每一抹砂浆涂抹完成后需要用毛刷蘸取稀料将钢抹表面的残余砂浆清理干净后再进行下一抹的施工。

4. 4 养护

环氧砂浆修补后应注意养护温度不宜过低, 同时由于材料具有较强的粘结性, 养护材料不宜采用塑料薄膜。在温度较低的条件下, 应采用加热保温等方式提高养护温度, 从而保证环氧砂浆与混凝土之间的粘结强度以及环氧砂浆自身的强度。养护期一般为3 d ~ 7 d, 养护期间防止水浸或硬物撞击。

5 施工注意事项

1) 由于乙二胺属挥发物对人体皮肤有极强刺激性, 为保证拌合人员安全, 每位拌合人员均需配备防毒面具及橡胶手套等防护用品, 确保人员安全。2) 新疆水利工程的混凝土表面修补工作多在春、秋两季的停水期进行, 工期较紧, 同时此时段气温较低极易突发天气变化过程。为保证施工质量及工期, 在施工时应搭设临时工棚以保证施工温度从而确保环氧砂浆施工质量。

6 结语

环氧砂浆是一种质量可靠、粘结强度高、抗冻胀、抗侵蚀效果好的材料, 广泛应用于水工建筑物表面缺陷修补可有效延长建筑物的使用寿命。采用环氧砂浆进行修补处理时, 应根据气候条件、工程特点及施工进度合理组织施工。同时由于环氧砂浆对施工过程中各个阶段均有温度要求, 在施工过程中应加强对各阶段温度控制, 以达到良好的修补效果。

摘要：简述了环氧砂浆的性能、应用范围及制备方法, 从混凝土基础面处理、基液拌制、环氧砂浆涂抹、养护等方面, 介绍了环氧砂浆在混凝土表面修补中的应用, 并总结了施工注意事项, 确保了环氧砂浆的施工质量。

关键词：环氧砂浆,混凝土,水利工程

参考文献

[1]蒋正武, 龙广成, 孙振平.混凝土修补——原理、技术与材料[M].北京:化学工业出版社, 2009.

[2]冀玲芳, 李养平.环氧树脂砂浆在混凝土修补工程中的应用[J].天津建设科技, 2001 (4) :17-18.

环氧树脂砂浆 篇7

虽然离子交换树脂的使用已经非常广泛, 但其在聚乙二醇回收液中的应用鲜有报道。开封万盛新材结合近几年应用的实际情况, 对离子交换树脂的污染原因进行了分析, 并比较了不同的复苏的方法, 成功解决了树脂受污染后产量下降, 树脂破碎等问题。

1 树脂污染的原因和主要污染源分析

1.1 阴树脂污染原因及污染后特征

进水的各种大分子有机物是阴树脂污染的主要来源[1];因为阴树脂的结构和性能使其对大分子有机物存在不可逆反应。低分子量有机物被树脂吸附后, 在再生时可以置换出来, 因而不易污染树脂。此外, 来自阳树脂的降解产物也会使阴树脂受到有机物污染。国外经验认为, 氢型阳树脂含水量大于60%时, 就会有相当数量的有机物释放到水中污染阴离子。被污染的强碱阴树脂可出现以下特征。

(1) 外观颜色由开始的浅黄色, 逐渐污染为淡棕色-深棕色-棕褐色-黑褐色, 且树脂破碎严重。

(2) 再生后的强碱阴树脂, 其冲洗水量会明显增大。

(3) 工作交换容量下降, 树脂含水量下降, 树脂上的交换基团发生变化, 其中强碱基团减少, 弱碱基团增多。

1.2 树脂受有机物污染的判断

浸泡后食盐水的颜色树脂被污染程度如表1所示。

1.3 阳树脂受铁污染的一般现象

阳树脂受铁污染时, 树脂颜色明显变深, 变暗。严重时变成暗褐色或黑色, 再生困难, 工作交换容量降低, 制水量下降, 且出水水质变差。铁污染程度的划分如表2所示。

2 复苏剂的选择和复苏对离子树脂交换容量的影响

2.1 受污染情况的判断

本文中主要选用了强碱性型阴离子交换树脂和强酸性阳离子交换树脂, 从现场树脂罐中取出这两种树脂用上述标准判断, 新的阴树脂为浅黄色, 现在为深红色甚至黑色, 新的阳树脂为淡黄色, 现在为深黄色。用食盐水浸泡后, 溶液为棕色。可以看出树脂有机物污染较为严重。用G B/T15337-1994测量铁离子含量, 发现其中铁离子含量小于2.96×10-5, 不是主要污染源。

2.2 复苏液的选择

根据文献报道, 最终采取选择几种复苏液来做比较。碱性NaCl复苏法即4%NaO H+10%NaCl混合液, 在这种盐碱溶液中加热复苏, 树脂在盐和碱的交替作用下, 树脂骨架上的有机物处于最佳的移动状态, 不断地被洗脱下来。一般而言, 盐碱法持续时间较短。但是比较经济实用, 且用的较为广泛。

有机溶剂复苏法的理论依据是相似相容定理, 即利用有机物易溶于有机溶剂的原理, 用有机溶剂解析-萃取树脂上吸着的有机物。常用的溶剂有:乙醇, 丙酮-β-2.酮-甲醇-乙醇-异丙醇-环氧乙烷-二甲基甲酰胺。为提高解吸效果, 可配合酸碱等其它解析剂使用。

表面活性剂复苏法, 常用的表面活性剂有:磺酸, 苯磺酸, 羧丙基磺酸等等。

氧化剂复苏法是利用有机物的可氧化性来除去树脂中的有机物的, 即用氧化剂破坏有机物的结构, 使其变成小分子, 从而从树脂骨架上脱落下来。常用的氧化剂有臭氧, 次氯酸钠, 次氯酸, 次氯酸钙, 高氯酸, 硝酸, 双氧水, 过氧化钠, 高锰酸钾, 乙酸, 氯气等等。最终选用了其中五种来做比较: (1) 盐酸加双氧水, 最后再加碱复苏溶液。 (2) 先用盐酸泡, 再加碱复苏溶液。 (3) 乙醇加双氧水。 (4) 乙醇。 (5) 碱溶液。按照GB/T5760-2000测定其全交换容[2]的结果比较如表3所示。

在同一温度下, 不同的复苏液, 浸泡后呈现深浅不一的颜色, 表明它们对有机物的洗脱能力不相同;对铁离子的洗脱能力也不相同。新树脂报道的理论交换容量为3.8 mol/g, 污染的树脂全交换容量2.24 mol/g。

氧化型复苏液会影响树脂的机械强度, 树脂比较容易破碎, 建议使用浓度要控制好。在本次试验中, 双氧水浓度为60 ml复苏液加三到五滴。

2.3 复苏前后动态交换容量的对比[3]

复苏前后动态交换容量的对比如表4所示。选用第一种复苏液复苏后的树脂进行动态交换容量实验。从这个实验中可以看出, 复苏后的产量提高了50%。

3 结论

(1) 经过处理后效果很好, 树脂的颜色得到改善, 交换能力也得到恢复, 处理后树脂的全交换容量提高。

(2) 工艺改进后避免了因废弃树脂而造成的污染, 有利于环境的保护。

(3) 由于树脂交换能力得以恢复, 使树脂再生周期延长, 耗盐量相对减少, 原料用料下降40%。

(4) 延长树脂使用寿命, 树脂被污染后特别是被铁污染后, 会加速树脂分解。延长再生周期, 减少再生次数, 也可以延长树脂的使用寿命。

参考文献

[1]田文华, 郭安祥, 马海燕.离子交换树脂污染原因分析及复苏效果[J].西北电力技术, 2000, (5) :4～7.

[2]GB/T 5760-2000.

环氧树脂砂浆 篇8

高性能混凝土因其工作性能优良、力学性能较高、耐久性好等优点已被工程界所接受。但由于其胶凝材料用量高、水胶比低的特点导致自收缩现象十分显著,而自收缩早期发展较快,易导致收缩开裂等棘手问题[1],进而影响混凝土力学性能和耐久性。

自收缩[2]是指混凝土或水泥砂浆并非由于外部环境相对湿度的影响而引起材料的干燥脱水,而是由于混凝土或水泥砂浆内部结构中的微细孔内自由水不足,使水泥石内部供水不足,内部相对湿度减小而引起的自干燥,并导致收缩变形。

减缩剂(SRA)的减缩机理是降低孔隙溶液的表面张力,从而减小毛细孔失水时产生的收缩应力。Tazawa等[3]研究表明SRA除了对水泥基材料干燥收缩有效外,对水泥浆体自收缩也同样有效,而且对水泥浆体自收缩的降低效果与使水表面张力降低的比率相近;Sant[4]的研究也发现SRA对降低砂浆早期自收缩具有一定的效果。正因为SRA在减少混凝土砂浆收缩方面的突出作用,有学者把SRA列为目前预防混凝土收缩开裂的两个措施之一[5]。但也有研究表明SRA在实际应用中会对混凝土的力学性能[6]、水泥水化[7]以及与减水剂的相容性[8]等方面产生不利影响。

内养护是指使用一些吸水材料预吸水后掺入到混凝土或砂浆中,引入额外的内养护水,在混凝土或砂浆内部形成微型蓄水库,然后在毛细孔负压以及湿度梯度作用下向水泥浆体释放水分,保持内部相对湿度来抑制其自收缩[9]。而高吸水树脂(SAP)具有吸水率高、易失水、加入混凝土后对其强度影响不大等特点,是一种理想的内养护材料[10]。Jensen、Craeye、孔祥明和胡曙光等[11,12,13,14,15,16]国内外很多学者都将SAP作为内养护剂掺入高强混凝土或水泥砂浆中,对其早期收缩及力学性能进行研究,均取得了不同程度的优异效果。但也有研究表明,掺入过量的内养护材料,会对混凝土强度产生不利影响[12,13,14]。

由此可知,虽然SRA及SAP均能减少混凝土砂浆的自收缩,但也都存在各自的弊端。需要获得比较优异的综合性能时,单一的减缩措施已不能完全满足需求。所以很多学者将不同的减缩措施复合使用,以获得优异的“叠加”效果,包括将SAP作为内养护剂与膨胀剂复合[17],轻骨料作为内养护剂与膨胀剂复合[18],SRA与膨胀剂复合[19],以及将轻骨料作为内养护剂与SRA复合[20]等,均取得了不同程度的“叠加”效果。目前尚没有学者将SAP作为内养护剂与SRA复合使用,因此本研究将SAP作为内养护剂与SRA复合使用,研究其对水泥砂浆自收缩的影响。

1 实验

1.1 原材料

本实验中的水泥采用P·O 42.5普通硅酸盐水泥,其化学组成和物理性能见表1和表2。细骨料为天然砂,细度模数为2.58,粒径0~5 mm连续级配,表观密度为2660kg/m3。减水剂为湖南固力新材料有限公司生产的PC-J100聚羧酸高效减水剂,粉末状,减水率约为25%。SRA采用长沙市海岩混凝土外加剂有限公司海韵牌BT-5001型聚羧酸系混凝土SRA。高吸水树脂(SAP)为山东华迪新型材料有限公司生产,粒径为100~120目。

1.2 配合比

为研究SRA掺量、SAP掺量以及两者互掺掺量变化对水泥砂浆自收缩的影响,选定水泥砂浆水灰比为0.3。实验配合比设计如表3所示,SRA单掺时按胶凝材料的2%、3%、4%掺入;SAP单掺时按胶凝材料质量的0.4%、0.6%、0.8%掺入,为保证各组砂浆流动性与控制组一致,额外引入的附加水胶比分别为0.025、0.0375、0.05;两者互掺组(SS)分别取SRA掺量为2%与SAP掺量为0.4%、0.6%、0.8%互掺,以及SAP掺量为0.4%与SRA掺量为2%、3%、4%互掺。

1.3 测试方法

1.3.1 工作性能

水泥砂浆工作性能采用跳桌法,按GB2419《水泥胶砂流动度测定方法》进行测试。

1.3.2 自收缩

采用波纹管和非接触式探头相结合的方式测量砂浆自收缩[21]。波纹管的内径为20 mm,长度范围为(340±5)mm,可将流动状态的砂浆体积变形转化为长度变形。每组配合比做两根波纹管试件,取两根波纹管试件自收缩值的算术平均值作为最终的自收缩值。实验中,试件的一端可用弹簧固定于支架上,另一端在支架上自由移动。采用电涡流位移传感器对自由端的位移变化进行实时监测,测试范围为0~4mm,分辨率为0.5μm,精度为0.05%,并使用多通道数据采集仪收录数据,如图1所示。

1.3.3 抗压强度

抗压强度测试采用40mm×40mm×160mm棱柱体试件,具体成型及试验方法按GB177《水泥胶砂强度检验方法》进行,测试标准养护7d和标准养护28d后的强度值。

1.3.4 SEM扫描电镜

实验采用环境扫描电子显微镜(FEI QUANTA 200)观察试样的微观形貌。

2 结果和讨论

2.1 SAP对水泥砂浆自收缩的影响

图2为不同的SAP掺量下水泥砂浆自收缩在72h内的变化。控制组L-0及SAP-1、SAP-2、SAP-3三组在72h内的自收缩分别为1652με、1367με、1034με、678με。与控制组L-0相比,SAP-1、SAP-2、SAP-3三组在72h内的自收缩分别减少了17.2%、37.4%、59.0%。即SAP的掺入能较大幅度地改善水泥砂浆的自收缩,且随着SAP掺量的增加,降低水泥砂浆自收缩的作用更显著,SAP掺量为0.4%时,自收缩减少了17.2%,当掺量为0.8%时,自收缩减少了59.0%,掺量增加1倍,相应的收缩减少近3.5倍。

SAP具有减少水泥砂浆自收缩的优异作用,其原因一方面是掺入SAP引入了额外的内养护水,引入额外的内养护水不可避免地会引起砂浆总水灰比增大,而水灰比越大,水泥砂浆的自收缩越小。但有研究表明[22]在相同总水灰比条件下,通过SAP引入额外内养护水的混凝土自收缩量要远远小于全部为拌和水的混凝土,所以通过SAP额外引入的内养护水本身并非是减少自收缩的主要原因。另一方面的原因是随着水泥水化的进行,水泥砂浆内部相对湿度降低,SAP中的内养护水逐渐向水泥基材料中释放水分,使砂浆内部在较长的时间内保持较高的湿度水平,从而降低水泥砂浆的自收缩[23]。

2.2 SRA对水泥砂浆自收缩的影响

图3为不同的SRA掺量下水泥砂浆在72h内自收缩的变化。控制组L-0及SRA-1、SRA-2、SRA-3三组在72h内的自收缩分别为1652με、1546με、1420με、1233με。与控制组L-0相比,SRA-1、SRA-2、SRA-3三组在72h内的自收缩分别减少了6.5%、14.0%、25.4%。即随着SRA的掺入,也能相应地减少水泥砂浆的自收缩,其原因一方面是SRA能够降低孔隙溶液的表面张力,从而减少毛细孔在失水时产生的收缩应力,进而降低水泥砂浆的自收缩[3]。另一方面是SRA在早期产生微膨胀效应降低了自收缩,有研究表明在有SRA存在的水泥砂浆体系中,水化早期氢氧化钙和钙矾石具有较高的过饱和度[4],另外SRA会阻碍或延缓水泥水化速度,水泥后期水化形成的含硫晶体产物[24],都可能导致微膨胀。

与单掺SAP组相比,SRA掺量为2%时自收缩减少了6.5%,当SRA掺量为4%时,自收缩减少了25.4%,由此可见,单掺SRA为4%的SRA-3组减少的微应变比单掺SAP为0.8%的SAP-3组少33.6%,减缩的效果远不及单掺SAP组。

2.3 SAP与SRA互掺对水泥砂浆自收缩的影响

图4、图5为SAP与SRA在不同比例下互掺对水泥砂浆自收缩的影响。图4中SS-1、SS-2、SS-3三组SRA掺量为2%,SAP掺量分别为0.4%、0.6%、0.8%,72h内的自收缩分别为1287με、914με、477με,相对于控制组L-0,自收缩分别减少了22.1%、44.7%、71.1%,均比单掺SRA为2%的SRA-1组的减缩效果更明显,且相应的缩减率分别提高了15.6%、38.2%、64.6%。与单掺SAP组相比,在对应的SAP掺量下,同时掺入2%的SRA的减缩效果都分别优于单掺SAP组。其中SS-1组比SAP-1组减缩率提高4.9%,SS-2组比SAP-2组缩减率提高7.3%,SS-3组比SAP-3组减缩率提高12.1%。这说明SAP与SRA对减少水泥砂浆的自收缩不仅表现出了较好的相容性,而且产生了良好的“叠加”效果。

图5中SS-1、SS-4、SS-5三组SAP掺量为0.4%,SRA掺量分别为2%、3%、4%,72h内的自收缩分别为1287με、1156με、1054με,相对于控制组L-0,自收缩分别减少了22.1%、30.0%、36.2%。减缩效果均优于单掺0.4%SAP的SAP-1组,相应的减缩率提高了4.9%、12.8%、19.0%。互掺组的减缩效果也优于相应掺量下的单掺SRA组,进一步说明SAP与SRA对减少水泥砂浆的自收缩表现出较好的相容性与“叠加”效果。

对于变化不同掺量的SS-1、SS-2、SS-3组与SS-1、SS-4、SS-5组,互掺各组均比相对应的单掺组的减缩效果更优异,但在变化SAP或SRA掺量时,两者产生的“叠加”效果不同。对于SS-1、SS-2、SS-3三组,SS-1组的减缩效果22.1%接近于SAP-1与SRA-1两组减缩效果的直接相加后的23.7%;SS-2组的减缩效果44.7%与SS-3组减缩效果71.1%,均超过了相对应的SAP-2与SRA-1两组减缩效果直接相加后的43.9%以及SAP-3与SRA-1两组减缩效果直接相加后的65.5%。而对于SS-1、SS-4、SS-5三组,三组的减缩效果22.1%、30.0%、36.2%,均小于相对应的SAP-1与SRA-1两组减缩效果直接相加的23.7%,SAP-1与SRA-2两组减缩效果直接相加的31.2%,以及SAP-1与SRA-3两组减缩效果直接相加的42.6%。所以,在变化SAP或SRA掺量时,增加SAP掺量的“叠加”效果要优于增加SRA掺量。其原因一方面是SRA自身对于减少水泥砂浆自收缩的能力不及SAP;另一方面考虑内养护水的掺入使水泥砂浆的水分损失量增加,水泥砂浆内的SRA随水分的蒸发而损失的量也增加,导致孔溶液内实际的SRA浓度比预期的要低。

2.4 SAP与SRA对水泥砂浆抗压强度的影响

如图6所示,单掺SAP组的抗压强度与基准组相比,SAP-1、SAP-2、SAP-3三组的7d水泥砂浆抗压强度分别达到了基准组L-0的98.0%、98.8%、97.0%,基本与基准组持平;SAP-1、SAP-2、SAP-3三组的28d水泥砂浆抗压强度分别达到了基准组L-0的99.4%、99.5%、98.5%,也是基本与基准组持平。可见本实验掺量下的SAP对砂浆的抗压强度无明显的折减影响。其原因一方面是SAP引入额外的养护水,且SAP本身在砂浆内会引入一些孔,对砂浆抗压强度造成一定的折减;但另一方面SAP也可以在较长时间内向水泥基体中释放水分,提高了水泥的水化程度,从而保证了砂浆抗压强度。

单掺SRA组的抗压强度与基准组相比,SRA-1、SRA-2、SRA-3三组的7d水泥砂浆抗压强度分别达到了基准组L-0的89.0%、87.0%、84.7%;SRA-1、SRA-2、SRA-3三组的28d水泥砂浆抗压强度分别达到了基准组L-0的91.0%、89.4%、87.5%。最高的抗压强度折减达到了15.3%,可见SRA的掺入会明显折减砂浆的抗压强度。其原因主要是SRA会影响水泥水化的进行。

对于互掺的SS-1、SS-2、SS-3三组及SS-1、SS-4、SS-5三组,与基准组相比,SS-1、SS-2、SS-3三组的7d水泥砂浆抗压强度分别达到了基准组L-0的94.4%、95.3%、93.7%,而SS-1、SS-4、SS-5三组分别达到了基准组L-0的94.4%、91.1%、86.4%。SS-1、SS-2、SS-3三组的28d水泥砂浆抗压强度分别达到了基准组L-0的97.9%、96.1%、95.1%,而SS-1、SS-4、SS-5三组分别达到了基准组L-0的97.9%、95.0%、90.9%。可以看出,无论是7d强度还是28d强度,增加SAP掺量对水泥砂浆抗压强度的折减都要小于增加SRA掺量。其原因在于砂浆在SAP及SRA复合使用下,SAP的内养护水分释放促进水泥进一步水化,很大程度上抵消了SRA对水泥水化的影响。所以在互掺组中,增加SAP掺量减少砂浆自收缩对保证其抗压强度更有益。

2.5 SEM微观结构比较

在水泥砂浆中,结构的致密程度、孔隙量及尺寸对砂浆的保水能力及强度影响显著,结构越致密,孔隙分布越均匀、孔隙细化程度越高,砂浆的强度及保水能力越好。选取L-0、SRA-1、SAP-1以及SS-1四组进行SEM微观结构比较,从4组的SEM微观结构可以看出,L-0组(见图7(a))的内部孔隙较其他3组而言最多,且孔隙尺寸也相对最大,孔隙分布均匀程度及孔隙细化程度都比其他3组低。而SRA-1组(见图7(b))的内部孔隙相对较多,且孔隙尺寸相对较大,孔隙分布均匀程度较低、细化程度较低,其原因在于SRA虽然能降低水泥石内应力,但影响了水泥砂浆的水泥水化。相对于L-0组和SRA-1组,SAP-1组(见图7(c))的内部孔隙量减少,孔隙尺寸相对而言较小,在一定程度上使水泥石结构更为致密,其原因是水泥水化过程中存贮于SAP中的水分随着砂浆内部相对湿度的降低而不断释放至附近的水泥石中,从而使水泥石水化更充分,结构更为致密,孔隙细化程度也相对更高。SS-1组(见图7(d))的孔隙量以及孔隙尺寸与SAP-1组相近,一定程度上孔隙细化程度更高,孔隙分布更均匀,与L-0组和SRA-1组相比,在密实程度、孔隙分布以及孔隙细化程度上都更加优异,说明SRA与SAP对水泥砂浆结构致密度发展有着优异的相容性及“叠加”效果。

3 结论

(1)单独掺入SAP能较大幅度地改善水泥砂浆的自收缩,且随着SAP掺量的增加,降低水泥砂浆自收缩的作用更显著,当掺量为0.8%时,自收缩减少了59.0%。

(2)单独掺入SRA也能相应地减少水泥砂浆的自收缩,当最高掺量为4%时,自收缩减少了25.4%,减缩效果不及单掺SAP组。

(3)互掺各组的减缩效果均比相对应的单掺组优异,SAP与SRA对减少水泥砂浆的自收缩不仅表现出了较好的相容性,而且产生了良好的“叠加”效果。且在变化SAP或SRA掺量时,增加SAP掺量的“叠加”效果要优于增加SRA掺量。