聚合物胶粉对PC和SAC水泥砂浆的改性研究

0 前言
水泥砂浆被称为没有粗集料的混凝土, 广泛应用于防水工程和修补工程; 尤其是各种改性的水泥砂浆,可满足各种不同性能要求的修补工程。影响改性水泥砂浆性能的因素很多, 其中水泥品种是一个很重要的因素。与硅酸盐水泥相比,硫铝酸盐水泥的组成属于另一物理化学系统, 是以3CaO·3Al2O3·CaSO4矿物为主;该水泥具有早强、高强、抗冻、抗渗、耐腐蚀和低碱度等优良特性,具有广阔的发展与应用前景[1-2]。另外,在改性硫铝酸盐水泥砂浆中,添加外加组分不但可以改善砂浆的施工性能, 赋予砂浆基体良好的力学性能; 而且生成的水化产物可使结构变得更加致密。近年来,利用高分子聚合物材料代替水泥混凝土(砂浆)材料中的一部分胶结材料,制成聚合物改性混凝土(砂浆),是提高水泥基材料抗拉强度和韧性的一个重要途径[3-7]。本试验采用可再分散乳胶粉(FL1212)为聚合物(以下简称“聚合物胶粉”), 研究该聚合物胶粉对改性硫铝酸盐水泥砂浆和改性硅酸盐水泥砂浆的性能影响。

1 原材料与试验方法
1.1 原材料
硫铝酸盐水泥(代号“SAC”):淄博某公司生产的42.5R 水泥;硅酸盐水泥(代号“PC”):山水集团生产的52.5R 水泥;水:自来水;砂:中国ISO 标准砂;聚合物胶粉:国民淀粉化学(上海)有限公司产,其性能指标见表1。

1.2 试验方法
(1) 配合比的确定。采用水灰比为0.5,灰砂比为1∶3;在PC 水泥砂浆中,聚合物胶粉的用量分别为PC 水泥用量0,3%,5%,8%,10%;在SAC 水泥砂浆中,聚合物胶粉的用量分别为SAC 水泥用量的0,5%,8%,10%,15%。
(2) 试件制备。试件尺寸40mm ×40mm ×160mm,制作方法基本参照GB/T17671-1999 水泥胶砂强度检验方法(ISO 法)进行。成型时,先将准确称量的聚合物胶粉与水泥混合均匀, 然后和砂一起干拌300s使之混合均匀,然后加入拌和水,搅拌30min 后,参照标准振动密实。试件成型完毕后,将试样放入标准养护室(温度为20℃±3℃,相对湿度≥90%)养护,10d 后脱模放入(20±3)℃,(50±4)%RH 的空气中继续养护(干养)至规定龄期(3 d,7 d,28 d)。
(3) 结果内容。主要测定该改性PC 和SAC 水泥砂浆的抗折、抗压强度;另用跳桌法测定新拌砂浆流动度; 同时采用扫描电子显微镜观测二种水泥基聚合物改性砂浆的形态结构。

2 结果与分析
2.1 胶砂流动度
掺入不同掺量聚合物胶粉的PC 水泥胶砂和SAC 水泥胶砂流动度试验结果见图1。

由图1 可知, 在两种水泥中分别加入聚合物胶粉后砂浆流动度都随其掺量的增加而增加。这说明该聚合物胶粉具有好的减水效果, 能够使砂浆获得较好的流动性; 另外该胶粉颗粒能再分散到水泥砂浆中起到一个物理填充的作用, 提高了水泥凝胶体的致密性。

2.2 抗折、抗压强度的分析
掺入不同掺量聚合物胶粉的PC 水泥胶砂和SAC 水泥胶砂强度的试验结果分别见图2 和图3。


由图2 及图3 可知:
(1) 在一定掺量内添加聚合物胶粉后,两种水泥砂浆抗折强度显著提高, 其中PC 水泥砂浆28 d抗折强度达到最大值时,比未掺的砂浆28 d 强度提高了18.2%;SAC 砂浆28 d 抗折强度达到最大值时,比未掺胶粉的砂浆28 d 强度提高了38.2%。即试验用聚合物胶粉对改性硫铝酸盐水泥砂浆抗折强度的改善更显著。
( 2) 在一定掺量内, 聚合物胶粉对二种水泥砂浆抗压强度影响也随其掺量的增加而提高。
( 3) 就强度而言, 二种水泥砂浆聚合物的掺量都存在一个合适的范围。在本试验条件下,PC 水泥砂浆中聚合物的最佳掺量是8%,SAC 水泥砂浆中聚合物的最佳掺量是10%。

2.3 水泥砂浆柔韧性
柔韧性是反映砂浆柔韧变形性能好坏的指标。砂浆柔韧性的好坏可以用砂浆抗压强度与抗折强度的比值( 即压折比) 来衡量,压折比越小,则砂浆柔韧性越好。图4 和图5 分别反映了砂浆压折比与聚合物胶粉掺量的关系。

由图4 可以看出,随着聚合物胶粉掺量的增大,PC 水泥砂浆压折比呈现出先降低后增大的趋势,在其掺量为8%时, 砂浆压折比最小。由图5 可以看出,随着聚合物胶粉掺量的增大,SAC 水泥砂浆压折比呈现出逐渐降低的趋势, 当聚合物胶粉掺量为10%时, 砂浆压折比已仅为基准砂浆压折比的0.75左右; 但当其掺量在10%以上时,SAC 水泥砂浆的压折比随其掺量又开始出现上升趋势。PC 水泥砂浆在聚合物胶粉掺量≤8%范围内,其砂浆压折比均小于基准砂浆的压折比;在试验范围内,掺聚合物胶粉的SAC 水泥砂浆的压折比均低于基准砂浆的。因此,聚合物胶粉能够明显降低砂浆的压折比,改善砂浆的柔韧性, 尤其是对硫铝酸盐水泥砂浆的影响更明显。

2.4 SEM 分析
对掺8%聚合物胶粉的PC 水泥砂浆和掺10%聚合物胶粉的SAC 水泥砂浆进行SEM 显微结构观察( 图6) 和分析发现,二种空白水泥砂浆( PC 空白样和SAC 空白样)SEM 图中都有大量凝胶及少量针状钙矾石生成,并有较多的孔隙,且孔隙之间的连接很少,水化产物之间结合较松散,水泥石表面还可以看到明显的纵横交错的微裂纹; 而加入聚合物胶粉后,微裂纹的现象可以明显减轻,水化产物致密性提高, 聚合物膜状物填充或连接在水泥水化产物的缝隙或空穴之间[8]。

3 结论
通过实验, 聚合物胶粉对PC 和SAC 两种水泥砂浆应用性能的影响得出如下结论:
( 1) 加入聚合物胶粉后, 两种水泥胶砂流动度都随聚合物掺量的增加而增大, 这说明聚合物胶粉对水泥砂浆有好的减水作用。
( 2) 聚合物胶粉对硫铝酸盐水泥砂浆性能的改善较对普通水泥砂浆性能的改善更明显, 尤其是对抗折强度的影响更为突出。抗折强度达到最大值时,掺聚合物胶粉的硫铝酸盐水泥砂浆强度比未掺的提高了38.2%; 而掺聚合物胶粉硅的酸盐水泥砂浆抗折强度达到最大值时,只比未掺的提高了18.2%。
( 3) 聚合物胶粉均能显著降低PC 和SAC 二种水泥砂浆的压折比, 改善砂浆柔韧性, 但改善ASC水泥砂浆柔韧性的效果更明显。
( 4) 试验用聚合物胶粉具有再分散性,掺入PC和SAC 水泥砂浆中,其颗粒以分散相的形式会填充在水泥水化产物的缝隙中, 阻断孔隙通道, 提高了水泥凝胶体的致密性。

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注