聚合物改性水泥砂漿力學(xué)性能的研究

萬 瑾

目前我國(guó)道路路面，橋面鋪裝等大多采用瀝青混凝土，而國(guó)產(chǎn)瀝青性能大多達(dá)不到要求，需要采用進(jìn)口瀝青，出現(xiàn)了進(jìn)口瀝青獨(dú)霸我國(guó)高等級(jí)公路路面材料市場(chǎng)的局面，這就大大提高了路面和橋面鋪裝的成本。我國(guó)是水泥生產(chǎn)大國(guó)，如何利用現(xiàn)有資源是亟待解決的重要課題。現(xiàn)階段，聚合物改性水泥基材料的研究和應(yīng)用在不斷地發(fā)展和變化，其良好的性能引起了廣泛關(guān)注。聚合物乳液對(duì)水泥砂漿的改性作用是通過聚合物在水泥漿與集料間形成具有較高粘結(jié)力的膜，并填充砂漿內(nèi)的孔隙來實(shí)現(xiàn)的。水泥水化形成的水化產(chǎn)物與聚合物顆粒聚集形成的聚合物相互交織在一起，形成一個(gè)完整的互相穿透的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，集料被粘結(jié)在其中形成一個(gè)復(fù)合體，使得其性能較普通砂漿在耐久性、粘結(jié)強(qiáng)度、耐化學(xué)介質(zhì)性、抗凍融性、耐水性、抗?jié)B性、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎曲強(qiáng)度及干縮性和韌性有很大的改善。其中，環(huán)氧改性水泥砂漿的力學(xué)性能更好一些，這是由于環(huán)氧樹脂有很好的界面粘結(jié)性，耐高、低溫性，耐磨性，收縮率低，以及機(jī)械性能好，但是耐候性和韌性較差。通過與水泥水化物形成網(wǎng)狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，大大提高了耐久性;同時(shí)通過固化劑的選擇及適當(dāng)?shù)母男苑椒梢约右赃m當(dāng)改進(jìn)韌性。故通過在水泥砂漿中摻加不同量的聚合物，研究聚合物不同摻量對(duì)水泥砂漿抗壓、抗折強(qiáng)度的影響，以及不同齡期的聚合物水泥砂漿力學(xué)性能。

1 試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料

1)水泥為42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥;2)砂子為中細(xì)砂;3)A類組分:環(huán)氧樹脂乳液，固含量為 60%;B類組分:環(huán)氧樹脂乳液改性劑，分為兩種，一種為摻Ⅰ型固化劑，另一種為摻Ⅱ型固化劑; (均為自配);4)自來水。

1.2 試驗(yàn)方法

1)控制相同的水灰比為 0.4，保證水泥漿體具有相似的水化程度;控制相同的流動(dòng)度為(170±50)mm，使砂漿之間具有相似的工作性能，并更接近于實(shí)際應(yīng)用;2)材料摻加順序見圖1;3)養(yǎng)護(hù)條件:25℃，50%相對(duì)濕度;4)強(qiáng)度試驗(yàn)采用40 mm×40mm× 160mm的三聯(lián)模，測(cè)試方法按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》測(cè)定抗折、抗壓強(qiáng)度。

表1 摻Ⅰ型固化劑聚合物水泥砂漿抗折、抗壓強(qiáng)度

表2 摻Ⅱ型固化劑聚合物水泥砂漿抗折、抗壓強(qiáng)度

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 控制水灰比為0.4，摻加不同摻量的聚合物水泥改性砂漿

按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，實(shí)測(cè)抗折、抗壓強(qiáng)度值如表 1，表 2所示。

由表 1，表 2可以看出摻Ⅰ型固化劑聚合物水泥砂漿性能較差，抗折、抗壓強(qiáng)度均低于基準(zhǔn)砂漿(未摻聚合物的水泥砂漿)，因此只對(duì)摻Ⅱ型固化劑聚合物水泥砂漿進(jìn)行分析。

2.1.1 不同聚合物摻量對(duì)抗折強(qiáng)度的影響

從表 2和圖 2中看出，聚合物改性水泥砂漿 3個(gè)齡期的抗折強(qiáng)度值均高于基準(zhǔn)砂漿(未摻聚合物的水泥砂漿)，其中3 d，7 d的強(qiáng)度高出 60%，28 d的強(qiáng)度高出一倍之多。摻量為 12%時(shí)，3 d，7 d的抗折強(qiáng)度最高，摻量為 16%時(shí)，28 d強(qiáng)度最高。由此可以看出，添加聚合物的水泥砂漿的抗折強(qiáng)度得到了明顯的提高，并且隨著齡期的增長(zhǎng)不斷增大。這是由于水泥水化的進(jìn)行，水乳環(huán)氧樹脂中的水分逐漸失去，聚合物顆粒對(duì)水泥水化產(chǎn)物及集料之間的較大粘結(jié)力和對(duì)漿體孔隙的填充作用，增加了漿體的密實(shí)度，使得抗折強(qiáng)度大幅度提高;另一方面，乳液的引氣作用導(dǎo)致過多氣泡，改變了孔隙結(jié)構(gòu)，影響了抗折強(qiáng)度，因此出現(xiàn)了波動(dòng)。

2.1.2 不同聚合物摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

從表 2和圖 3中可以看出，摻加聚合物的水泥砂漿 3個(gè)齡期的抗壓強(qiáng)度均低于基準(zhǔn)砂漿(未摻聚合物的水泥砂漿)，起先隨著聚合物摻加量的增加，抗壓強(qiáng)度不斷下降，后來又隨著聚合物摻量的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，逐漸接近于基準(zhǔn)砂漿的抗壓強(qiáng)度，達(dá)到基準(zhǔn)砂漿的 90%左右。這是由于聚合物的自身彈性模量比水泥石低，當(dāng)復(fù)合體受壓時(shí)起不到剛性支撐作用，因此相同水灰比時(shí)改性砂漿的抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)砂漿的強(qiáng)度要低，但由于在該試驗(yàn)的養(yǎng)護(hù)條件下，乳液中水揮發(fā)，聚合物顆粒進(jìn)一步凝結(jié)，形成較高強(qiáng)度和粘結(jié)力的膜，因此抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增長(zhǎng)仍有一定程度的增大。

表3 摻Ⅱ型固化劑聚合物水泥砂漿壓折比

另外，從表3中可以明顯地看出，摻加了聚合物的水泥砂漿的壓折比大大降低，改善了水泥砂漿的柔性。

2.2 控制流動(dòng)度為(170±50)mm的不同摻量聚合物水泥砂漿

由于摻Ⅰ型固化劑的聚合物水泥砂漿實(shí)驗(yàn)表明此種聚合物改性效果不佳，因此，本次實(shí)驗(yàn)僅研究摻Ⅱ型固化劑聚合物水泥砂漿，且只通過 7 d強(qiáng)度來初步研究不同聚合物摻加量對(duì)水泥砂漿抗壓、抗折強(qiáng)度的影響。

表4 相同流動(dòng)度不同聚合物摻量砂漿抗折、抗壓強(qiáng)度

從表 4中可以看出，所有聚合物水泥砂漿的抗折、抗壓強(qiáng)度都高于基準(zhǔn)水泥砂漿，壓折比都低于基準(zhǔn)水泥砂漿。其中，摻量為 12%時(shí)砂漿的抗折強(qiáng)度最高，且抗壓強(qiáng)度也超過了基準(zhǔn)砂漿，壓折比卻低于基準(zhǔn)水泥砂漿，證明環(huán)氧摻量為 12%時(shí)的水泥砂漿的柔度得到較好的改善。

3 結(jié)語

1)控制相同的水灰比時(shí)，聚合物水泥砂漿的抗折強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)砂漿，但抗壓強(qiáng)度低于基準(zhǔn)砂漿;2)控制相同的流動(dòng)度時(shí)，聚合物水泥砂漿的抗折、抗壓強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)砂漿，且聚合物摻量為 12%時(shí)為最佳值，因其與實(shí)際應(yīng)用有較為相似的工作性能，所以環(huán)氧摻量取 12%比較合適;3)添加聚合物后，水泥砂漿的壓折比降低很多，獲得了良好的柔性;4)聚合物改性水泥砂漿是在25℃，50%相對(duì)濕度的條件下養(yǎng)護(hù)，與在空氣中養(yǎng)護(hù)條件類似，因此施工較為簡(jiǎn)便，能夠在常溫條件下獲得較優(yōu)異的力學(xué)性能。

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