聚合物改性水泥砂漿力學性能的研究

萬 瑾

目前我國道路路面，橋面鋪裝等大多采用瀝青混凝土，而國產瀝青性能大多達不到要求，需要采用進口瀝青，出現了進口瀝青獨霸我國高等級公路路面材料市場的局面，這就大大提高了路面和橋面鋪裝的成本。我國是水泥生產大國，如何利用現有資源是亟待解決的重要課題。現階段，聚合物改性水泥基材料的研究和應用在不斷地發展和變化，其良好的性能引起了廣泛關注。聚合物乳液對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力的膜，并填充砂漿內的孔隙來實現的。水泥水化形成的水化產物與聚合物顆粒聚集形成的聚合物相互交織在一起，形成一個完整的互相穿透的網狀結構，集料被粘結在其中形成一個復合體，使得其性能較普通砂漿在耐久性、粘結強度、耐化學介質性、抗凍融性、耐水性、抗滲性、抗壓強度、抗拉強度、抗彎曲強度及干縮性和韌性有很大的改善。其中，環氧改性水泥砂漿的力學性能更好一些，這是由于環氧樹脂有很好的界面粘結性，耐高、低溫性，耐磨性，收縮率低，以及機械性能好，但是耐候性和韌性較差。通過與水泥水化物形成網狀復合結構，大大提高了耐久性;同時通過固化劑的選擇及適當的改性方法可以加以適當改進韌性。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水泥砂漿抗壓、抗折強度的影響，以及不同齡期的聚合物水泥砂漿力學性能。

1 試驗原材料及試驗方法

1.1 試驗原材料

1)水泥為42.5號普通硅酸鹽水泥;2)砂子為中細砂;3)A類組分:環氧樹脂乳液，固含量為 60%;B類組分:環氧樹脂乳液改性劑，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，并更接近于實際應用;2)材料摻加順序見圖1;3)養護條件:25℃，50%相對濕度;4)強度試驗采用40 mm×40mm× 160mm的三聯模，測試方法按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》測定抗折、抗壓強度。

表1 摻Ⅰ型固化劑聚合物水泥砂漿抗折、抗壓強度

表2 摻Ⅱ型固化劑聚合物水泥砂漿抗折、抗壓強度

2 試驗結果及討論

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規程》，實測抗折、抗壓強度值如表 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、抗壓強度均低于基準砂漿(未摻聚合物的水泥砂漿)，因此只對摻Ⅱ型固化劑聚合物水泥砂漿進行分析。

2.1.1 不同聚合物摻量對抗折強度的影響

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

2.1.2 不同聚合物摻量對抗壓強度的影響

從表 2和圖 3中可以看出，摻加聚合物的水泥砂漿 3個齡期的抗壓強度均低于基準砂漿(未摻聚合物的水泥砂漿)，起先隨著聚合物摻加量的增加，抗壓強度不斷下降，后來又隨著聚合物摻量的增加呈現上升趨勢，逐漸接近于基準砂漿的抗壓強度，達到基準砂漿的 90%左右。這是由于聚合物的自身彈性模量比水泥石低，當復合體受壓時起不到剛性支撐作用，因此相同水灰比時改性砂漿的抗壓強度比基準砂漿的強度要低，但由于在該試驗的養護條件下，乳液中水揮發，聚合物顆粒進一步凝結，形成較高強度和粘結力的膜，因此抗壓強度隨著齡期的增長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驗表明此種聚合物改性效果不佳，因此，本次實驗僅研究摻Ⅱ型固化劑聚合物水泥砂漿，且只通過 7 d強度來初步研究不同聚合物摻加量對水泥砂漿抗壓、抗折強度的影響。

表4 相同流動度不同聚合物摻量砂漿抗折、抗壓強度

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

3 結語

1)控制相同的水灰比時，聚合物水泥砂漿的抗折強度均高于基準砂漿，但抗壓強度低于基準砂漿;2)控制相同的流動度時，聚合物水泥砂漿的抗折、抗壓強度均高于基準砂漿，且聚合物摻量為 12%時為最佳值，因其與實際應用有較為相似的工作性能，所以環氧摻量取 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%相對濕度的條件下養護，與在空氣中養護條件類似，因此施工較為簡便，能夠在常溫條件下獲得較優異的力學性能。

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