潮濕環境下聚合物乳膠粉對高強修補砂漿性能影響的研究

黃洪財

（廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司，福建 廈門 361100）

潮濕環境下聚合物乳膠粉對高強修補砂漿性能影響的研究

黃洪財

（廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司，福建 廈門 361100）

本文研究了潮濕環境下聚合物乳膠粉對高強修補砂漿的工作性能及物理力學性能的影響。結果表明：聚合物乳膠粉種類對高強修補砂漿拌合物稠度有一定的影響，在一定的范圍內，聚合物乳膠粉摻量對高強修補砂漿拌合物稠度的影響相對較小。在潮濕的水養護環境下，高強修補砂漿的抗壓強度隨著聚合物乳膠粉摻量的增大而降低，而對抗折強度早期影響不大，大摻量時會導致后期抗折強度顯著降低，壓折比則隨著摻量的增大而呈現著減小的趨勢。隨著聚合物乳膠粉摻量的增大，修補砂漿 14d 粘結強度會增大，但摻量增加到一定后，強度的增長率會相應的降低。

聚合物乳膠粉；高強；修補砂漿；潮濕環境

改革開放以來，為滿足經濟、社會高速發展的需求，我國建成了無數的大壩、電站、船閘、道路、橋梁、住宅以及辦公樓宇等。由于設計、施工、管理及運行等方面的原因，部分的建筑物出現了裂縫、破損、剝落、滲漏、鋼筋銹蝕、結構變形等病害現象，特別是在大壩的泄洪道、泄洪洞，水閘、船閘的底板，橋梁的墩柱等潮濕環境下使用的部位，建筑病害更容易發生，因而急需使用修補材料進行修補[1-2]。聚合物水泥修補砂漿因自身低成本、高性能的特點，被廣泛的應用在相關工程的修補、修復中[3]。乳膠粉作為聚合物水泥修補砂漿的主要改性成份之一，發揮著重要的作用，也對工程的修補產生極大的影響[4]。本文通過研究潮濕環境下，聚合物乳膠粉對高強聚合物修補砂漿的工作性能及物理力學性能的影響，探索其相應的影響規律。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥：福建潤豐水泥廠生產的 P·O 42.5 水泥，其物理性能指標見表 1。

表 1 水泥的物理力學性能

（2）粉煤灰：漳州市后石電廠生產的 Ⅱ 級粉煤灰，細度 14.8%，需水量比 97%，燒失量 1.91%。

（3）礦粉：S95 級礦渣粉，比表面積 410m2/kg，流動度比 100%。

（4）無機填料：增加密實、減少收縮的作用，福建省大田縣奮發環保材料有限公司提供，粒徑 ＜0.16mm。

（5）河砂：廈門海城商貿有限公司生產，粒徑＜2.5mm。

（6）減水劑：巴斯夫聚羧酸系粉劑。

（7）增粘劑：聚合物乳膠粉，北京天維寶辰化學產品有限公司生產，I 型為 6022E 膠粉，Ⅱ 型為 7042W 膠粉，Ⅲ 型為 6041A 膠粉。

（8）保水劑：北京天維寶辰化學產品有限公司生產。

1.2 試驗方法

在固定膠凝材料（水泥、粉煤灰、礦粉、無機填料）、水膠比、集料用量以及保水劑、減水劑不變的情況下，通過調整聚合物乳膠粉的種類和摻量來研究不同種類、摻量的乳膠粉對高強修補砂漿的稠度、抗壓抗折強度、壓折比、粘結強度等性能的影響，具體配合比見表 2。試驗時先加水，再加膠凝材料、集料，按 JG/T 289—2010《混凝土結構加固用聚合物砂漿》中的要求拌合后，按 JGJ 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》中砂漿稠度的測試方法進行拌合物稠度測試，然后制作 40mm×40mm×160mm 的抗壓抗折強度試件及相應 14d 粘結強度測試試件，脫模后持續在 (20±2)℃的不流動水中養護，模擬相應的潮濕使用環境條件，至齡期后，測試相應的 7d、28d 抗壓、抗折強度及 14d 粘結強度。

表 2 乳膠粉對高強修補砂漿性能影響的試驗配合比

2 結果和討論

表 3 為表 2 中不同種類、摻量聚合物乳膠粉的高強聚合物修補砂漿配比組份的稠度、7d、28d 抗壓、抗折強度及 14d粘結強度的試驗結果。

表 3 乳膠粉對高強修補砂漿性能影響的試驗結果

2.1 聚合物乳膠粉對高強修補砂漿稠度的影響

圖 1 乳膠粉對高強修補砂漿稠度的影響

圖 1 為表 2 中幾種不同摻量、種類乳膠粉的高強修補砂漿配比對砂漿拌合物稠度的影響圖。在 6 組配比中 1#～4#配比中使用的粘結劑為 6022E 型膠粉，摻量則從 0.5% 增加到 2.0%；5#、6# 配比分別使用 7042W 型膠粉和 6041A 型膠粉，摻量均為 1.5%。

由圖 1 可以看出，在使用同種乳膠粉的配比組份中，在膠粉摻量為 2.0% 的范圍內， 隨著乳膠粉摻量的增加，高強修補砂漿的稠度變化不大，稠度均為 110～115mm 左右，說明了在一定摻量的范圍內，聚合物乳膠粉的用量對高強修補砂漿拌合物稠度的影響不大。

同時由圖 1 可知，3#、5#、6# 三種摻有不同種類聚合物乳膠粉的配比高強修補砂漿的拌合物稠度差異較大，其中稠度最小的為摻加 II 型 7042W 乳膠粉的 5# 配比，其稠度僅為95mm，與稠度最大的 3# 配比組份相差近 20mm 的稠度，而摻加 Ⅲ 型 6041A 乳膠粉的 6# 配比組份的高強修補砂漿稠度與 3# 配比組份相差 15mm 的稠度；由此可知，聚合物乳膠粉的種類對高強修補砂漿的稠度有一定的影響。

2.2 聚合物乳膠粉對高強修補砂漿抗壓、抗折性能的影響

圖 2 乳膠粉對 7d、28d 抗折強度的影響

圖 3 乳膠粉對 7d、28d 抗壓強度的影響

圖 4 乳膠粉對 7d、28d 壓折比的影響

圖 2、圖 3 為表 2 中幾種高強修補砂漿配比對砂漿 7d、28d 天抗壓、抗折強度的影響圖，圖 4 為表 2 中幾種高強修補砂漿配比對砂漿 7d、28d 壓折比的影響圖。

由圖 2 中可知，在使用同種乳膠粉的 1#～4# 配比中，隨著聚合物乳膠粉摻量的增大，高強修補砂漿 7d 抗折強度的變化不大；而 28d 的抗折強度在聚合物乳膠粉摻量為 1.5%的范圍內，即 3# 配比之前強度變化不大，配比間的強度差距在0.3MPa 范圍內，到了 4# 配比中 2.0% 的摻量后，強度就有顯著的下降，4# 配比 28d 抗折強度比最大的 2# 配比降低了近1.0MPa。同時，由圖 3 中可以看出，在 3#、5#、6# 三種不同種類乳膠粉摻加的高強修補砂漿配比中，其 7d、28d 的抗折強度均隨著膠粉種類的變化而不同，摻三種不同膠粉配比中 7d、28d 抗折強度最小的為摻 II 型 7042W 乳膠粉的 5# 配比。

由圖 3 可知，在使用同種乳膠粉的 1#～4# 配比中，隨著聚合物乳膠粉摻量的增大，高強修補砂漿 7d、28d 抗壓強度呈現著降低的趨勢，特別是28d抗壓強度降低得非常顯著，摻加 I 型 6022E 聚合物乳膠粉 2.0% 的 4# 配比比摻入 6022E最少的 1# 配比的 28d 抗壓降低了 20MPa 以上。同時，由圖4 可以看出，在 3#、5#、6# 三種不同種類乳膠粉摻加的高強修補砂漿配比中，其 7d 的抗壓強度隨著膠粉種類的變化波動不大，相互間的強度差在 2.0MPa 之內，28d 抗壓強度有一定的變化，強度差在 6.0MPa 范圍內，摻三種不同膠粉配比中 7d、28d 抗壓強度最小的為摻 II 型 7042W 乳膠粉的 5# 配比。

由圖 4 可知，在摻有 I 型 6022E 聚合物乳膠粉的 1#～4#配比中，隨著乳膠粉摻量的增加，其 7d、28d 壓折比均呈現著減小的趨勢，特別是 28d 的壓折比降低的更為迅速，說明了隨著乳膠粉摻量的增加，高強修補砂漿硬化后的柔性在增強。而摻三種不同種類聚合物乳膠粉的 3#、5#、6# 三組配比高強修補砂漿的 28d 壓折比則變化不大，說明了這三種乳膠粉對高強修補砂漿的柔性增強作用相近。

2.3 聚合物乳膠粉對高強修補砂漿粘結強度的影響

圖 5 乳膠粉對 14d 粘結強度的影響

圖 5 為表 2 中幾種高強修補砂漿配比對砂漿 14d 粘結強度的影響圖。

由圖 5 可知，在摻有 I 型 6022E 聚合物乳膠粉的 1#～4#配比中，隨著乳膠粉摻量的增加，砂漿的 14d 粘結強度會相應的增強，在乳膠粉摻量為 1.5% 時，高強修補砂漿的 14d 粘結強度即達到了 1.2MPa；在乳膠粉摻量為 1.5% 的范圍內，14d 粘結強度增長率較大，而在摻量超過 1.5% 之后，則 14d粘結強度增長率會有較大的降低，說明了在高強修補砂漿中，聚合物乳膠粉有一個最佳摻量。

同時，由圖 5 可知，在 I 型 6022E、Ⅱ 型 7042W、Ⅲ 型6041A 三種膠粉摻加的 3#、5#、6# 三組配比中，其 14d 粘結強度值有一定的變化，但總體上強度值相差不大，最大值與最小值間相差 0.2MPa 左右，在三種膠粉中，摻 Ⅲ 型 6041A 膠粉的配比組份 14d 粘結強度最大，強度值達到了1.42MPa。

2.4 機理分析

在高強聚合物修補砂漿中，水泥的用量較多，膠砂比較大，所以高強修補砂漿拌合物的粘度相對較大。而隨著聚合物乳膠粉的加入，因可分散乳膠粉能夠對空氣有誘導效應，增加砂漿拌合物中的含氣量及孔隙，所以相應的可以提高高強修補砂漿的流動性[5]。但聚合物乳膠粉在堿性溶液中水解后，自身就有較好的粘度，隨著乳膠粉摻量的提高，相應的粘度也會增大，這會相應地降低砂漿拌合物的稠度。所以在高強修補砂漿中，在一定的范圍內，隨著同種聚合物乳膠粉摻量的增加，高強修補砂漿拌合物的稠度變化不顯著。

聚合物乳膠粉在砂漿水化過程中，形成薄膜、發生作用主要的經過 3 個階段：第 1 階段，在乳液的干燥后期，聚合物顆粒開始相互的接觸；第 2 階段，乳液中水份的向外遷移，進一步的干燥，引發了毛細管張力并使乳膠顆粒變形，形成了緊密堆積的多面體顆粒構造；第3階段，聚合物通過遷移越過初始顆粒邊界，相互連接，乳膠顆粒變薄、成膜，最終形成網狀薄膜，薄膜內部具有較高的拉應力[6-8]。從而能夠提高砂漿的抗滲性能和粘結強度。由此機理可知，聚合物乳膠粉在砂漿中能否起到預期的工效同砂漿中水份的遷移有很大的關系。在潮濕的水養護環境下，聚合物乳膠粉中的水份遷移速度慢、遷移的不充分或難以遷移出去，導致聚合物乳膠粉最終的未形成或未充分的形成網狀薄膜而未產生相應足夠的內聚應力，僅作為有一定彈性的粒子填充在修補砂漿，對砂漿內部不同界面之間起著某些隔離作用，所以隨著摻量的增加其對高強修補砂漿 28d 抗壓強度起著降低作用。

而聚合物乳膠粉粒子或乳膠薄膜具有一定的粘性，能夠增強高強修補砂漿和拉伸粘結試塊間的連接，所以在一定的范圍內，聚合物乳膠粉摻量的增加能夠增強高強修補砂漿的14d 拉伸粘結強度[9-10]。而當聚合物乳膠粉的摻量增加到一定的時候，乳膠顆粒或乳膠膜對拉伸界面間的柔性連接增強作用便趨于飽和，所以拉伸粘結強度的增長率會相應的降低。

3 結論

（1）聚合物乳膠粉種類對高強修補砂漿拌合物稠度有一定的影響；在其他成份不變的情況下，在一定的范圍內，聚合物乳膠粉摻量的變化對高強修補砂漿拌合物稠度的影響較小。

（2）在潮濕的水養護環境下，聚合物乳膠粉的種類對高強修補砂漿的強度有影響；在一定的摻量范圍內，高強修補砂漿的抗壓強度隨著聚合物乳膠粉摻量的增大而降低，抗折強度早期影響不大，大摻量時會導致后期強度顯著降低；壓折比則隨著摻量的增大而呈現著減小的趨勢。

（3）在潮濕的水養護環境下，聚合物乳膠粉的種類對高強修補砂漿 14d 粘結強度的影響相對較小；隨著聚合物乳膠粉摻量的增大，修補砂漿 14d 粘結強度會增大，但摻量增加到一定后，強度的增長率會相應的降低。

[1] 馬宇，孫志恒，張昕．高彈性修補砂漿的試驗研究[J]．大壩與安全，2013(2)：44-47．

[2] 朱炳喜．高性能修補砂漿的研制與應用[J]．新型建筑材料，2004(4)：13-15.

[3] 徐迅，盧忠遠，齊硯勇，等．混凝土修補砂漿的研究[C]．2008 第三屆（中國）國際建筑干混砂漿生產應用技術研討會論文集[A]．北京，2008：209-213.

[4] 何艷萍，張心亞，謝德龍，等．可再分散乳膠粉性能影響因素探討及應用 [J]．新型建筑材料，2009(4)：54-57．

[5] 裴勇兵，張心亞，謝德龍，等．干燥預處理對 EVA 可再分散乳膠粉性能的影響[J]．江蘇大學學報，2010，31(1)：93-97.

[6] Roger Zurbriggen，張亮（譯）. ELOTEX 可再分散膠粉對瓷磚粘結砂漿性能的影響[J]．新型建筑材料，2003(8)：24-27.

[7] Winnik M.A.The formation and properties of latex films.In:P. A. Lovell and M.S.El-Aasser(eds)，Emulsion polymerization and emulsion polymers，John Wiley ＆ Sons Ltd ，1997.

[8] 何倩倩，姚金水，張希巖．可再分散乳膠粉的研究進展及應用前景[J]．涂料工業，2007，37(5)：52-58.

[9] 肖力光，周建成．可再分散乳膠粉對建筑砂漿性能的影響[J]．吉林建筑工程學院學報，2002，19(4)：19-24.

[10] 喬淵，李運北，李春亮．可再分散聚合物乳膠粉對水泥砂漿微結構性能作用的研究[J]．新型建筑材料，2006(7)：5-7.

［通訊地址］福建省廈門市同安區新民鎮鳳嶺路 760 號 廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司 研發中心（361100）

Effect of redisperisble polymer powder on high-strength repair mortar in wet conditions

Huang Hongcai
(Xiamen Academy of Building Research Co.,Ltd., Xiamen Fujian 361100, China)

The effect of redisperisble polymer powder on performances and mechanical properties of high-strength repair mortar was studied in wet conditions.The results indicated that the type of redisperisble polymer powder had some effect on consistency of highstrength repair mortar, but in a certain range, the content of redisperisble polymer powder had little effect on the consistency relatively. In wet conditions, with the increase of redisperisble polymer powder, the compressive strength of high-strength repair mortar would reduce and it had little effect on the flexural strength in early, but would obviously decrease the flexural strength at last in large content of redisperisble polymer powder, and the compressive and flexural strength ratio would decrease. With the increase of redisperisble polymer powder, the 14d cohesional strength would rise, but in a certain content, rate of increase would decrease.

redisperisble polymer power; high-strength; repair mortar; wet conditions

黃洪財，工程師。