聚合物改善水泥石滲透性評價方法研究

符強

摘要： 水泥漿中摻入聚合物能改善水泥漿粘度、沉降穩定性和流動度并使水泥石的滲透性降低和耐腐蝕性得到提高。目前測定水泥石滲透性方法很多，但沒有一種方法得到廣泛共識，基于上述現狀本文進行了聚合物改善水泥石滲透性評價方法研究。本次試驗向水泥漿中摻入不同劑量的可再分散乳膠粉。對形成的水泥漿體系的密度、流動度、沉降穩定性、水泥石抗壓強度等進行測定，采用SCMS-1型全自動巖心孔滲測量系統、F-sorb 3400型氮吸附比表面積及孔徑分布分析儀、Autopore IV 9500壓汞儀、NEL-PER 電通量測定儀分別評價經可再分散乳膠粉改善后水泥石的滲透性。

Abstract： To incorporate polymer into the cement slurry can improve the viscosity， settling stability and fluidity of the cement slurry and reduce the permeability and corrosion resistance of the cement paste. At present， there are many methods to determine the permeability of cement paste， but there is no one to get broad consensus. Based on the above-mentioned current situation， this paper has carried out the research on the method of improving the permeability of cement. This test incorporates different doses of redispersible latex powder into the cement slurry. The density， flowability， settling stability and cement concrete compressive strength of the formed cement slurry system are measured. The SCMS-1 type automatic core pore osmosis measurement system， F-sorb 3400 nitrogen adsorption specific surface area and pore size distribution Analyzer， Autopore IV 9500 mercury porosimeter， NEL-PER electric flux analyzer are used to evaluate the permeability of cement after being improved by redispersible latex powder.

關鍵詞： 水泥漿；聚合物；滲透性；評價方法

Key words： cement slurry；polymer；permeability；evaluation method

中圖分類號：TU472.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）11-0102-03

1 緒論

1.1 選題背景

水泥石是一種多相的、不均質的、多孔的復合體系，當其相對的表面存在壓力、濃度和電位差時，就會發生物質的遷移。水泥石的滲透性，籠統地說是指氣體、液體或離子受壓力、化學勢或電場作用在混凝土中滲透、擴散或遷移的難易程度。常用的水泥石滲透性測試方法有：透水法、透氣法、氯池浸泡法及電通量法等。工程實際中我們不僅要測試出水泥石的滲透性，還要找到能夠提高水泥滲透性的方法。加入膠乳后的水泥被稱為膠乳水泥。膠乳水泥體系是有機高分子聚合物分散體系，首先水泥水化產物和膠乳聚合物通過膠乳顆粒相互結合，在已水化的水泥與未水化的水泥間形成網狀結構。隨著水泥水化作用繼續，毛細管孔隙中水將減少，聚合物膠乳顆粒從水中分離出來，在水泥水化物表面形成一層連續薄膜牢固地粘結成為一個堅固的整體。

隨著VAE乳液和VA/VeoVa等乳液的工業化成功，其使用的范圍也逐漸擴展到各種結構和非結構建筑粘合劑 、干混砂漿改性墻體保溫、粉末涂料、建筑膩子的領域。

可再分散乳膠粉加水后能充分分散在水中，形成穩定的分散液。與聚合物乳液相比，可再分散乳膠粉具有成本低、穩定性好、容易儲存、包裝方便、能與水泥及其它外加料混合使用等優點。

1.2 水泥石滲透性評價方法研究現狀

水泥石滲透性在德國開始研究，研究起步較早，以下介紹在國外具有代表性的水泥石滲透性評價方法。

①1981年前美國測試水泥石滲透性采用氯離子非穩態擴散方法并作為美國氯離子擴散實驗標準方法—AASHTO T259[1]；②為了克服ASTM C 1202方法孔溶液的化學成分影響試驗結果的缺點，P.E.Streiche提出濃度鹽溶液飽和的電導法；③Whiting[2]研究提出的直流電量法測量水泥石滲透性的評價方法是當前國際上最有影響的水泥石滲透性試驗方法。被美國兩個標準AASHTO T277-83和ASTM C1202-91所采用；④北歐標準[3]采用氯離子擴散系數快速測定的RCM方法。

我國研究起步晚，但發展迅猛，建筑工程上我國目前采用的是抗滲指標法。①清華大學研制的 NEL 型滲透性快速檢測系統。用該方法可以在 24h 內快速測定水泥石的飽鹽電導率和氯離子擴散系數；②路新瀛[4]提出的飽和鹽水泥石電導率法是將測得的電導值通過Nernst-Einstein方程，但減少了方程中對流、擴散部分的電量，計算出來的氯離子滲透性是一種快速試驗方法；③我國交通部[5]已在JTJ 270-98中提出了一個較為便捷的氣體滲透性測試方法。

從國內外研究現狀來看，評價水泥石滲透性各評價方法各有優缺點，每個方法只能在某種條件下能反應水泥石的滲透性能或某一方面水泥石的滲透性能。就目前現狀愚認為可以向采用多種方法復合評價水泥石滲透性，就現場實際有選擇的組合各評價方法達到取長補短的目的。向這些方面探討可行性。

2 試驗

2.1 配置水泥漿

研究可再分散乳膠粉不同加量對水泥漿的影響，采用不同加量添加乳膠粉后測定水泥漿性能。添加可再分散乳膠粉后，水泥漿漿中會有大量氣泡，如果消泡效果不好的話會對試驗結果造成很大影響。

本試驗中經過多次試驗發現采用物理法中的升溫法、機械攪拌法與化學法中的添加消泡劑的方法結合使用能達到較好的消泡效果。

2.2 水泥漿性能測試

本試驗主要測定水泥石滲透性，綜合各水泥漿配方及其性能測試結果選擇配方五，按配方五做四種測試方法所需的模分別測試水泥石滲透性。

3 試驗結果及分析

3.1 抗壓強度

在標準養護條件下可再分散乳膠粉摻量對水泥石強度的影響如表3所示，在表中我們可以看到在一定范圍內隨著乳膠粉摻量增加，水泥石強度不斷增加。

3.2 滲透性測試

3.2.1 全自動巖心孔滲測量系統測定水泥石滲透性

SCMS-1全自動巖心孔滲測量系統是由西南石油大學國家重點實驗室研制的新型全自動巖心測量系統，本試驗測定水泥石巖心孔隙度，對一個成熟的低密度配方水泥石采用此系統測滲透性（溫度為15℃，圍壓3MPa0）結果如表4所示。

表中P表示水泥石孔隙度，K表示滲透系數，對兩組水泥石孔隙度和滲透系數結果觀察發現數據波動很大，對試驗結果原因分析：不同的預處理加熱溫度和時間造成水泥石孔隙度、滲透系數差異較大。

3.2.2 氮吸附測定聚合物水泥石孔徑分布

由圖1與圖2對比可知，摻入乳膠粉后改善水泥石孔徑分布。氮吸附法主要測試的是孔徑為100nm以下孔隙，通過對比發現兩個曲線形狀相似，添加4%乳膠粉對水泥石100nm以下的孔隙沒有明顯的變化。因為本試驗需要測試前對水泥石進行加熱處理，加熱溫度，時間對試驗影響很大因此本法單獨評價水泥石滲透性還有待進一步研究。

3.2.3 水銀壓入法測水泥石孔徑大小、孔隙體積、孔徑分布

由圖3與圖4對比可知摻入4%乳膠粉水泥石的平均孔徑比未加乳膠粉的水泥石平均孔徑少7.1nm，說明乳膠粉改善水泥石的孔徑。

3.2.4 電通量法測定水泥石氯離子滲透性

本次試驗采用NEL-PER電通量儀測試經過飽水處理后的水泥石的水泥石滲透性結果[6]如表5。

通道1，2，3為未摻乳膠粉水泥石滲透性，通道4，5，6為摻4%乳膠粉水泥石滲透性。

從試驗結果看未摻乳膠粉水泥石的電通量總電量較摻了4%乳膠粉的水泥石多五十多庫侖。說明乳膠粉能改善水泥石抗氯離子滲透性且改善明顯，使得未加與加了4%乳膠粉水泥石的滲透性都很低的原因有如下情況：①水泥漿基本配方有較好的級配即使是未加乳膠粉其滲透性也相對較低。②乳膠粉改善水泥石滲透性是通過填補空隙達到效果，乳膠粉具有一定粒徑，其填補的空隙只在一定范圍不可能填補所有空隙。

3.3 水泥石微觀形貌觀察

對摻了4%乳膠粉[7]和未摻乳膠粉水泥石進行SEM分析：加入乳膠粉改善后的水泥石如圖5、6所示，表面明顯致密了許多，能看到乳膠粉顆粒和水化產物交織在一起， 填補大量缺陷。

4 結論與建議

4.1 結論

①乳膠粉改善水泥漿流動度、降低水泥漿API失水和提高水泥石抗壓強度。乳膠粉顆粒主要填充水泥石100nm-1000nm的大毛細孔，對其他孔徑范圍幾乎沒有影響。②氮吸附與壓汞法測定水泥石孔徑曲線形態基本吻合，壓汞法孔徑分布范圍為7.1-9348nm從微孔到大孔都有涉及，氮吸附主要測定100nm以下的微孔和中孔情況，兩者結合能對水泥石孔徑分布進行全面描述。③采用巖心孔滲法測量滲透率波動較大重現性差，電通量法能夠快速評價水泥石氯離子滲透性且結果重現性好，能為評價水泥石滲透性提供依據，存在無法具體量化為水泥石滲透率的缺點。

4.2 建議

摻入乳膠粉會產生大量氣泡，未消除的氣泡對水泥石滲透性有很大影響。為得到較為真實的數據需要大量重復的進行消泡處理且要采用多樣的消泡手段處理產生的氣泡。

參考文獻：

[1]A.J.Katz，A.Thompson.Quantitative prediction of permeability in porous rock.Phys.Rev.B，1986，34（11）：8179-8181.

[2]D.Whiting.Rapid measurement of the chloride permeability of Concrete .Public Rods，1981，45（3）.

[3]NT Build 355.Concrete，Mortar and Cement Based Repaid Materials：Chloride Diffusion Coefficient from Migration Cell Experiment，1997.

[4]路新瀛，李翠玲.混凝土滲透性的電學評價[J].水泥石與水泥制品，1999（5）：12-14.

[5]JTJ270-98，水運工程混凝土試驗規程[S].

[6]呂佳祥，蔣愛萍.增容法測定巖心孔隙度[J].材料物理與化學，2000（2）：12-19.

[7]蔣林華，ZHANG M H，MALHOTRA V M.水泥基材料氯離子滲透擴散性測試技術[J].建筑材料學報，2002，5（2）：l47-l54.