環氧類聚合物水泥修補砂漿試驗研究

劉譽璟

中鐵十六局集團第三工程有限公司

1 引言

環氧樹脂聚合物水泥修補砂漿是由水泥、水、骨料、具有膠結性質的聚合物——水性環氧樹脂以及外加劑為原材料混合，經凝結硬化而制成的砂漿。聚合物水泥砂漿硬化后，砂漿中的聚合物可有效地封閉連通的孔隙，增加砂漿的密實性及抗裂性。主要針對橋梁和擋墻施工過程中因振搗不到位產生的局部不密實或漏漿產生的蜂窩麻面、露筋等質量問題。

2 原材料

主要原材料有：ISO標準砂、P.O42.5水泥（寧波科環）、改性雙酚A型環氧樹脂（25℃黏度8000mPa·s～12000mPa·s、環氧當量190～205、密度1.15g/ml～1.16g/ml）、HTW-208型水溶性胺類水性環氧樹脂固化劑（含固體量為60%、25℃黏度10000mPa·s～15000mPa·s、環氧當量300～360、密度1.08±0.02g/ml）、飲用水。

3 配合比

本試驗主要研究了環氧類聚合物修補砂漿，調整水性環氧樹脂溶液中水的比例，制成四種水性環氧樹脂溶液，固化劑、環氧樹脂乳液、水的配比（分別為1:1.3:1、1:1.3:2、1:1.3:3、1:1.3:4）和灰砂比（分別為1:2和1:3）配置水性環氧樹脂水泥修補砂漿，砂漿水料比由砂漿稠度確定（70mm～90mm)，依據《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》（GB/T 1346—2011）、《混凝土結構修復用聚合物水泥砂漿》（JG/T 336—2011）規范進行凝結時間、抗折、抗壓及黏結拉伸強度試驗研究。

4 試驗結果

4.1 水性環氧樹脂對水泥凈漿凝結時間的影響

將水性環氧樹脂乳液摻入水泥漿體，測得改性水泥砂漿的初凝時間和終凝時間并分別將灰砂比為1:2和1:3時砂漿的初凝時間和終凝時間繪成柱狀圖，如圖1，圖2所示。

圖1 灰砂比1:2

圖2 灰砂比1:3

聚合物乳液對水泥凈漿在通常情況下具有一定的緩凝作用，緩凝作用隨著其摻量的增加而增加。但是通過對比圖中數據可知，水性環氧樹脂改性水泥凈漿的凝結時間并未隨著乳液中水的比例的減少呈現遞減趨勢，而是在達到一個極小值（1:1.3:2）后開始有所回升。

4.2 環氧類聚合物修補砂漿膠砂強度的試驗分析

試驗試塊的灰砂比分別為1:2和1:3，通過控制砂漿的稠度來調整水性環氧樹脂的摻量，固化劑:環氧:水分別為1:1.3:1，1:1.3:2，1:1.3:3，1:1.3:4，養護時間為7d和28d。按照《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》（GB/T 17671—1999）測定試塊膠砂強度，結果如表1所示。

表1 調整水性環氧樹脂乳液配比和灰砂比測定的7d與28d膠砂強度

《混凝土結構修復用聚合物水泥砂漿》（JG/T 336—2011）要求7d抗壓強度≥10MPa，抗折強度≥4MPa，28d抗壓強度≥15MPa，抗折強度≥6MPa。表1數據中，聚合物砂漿7d抗壓強度最低為12.2MPa，最高為29.2MPa，抗折強度最低為6.1MPa，最高為12.8MPa，聚合物砂漿28d抗壓強度最低為20.5MPa，最高為39.9MPa，抗折強度最低為6.4MPa，最高為14.9MPa，所有數據均為有效數據。

4.3 水性環氧樹脂乳液中水的比例對膠砂強度的影響

根據表1調整灰砂比和水性環氧樹脂乳液濃度測定的試塊膠砂強度，分析和應用數據，繪制出調整水性環氧樹脂乳液中水的比例對抗折強度（圖3）、抗壓強度的影響（圖4）。

圖3

圖4

如圖3所示，灰砂比為1：2時的抗折強度差值大于1：3時的抗折強度，說明抗折強度隨乳液中水的比例的增高而逐漸降低。由圖4可知抗壓強度都逐漸下降。說明隨著乳液中水的比例的增大，抗壓強度逐漸減小。

通過對上述圖表的分析可知，水性環氧樹脂的加入使砂漿的抗折抗壓強度均有所提高。與普通的水泥砂漿相比，硬化后的水性環氧樹脂乳液改性水泥砂漿的力學性能會得到一定的改善。

4.4 灰砂比對膠砂強度影響

根據表1調整灰砂比和膠粉摻量測定的試塊膠砂強度，分析和應用數據，繪制出灰砂比對抗折、抗壓強度的影響（圖5、圖6）。

圖5

圖6

由圖5、圖6得出，在砂漿試塊中摻入水的比例不同的水性環氧樹脂乳液時，灰砂比為1：2的試塊抗折強度均比灰砂比為1：3大。其中，在水性環氧樹脂乳液配比為1:1.3:1時，強度相差最大，灰砂比1:2比灰砂比1:3試塊強度大5.3MPa，當水性環氧樹脂乳液配比為1:1.3:3時，強度相差最少，相差1.7MPa。灰砂比越小，抗折強度越小。

4.5 水性環氧樹脂修補砂漿黏結強度的試驗分析

水性環氧樹脂改性砂漿一般具有良好的黏結性和耐久性，但由于其價格昂貴，因此主要用于混凝土結構的加固補強，修補能否成功主要取決于新老砂漿的黏結性能。本試驗灰砂比分別為1:2和1:3，調整水性環氧樹脂乳液摻量，按《混凝土界面處理劑》（JC/T 907—2002）測定砂漿黏結強度，測定結果見表2。

表2 水性環氧樹脂乳液中水的比例與灰砂比對黏結強度的影響

4.6 水性環氧樹脂摻量對黏結強度的影響

根據表2調整灰砂比和膠粉摻量的試塊黏結強度分析和應用數據，繪制出圖7膠粉摻量對黏結強度的影響。

圖7

圖8

如圖7所示，在灰砂比為1:2時，試塊黏結強度隨著水性環氧樹脂中水的比例降低而增大，充分說明水性環氧樹脂的摻量對黏結強度有影響，水性環氧樹脂的摻量與黏結強度成正比。砂漿內摻入水性環氧樹脂能進一步水化使水分減少后形成一層連續的薄膜，與水化產物及骨料膠結在一起，從而提高了砂漿的黏結力。

4.7 不同灰砂比時膠粉對黏結強度的影響

根據表2調整灰砂比和水性環氧樹脂中水比例的試塊黏結強度，分析和應用數據，繪制出圖8灰砂比對黏結強度的影響。

如圖8所示，在砂漿試塊中摻入水的比例不同的水性環氧樹脂乳液時，灰砂比為1:2的黏結強度均比灰砂比為1:3大。其中，在水性環氧樹脂乳液配比為1:1.3:2時，強度相差最多，灰砂比為1:2的試塊黏結強度比灰砂比為1:3的大0.22MPa；其中，在水性環氧樹脂乳液配比為1:1.3:3時，強度相差最小，灰砂比為1:2的試塊黏結強度比灰砂比為1:3的大0.17MPa。說明灰砂比對砂漿黏結強度有影響，灰砂比越大，黏結強度越高。

5 結論

本文進行一定量的試驗，通過改變水性環氧乳液的配比和灰砂比研究了其對新拌水泥砂漿的性能和硬化后水泥砂漿的力學性能的影響。得出以下幾個結論。

（1）通過水性環氧樹脂乳液配比對凝結時間的影響試驗中可知，不同配比的水性環氧樹脂乳液對凝結時間有影響。水性環氧樹脂摻量越高，凝結時間越低，并且，當水性環氧樹脂摻量達到一定值時，凝結時間會有所回彈。

（2）通過水性環氧樹脂中水的不同比例對抗壓抗折強度的影響試驗可知，抗折、抗壓強度均隨著砂漿中水性環氧樹脂摻量的增加，呈上升趨勢。水性環氧樹脂摻加量越高，抗壓抗折強度越高。

（3）灰砂比不同時水性環氧樹脂對抗折和抗壓強度的影響相同，灰砂比越低，抗折和抗壓強度就越低。因為灰砂比越小，粉料總量不變，所以水泥含量就越少，骨料越多，可能影響了抗壓強度。

（4）在水性環氧樹脂對黏結強度的影響試驗中表明，水性環氧樹脂摻量越多黏結強度越大，并趨于平穩。砂漿內摻入水性環氧樹脂能進一步水化使水分減少，在凝膠體上和空隙中緊密堆積的聚合物顆粒便凝結形成連續的薄膜，形成與水泥漿體互穿基質的混合物，并且使水化產物之間及骨料互相膠結，從而提高了砂漿的黏結力。