聚合物水泥加固砂漿下垂性試驗(yàn)研究

蔣玉川 王清 高楊春

（中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司，北京 100024）

0 前言

聚合物水泥加固砂漿是以水泥和細(xì)骨料為基本材料，按照一定比例摻加聚合物進(jìn)行改性，添加適量輔助材料混合制成的用于結(jié)構(gòu)加固使用的砂漿，聚合物水泥加固砂漿具有優(yōu)良的柔韌性能、粘結(jié)性能，對(duì)提高結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性能起到良好的作用。據(jù)報(bào)道[1]，國(guó)外早在20世紀(jì)20年代就開始對(duì)聚合物水泥復(fù)合材料進(jìn)行研究，20世紀(jì)70年代開始大量應(yīng)用于工程實(shí)踐中。我國(guó)研究起步較晚，在20世紀(jì)80年代才開始進(jìn)行研究，20世紀(jì)90年代逐漸開始應(yīng)用，進(jìn)入21世紀(jì)后應(yīng)用量開始大幅上升。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)聚合物水泥加固砂漿進(jìn)行了大量的研究，主要對(duì)聚合物種類[2-3]和摻量[4-5]對(duì)砂漿的影響、聚合物水泥加固砂漿拌合物性能[6-8]、力學(xué)性能[9-11]以及長(zhǎng)期耐久性能[12-15]進(jìn)行了深入研究。聚合物摻加到水砂漿中起到改性作用，其能夠在水泥砂漿內(nèi)部形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)膜，增強(qiáng)水泥砂漿的絮凝結(jié)構(gòu)[16]，能夠提高水泥砂漿的彎曲韌性、抗裂性、抗凍能力以及耐腐蝕能力。聚合物水泥加固砂漿經(jīng)常與預(yù)應(yīng)力鋼絞線網(wǎng)片配合使用，在工程應(yīng)用中適用于混凝土結(jié)構(gòu)的柱、梁、板等構(gòu)件加固，也適用于磚砌體結(jié)構(gòu)的加固，能夠大大提高建筑物結(jié)構(gòu)的承載能力和長(zhǎng)期使用能力?，F(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)聚合物水泥加固砂漿的性能提出了要求，包括抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、鋼套筒粘結(jié)抗剪強(qiáng)度、與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度、耐水性能、抗凍性以及濕熱老化性能，這些指標(biāo)的規(guī)定對(duì)提高聚合物水泥加固砂漿的生產(chǎn)質(zhì)量以及工程應(yīng)用提供了良好的質(zhì)量控制依據(jù)，但是在實(shí)際工程中，聚合物水泥加固砂漿主要應(yīng)用于豎向結(jié)構(gòu)和板結(jié)構(gòu)的底面，其施工性能嚴(yán)重影響實(shí)際的使用效果，尤其是下垂性能，砂漿涂覆于結(jié)構(gòu)表面后應(yīng)具有抵抗下垂的能力，這對(duì)保證工程質(zhì)量具有重要的作用。目前，對(duì)聚合物水泥加固砂漿的下垂性能研究較少，尚未發(fā)現(xiàn)有相關(guān)報(bào)道。

本文設(shè)計(jì)了下垂性能試驗(yàn)方法，通過(guò)測(cè)試不同類別的聚合物水泥加固砂漿的下垂度指標(biāo)來(lái)表征砂漿的施工性能，為聚合物水泥加固砂漿的施工性能控制提供量化指標(biāo)，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證提出砂漿下垂度試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)樣品選取了北京、湖南、大連的四家企業(yè)生產(chǎn)的聚合物水泥加固砂漿，編號(hào)分別為1#、2#、3#和4#，各自代表了工程中常見的砂漿狀態(tài)，并配置了普通水泥砂漿進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比砂漿配比為水泥∶ISO標(biāo)準(zhǔn)砂∶水=1∶3∶0.45，水泥為唐山冀東水泥廠生產(chǎn)的水泥P·O42.5，對(duì)比砂漿編號(hào)為0#，普通水泥砂漿的稠度狀態(tài)不能滿足建筑物豎向結(jié)構(gòu)加固。聚合物水泥加固砂漿和對(duì)比基本性能特征見表1。

表1 聚合物水泥加固砂漿性能特征

1.2 下垂性測(cè)試方法

本文按照豎向混凝土結(jié)構(gòu)采用聚合物水泥加固砂漿加固施工工況設(shè)計(jì)了下垂性測(cè)試方法。試驗(yàn)采用混凝土試塊作為底層，上面涂抹不同厚度的砂漿，刮平后垂直放置，靜止放置到砂漿下垂高度不再變化，測(cè)量砂漿的下垂高度，以此高度作為聚合物水泥加固砂漿的下垂度代表值。為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)砂漿下垂度性能，設(shè)計(jì)了不同寬度和高度的混凝土基塊，高度分別為100mm、200mm和300mm，寬度分別為100mm、200mm，混凝土基塊和成型用模具見圖1。聚合物水泥加固砂漿涂抹厚度設(shè)計(jì)了10mm和20mm兩種。下垂高度采用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量，精確度為0.02mm。聚合物水泥加固砂漿下垂度測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 聚合物水泥加固砂漿下垂度測(cè)試結(jié)果

圖1 下垂性測(cè)試用混凝土底板和成型模具

圖2 不同漿體高度下垂性測(cè)試樣品狀態(tài)

1.3 稠度測(cè)試方法

聚合物水泥加固砂漿稠度試驗(yàn)依據(jù)JG/T70-2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，砂漿攪拌完成后，一次裝入砂漿盛裝容器，使砂漿表面低于容器口約10mm，用倒棒自容器中心向邊緣均勻地插搗25次，然后輕輕將容器搖動(dòng)或敲擊5-6下，使砂漿表面平整，將容器安放于稠度測(cè)定儀的底座上。擰松制動(dòng)螺絲，向下移動(dòng)滑桿，當(dāng)試錐尖端與砂漿表面剛接觸時(shí)，擰緊制動(dòng)螺絲，讀取刻度盤的度數(shù)。擰松制動(dòng)螺絲，同時(shí)計(jì)時(shí)，10s時(shí)立即擰緊螺絲，再次讀取刻度值，兩次度數(shù)差值即為砂漿的稠度值。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 稠度對(duì)下垂性的影響

聚合物水泥加固砂漿下垂度與稠度的關(guān)系見圖3。普通水泥砂漿稠度為55mm，1#～4#聚合物水泥加固砂漿稠度分別為15mm、45mm、65mm和50mm，本文選取的四種聚合物水泥加固砂漿3#樣品稠度最大、1#樣品稠度最小，普通水泥砂漿稠度適中。對(duì)于稠度值相當(dāng)?shù)钠胀ㄋ嗌皾{不能應(yīng)用于豎向結(jié)構(gòu)加固，而聚合物水泥加固砂漿是滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求的，因此，采用稠度值代表砂漿在建筑物豎向結(jié)構(gòu)加固中的施工性是不適合的。普通水泥砂漿的下垂度測(cè)試結(jié)果比同稠度的聚合物水泥加固砂漿高很多，通過(guò)下垂度表征砂漿在建筑物豎向結(jié)構(gòu)加固工程中的施工性是可行的。從圖3中可以看出，聚合物水泥加固砂漿的下垂度隨著稠度的增大呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，并且以漿體尺寸寬100mm×高200mm×厚20mm的砂漿測(cè)試值增強(qiáng)趨勢(shì)最為明顯，其他三種漿體規(guī)格的涂抹厚度均為10mm，未明顯體現(xiàn)出3#和4#的下垂度區(qū)別，聚合物水泥加固砂漿稠度在45mm～60mm時(shí)采用涂抹厚度20mm的漿體規(guī)格測(cè)試下垂度更為合適。

圖3 砂漿下垂度和稠度關(guān)系曲線圖

2.2 漿體寬度對(duì)下垂性的影響

砂漿下垂度與漿體寬度的關(guān)系見圖4。從圖4可以看出，聚合物水泥加固砂漿漿體寬度為200mm的下垂度測(cè)試值略高于漿體寬度為100mm的下垂度，差別不是很大，砂漿主要由其本身的重力作用而產(chǎn)生下垂，在漿體的高度和厚度相同的情況下，單位寬度的漿體抵抗下垂的能力決定于其自身的質(zhì)量和其與混凝土底板的粘結(jié)強(qiáng)度，本文中的四種聚合物水泥加固砂漿的密度基本相當(dāng)，也就是說(shuō)其自身的質(zhì)量差別不大，所以砂漿的下垂度主要受漿體與混凝土底板粘結(jié)強(qiáng)度的影響。漿體寬度越大，其與混凝土底板的粘結(jié)面積越大，粘結(jié)強(qiáng)度也就越大，因此，漿體寬度并不是影響聚合物水泥加固砂漿下垂度的主要因素。由分析可見，下垂度測(cè)試選取漿體寬100mm或200mm均是合理的，為了降低試驗(yàn)操作強(qiáng)度，建議選取漿體寬度100mm的規(guī)格尺寸進(jìn)行試驗(yàn)。

圖4 砂漿下垂度與漿體寬度關(guān)系圖

2.3 漿體高度對(duì)下垂性的影響

砂漿下垂度與漿體高度的關(guān)系見圖5。從圖5可以看出，在漿體寬度和厚度相同的情況下，漿體高度越高，則下垂度測(cè)試結(jié)果越大，尤其是漿體高度增加到300mm時(shí)，砂漿下垂度大幅增加，漿體高度是影響砂漿下垂度的重要因素。砂漿拌和后的漿體是塑性狀態(tài)，因其重力作用而下垂，單位寬度、單位厚度的漿體，高度越大，重力作用越大，但由于漿體本身與混凝土底板的粘結(jié)強(qiáng)度作用，上層的漿體重力作用會(huì)明顯地減小，主要作用是上層漿體的下垂對(duì)下層漿體進(jìn)行擠壓，增大了漿體底層的下垂度。漿體高度100mm不能很好地體現(xiàn)上層漿體擠壓下層漿體的苛刻條件，而300mm的漿體高度則大大增加了操作強(qiáng)度，并且存在混凝土板傾倒風(fēng)險(xiǎn)，而200mm漿體高度既能夠體現(xiàn)漿體上下層漿體的作用狀態(tài)，又比較容易操作，因此，選擇漿體高度200mm的試樣尺寸測(cè)試下垂度是較為適宜的。

圖5 砂漿下垂度和漿體高度關(guān)系圖

2.4 漿體厚度對(duì)下垂性的影響

砂漿下垂度與漿體厚度的關(guān)系見圖6。從圖6可以看出，漿體寬度和高度相同的情況下，漿體厚度越大，下垂度測(cè)試結(jié)果越大，漿體高度為100mm和200mm，漿體厚度20mm的砂漿下垂度均明顯大于漿體厚度10mm的砂漿。漿體高度和寬度相同，表面砂漿與混凝土底板的粘結(jié)面積相同，也就是說(shuō)砂漿與混凝土底板的粘結(jié)強(qiáng)度相同，砂漿的下垂度決定于砂漿本身的重力作用，砂漿涂抹厚度越大，砂漿重力作用越大，因而下垂度越大。在實(shí)際工程中，砂漿的涂抹厚度一般為30mm-50mm，砂漿內(nèi)部預(yù)鋪有鋼絲繩網(wǎng)片，鋼絲繩網(wǎng)片對(duì)聚合物水泥加固砂漿有很好的固定作用，防止了砂漿下垂，鋼絲繩表面距離砂漿表面大約20mm，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，在混凝土底板涂抹20mm的聚合物水泥加固砂漿測(cè)試下垂度能夠很好的體現(xiàn)砂漿的施工下垂性，并且較10mm厚砂漿測(cè)試結(jié)果更為嚴(yán)格和有代表性。

圖6 砂漿下垂度與漿體厚度關(guān)系圖

2.5 評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)

聚合物水泥加固砂漿在應(yīng)用于建筑物豎向結(jié)構(gòu)加固時(shí)，其施工性主要決定于是否能夠良好懸掛于混凝土表面而不下垂，這是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵，通過(guò)本文的試驗(yàn)驗(yàn)證和結(jié)果分析，聚合物水泥加固砂漿施工性能評(píng)價(jià)方法可以采用漿體高200mm、寬100mm、厚20mm的規(guī)格尺寸測(cè)試砂漿的下垂性能，通過(guò)下垂度測(cè)試指標(biāo)評(píng)價(jià)砂漿的施工性能。從各種砂漿的測(cè)試結(jié)果分析，下垂度均小于4.5mm，且不能過(guò)于干稠而導(dǎo)致脫落。因此，采用漿體高200mm、寬100mm、厚20mm的下垂度試驗(yàn)方法，下垂度指標(biāo)宜小于4.5mm，且不產(chǎn)生剝離脫落現(xiàn)象。

3 結(jié)論

1）聚合物水泥加固砂漿的施工性不宜采用稠度作為代表指標(biāo)，下垂度能夠較好反映建筑物豎向結(jié)構(gòu)加固用砂漿的下垂性能，采用下垂度指標(biāo)表征聚合物水泥加固砂漿拌合物性能是可行的。

2）聚合物水泥加固砂漿下垂度測(cè)試結(jié)果主要受漿體與混凝土底板粘結(jié)強(qiáng)度和漿體自身重力的影響，漿體高度和漿體厚度對(duì)砂漿下垂度指標(biāo)影響顯著，而漿體寬度影響不大。

3）采用漿體高200mm、寬100mm、厚20mm的規(guī)格尺寸進(jìn)行測(cè)試是較為適宜的，既反映了聚合物水泥加固砂漿的施工性能，又降低了操作難度，可以作為施工性能的檢驗(yàn)指標(biāo)和方法，下垂度指標(biāo)宜小于4.5mm，且不產(chǎn)生剝離脫落現(xiàn)象。