高性能聚合物水泥砂漿（PCM）工作性能提升

齊秀廷，張佳

（山西工程科技職業(yè)大學(xué)，晉中 030619）

1 前言

高性能聚合物水泥砂漿（PCM）是建筑工程中較為主流的施工材料，在加固混凝土結(jié)構(gòu)、提升結(jié)構(gòu)抗震性能等方面均具有重要的應(yīng)用價(jià)值。工程實(shí)踐中，影響PCM工作性能的因素較多，為提升材料性能，需要進(jìn)行研究，確定影響因素及影響特點(diǎn)，合理應(yīng)用原材料。

2 PCM 的工作性能

（1）流動(dòng)性：從良好的可塑性和自流平性?xún)蓚€(gè)方面體現(xiàn)PCM的流動(dòng)性，得益于此特性，PCM能夠有效填充至狹縫和空隙中，保證填充的均勻性和飽滿(mǎn)性，屬于修復(fù)裂縫時(shí)的常用材料。

（2）粘附性：PCM穩(wěn)定粘附在基層上，保證結(jié)構(gòu)的完整性和可靠性，同時(shí)也提升了砂漿的抗剝離性能，使施工成型的建筑結(jié)構(gòu)具有耐久性。

（3）抗裂性：PCM 對(duì)溫度、荷載的適應(yīng)能力強(qiáng)，有效抵抗基層的收縮和變形，防開(kāi)裂效果良好，采用PCM 施工而成的建筑結(jié)構(gòu)具有完整性。

（4）抗?jié)B性：阻止水分的滲透，減弱水對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的侵蝕作用，且在遇到凍融循環(huán)條件時(shí)也具有可靠性，不易由于惡劣環(huán)境而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷。

（5）抗壓強(qiáng)度：采用PCM 施工而成的結(jié)構(gòu)具有較高的抗壓強(qiáng)度，在受到強(qiáng)烈的荷載作用時(shí)仍保持穩(wěn)定，改善結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、受損等問(wèn)題。

（6）早強(qiáng)性：PCM在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到較大的強(qiáng)度，可以在保證施工質(zhì)量的前提下縮短工期，尤其是在工期較緊的項(xiàng)目中具有突出的應(yīng)用效果。例如，對(duì)于結(jié)構(gòu)修復(fù)或是其它時(shí)間短、任務(wù)重的施工項(xiàng)目，可采用PCM進(jìn)行快速處理。

3 試驗(yàn)工況

3.1 試樣制備

模具尺寸為160mm×40mm×40mm，在不同配合比的高性能聚合物砂漿凝結(jié)前，將漿液裝入模具，24h 后脫模，制備18 個(gè)試樣。養(yǎng)護(hù)條件為溫度（20±5）℃、相對(duì)濕度（65±10）%，進(jìn)行單軸抗壓、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)和流動(dòng)度試驗(yàn)。

3.2 試驗(yàn)方法

（1）抗壓、抗折試驗(yàn)。每組試樣測(cè)試3 塊，分別在不同的時(shí)期進(jìn)行試驗(yàn)，最終結(jié)果取試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值。抗折試驗(yàn)采用KZJ-5000B 型電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)，試件的側(cè)面置于儀器支撐圓柱上，將垂直荷載加載至側(cè)面，試驗(yàn)全過(guò)程中加載速率均穩(wěn)定在（50±10）N/s，按此方式持續(xù)進(jìn)行加載，并檢驗(yàn)試件在不同荷載下的狀態(tài)，待試件折斷時(shí)結(jié)束試驗(yàn)，全程均要及時(shí)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。此外，用SUNS壓力機(jī)進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，受壓面為試件成型的兩個(gè)側(cè)面。棱柱體露在壓板外的部分控制在10mm 左右，半截棱柱體中心與壓板中心差始終穩(wěn)定在±0.5mm 以?xún)?nèi)，以（2400±200）N/s 的速率持續(xù)進(jìn)行加載，期間觀(guān)察試件的狀態(tài)，待試件破壞后結(jié)束試驗(yàn)，記錄各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（2）流動(dòng)度試驗(yàn)。提起試模，按每秒鐘跳1 次的頻率進(jìn)行25 次跳動(dòng)，測(cè)量膠砂底面兩個(gè)垂直方向的直徑，將基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算而得的平均值作為最終的流動(dòng)度測(cè)定結(jié)果。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

PCM 的工作性能隨著原材料摻量的變化而發(fā)生改變，按上述提及的方法進(jìn)行試驗(yàn)后，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果研究各原材料摻量對(duì)PCM工作性能的影響，具體如下：

4.1 礦粉、微珠摻量

按照不同的礦粉、微珠摻量制備5 種試件（P1～P5），除礦粉、微珠兩者的摻量有所調(diào)整外，水泥、AC1 砂等原材料的用量均保持一致，各組試件的配合比，如表1所示。

表1 P1～P5 高性能PCM試件的配合比

根據(jù)P1～P5 試件的試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果可知，PCM 的3d、7d、28d 抗壓、抗折強(qiáng)度及流動(dòng)度均隨著礦粉摻量的降低、微珠摻量的增加而提高。

4.2 減水劑

按照是否摻入減水劑，制備2 組試件（P6 試件，減水劑摻量為0；P7 試件，減水劑摻量為27%），配合比如表2所示。

表2 P6、P7 高性能PCM試件的配合比

根據(jù)P6、P7 試件的試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果可知，PCM的3d、7d、28d 抗壓、抗折強(qiáng)度及流動(dòng)度均由于摻入減水劑而提高。

4.3 纖維素醚與淀粉醚

按照不同的纖維素醚與淀粉醚摻量制備5 種試件（P8～P12），水泥、AC1 砂等原材料的用量均保持一致，各組試件的配合比，如表3 所示。

表3 P8～P12 高性能PCM試件的配合比

根據(jù)P8～P12 試件的試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果可知，PCM 的3d、7d、28d 抗壓、抗折強(qiáng)度均由于纖維素醚與淀粉醚摻量的增加而提高，但流動(dòng)度降低。

4.4 聚乙烯醇

按照不同的聚乙烯醇摻量制備6 種試件（P13～P18），水泥、AC1 砂等原材料的用量均保持一致，各組試件的配合比，如表4 所示。

表4 P13～P18 高性能PCM試件的配合比

根據(jù)P13～P18 試件的檢測(cè)結(jié)果可知，增加聚乙烯醇摻量后，PCM的3d、7d、28d 抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度均呈現(xiàn)階段性的變化規(guī)律，前期增加，后期減小，流動(dòng)度隨著摻量的增加而持續(xù)降低。若要提高PCM的抗壓、抗折強(qiáng)度，可以摻入聚乙烯醇，但必須控制好此類(lèi)材料的摻量，若過(guò)度摻入，反而會(huì)導(dǎo)致抗壓、抗折強(qiáng)度降低，且會(huì)導(dǎo)致PCM的流動(dòng)度不達(dá)標(biāo)，通常其摻量超過(guò)S105 礦粉摻量的14%則視為過(guò)量。

5 結(jié)論

（1）增加微珠的摻量，降低礦粉的摻量，PCM的抗壓、抗折強(qiáng)度及流動(dòng)度均具有逐步提高的變化趨勢(shì)；增加纖維素醚和淀粉醚的摻量，抗壓、抗折強(qiáng)度提高，流動(dòng)度降低；是否摻入減水劑對(duì)PCM性能也有影響，抗壓、抗折強(qiáng)度及流動(dòng)度將由于摻入減水劑而提高。

（2）聚乙烯醇對(duì)PCM的抗壓、抗折強(qiáng)度的影響具有階段性的變化，隨著該類(lèi)材料摻量的逐步增加，兩項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)均具有前期提高、后期降低的變化趨勢(shì)；過(guò)量摻入聚乙烯醇反而會(huì)影響PCM的性能，通常其摻量超過(guò)S105 礦粉摻量的14%時(shí)視為過(guò)量，為充分發(fā)揮出聚乙烯醇的性能優(yōu)勢(shì)，可以將S105 礦粉摻量的14%作為該類(lèi)材料的最佳摻量。對(duì)于PCM的流動(dòng)度，則會(huì)隨著聚乙烯醇摻量的增加而降低。

（3）根據(jù)各類(lèi)材料在不同摻量時(shí)對(duì)PCM性能的影響規(guī)律，提出如下提升PCM性能的材料摻量控制思路：增加微珠、纖維素醚、淀粉醚、聚乙烯醇的摻量，減少礦粉的摻量，并適當(dāng)摻入減水劑，改善PCM的工作性能，但以聚乙烯醇較為特殊，由于其摻量超過(guò)S105 礦粉摻量的14%時(shí)將產(chǎn)生負(fù)面影響，因此實(shí)際摻量按S105 礦粉摻量的14%進(jìn)行控制最佳。添加劑作為改善混合料性能的外加材料，在合理控制用量后，將緩解砂漿流動(dòng)度差、強(qiáng)度低的問(wèn)題。