可再分散乳膠粉含量對裝配式渠道連接水泥砂漿性能的影響

2024-03-08 03:28:36王圓圓

水利科學與寒區工程 2024年1期

王圓圓

(河北省子牙河河務中心，河北衡水 053000)

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

此次研究的是小型裝配式渠道用聚合物改性水泥砂漿，是將水泥、硅粉、砂、可再分散乳膠粉、消泡劑等混合制作成的兼有高效性、質量高、能耗低的水泥砂漿，以便滿足裝配式渠道施工過程中的快速回填、盡快投入使用的需求，提高工程的經濟性。因此，試驗材料主要包括水泥、硅粉、砂、可再分散乳膠粉、消泡劑、早強減水劑和水。

試驗用水泥為P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，經測定其初凝時間為178 min，終凝時間為225 min；28d抗壓強度和抗折強度分別為51.0 MPa和8.5 MPa；試驗用硅粉為朗天牌硅粉，經檢驗其各項指標均滿足《水泥化學分析方法》(GB/T 176—2017)標準要求；試驗用砂為天然河砂，其表觀密度為2640 kg/m3，含泥量<2%，細度模數3.54，為中砂；試驗用硅粉為瓦克5020 N可再分散乳膠粉，其固含量為98%，堆積密度為450 g/L；由于乳膠粉為表面活性劑，在攪拌過程中更容易產生泡沫，因此，需要加入一定量的消泡劑。此次試驗采用的是有機硅類聚醚改性有機硅消泡劑，其外觀為白色到微黃色顆粒，消泡時間>10 s；試驗用早強減水劑為灰霸牌混凝土早強減水劑，減水率為20%；試驗用水為普通自來水。

1.2 試驗配合比和方案設計

為滿足裝配式渠道施工需要，研究中配置的是強度等級M25的水泥砂漿[1]。由于試驗中的影響因素眾多，如果充分考慮各種因素之間的交叉影響，試驗的工作量將十分龐大，從而導致試驗成本非常高[2]。基于此，此次試驗首先按照《砌筑砂漿配合比設計規程》(JGJ/T 98—2010)的相關要求，獲取M25得基準配合比，然后，固定砂漿的水灰比，采用硅粉內摻的方式等量替代砂漿中的水泥，再以膠凝材料用量為基準，確定0%、1%、2%、3%、4%、5%等6種不同的可再分散乳膠粉摻量水平，設計出如表1所示的試驗方案和材料用量表。

表1 試驗方案設計(每方砂漿材料實際用量) kg

1.3 試驗方法

試件的制作嚴格按照相關標準執行，每個方案制作3塊棱長為70 mm的正方體試件，一共需要制作5組15個試件。在制作過程中，首先對不同試驗方案下的水泥砂漿進行保水性和流動性試驗，然后，對每組砂漿試塊和7 d齡期的抗壓強度、抗折強度、黏結強度和抗裂性能進行測定，并做好相應試驗數據的記錄和整理工作，通過對試驗數據的分析，獲得可再分散乳膠粉含量對裝配式渠道連接水泥砂漿性能的影響，并結合試驗結論提出有益的工程建議[3]。

2 試驗結果與分析

2.1 工作性能

保水性和流動性是聚合物砂漿工作性能的重要指標，雖然，影響砂漿保水效果和流動性的因素較多，但是，此次試驗在室內進行，聚合物采用的是可分散性乳膠粉，因此，摻量就成為主要影響因素[4]。根據試驗匯總獲取的數據，計算獲取如表2所示的不同試驗方案下的砂漿保水率和流動度。由表中的試驗結果可以看出，水泥砂漿的稠度隨著可分散乳膠粉摻量的增大而減小，且減小的幅度不斷增大。究其原因，聚合物在水解之形成的膜物質可以互相搭接形成網狀結構，影響砂漿的稠度和流動性。因此，過量添加可再分散乳膠粉會顯著影響砂漿的和易性；從保水率的試驗結果來看，隨著可再分散乳膠粉摻量的增加，砂漿的保水率不斷提高，但是，提高的速率逐漸趨緩。究其原因，主要是可再分散乳膠粉可以發生水合反應，使砂漿中的游離水分子轉變為結合水分子，有效抑制了砂漿中水分的蒸發和流失，保證水泥砂漿后期充足的水化用水。結合稠度和保水率的試驗結果，可再生乳膠粉的摻量以3%為宜。

表2 不同試驗方案砂漿保水率和稠度試驗結果

2.2 力學性能

對試驗中獲取的試塊7 d抗壓強度、抗折強度和黏結強度進行整理，繪制出如圖1所示的力學性能隨乳膠粉摻量的變化曲線。由圖可知，可再分散乳膠粉的摻量對砂漿的抗壓強度和抗折強度存在比較明顯的影響，從試驗結果來看，當再分散乳膠粉的摻量不超過3%時，砂漿的抗壓強度和抗折強度隨著可再分散乳膠粉的摻量的增加而增大，并在摻量為3%時達到最大值。當再分散乳膠粉的摻量超過3%時，砂漿的抗壓強度和抗折強度隨著可再分散乳膠粉的摻量的增加而減小。究其原因，主要是乳膠粉聚合物在水解之后形成的框架體系可以和水泥水化后形成的顆粒相互嵌套，提高了砂漿的力學性能。但是，如果在砂漿中過量摻入分散乳膠粉，一方面過高的保水性會造成砂漿內部的水分積聚過多，而這些水分蒸發之后會形成一些微小的孔洞；另一方面，由于乳膠粉本身具有引氣效果，也會造成砂漿內部孔洞出現。從黏結強度來看，其會隨著乳膠粉摻量的增加為不斷增大，但是在摻量>3%時其增加速率明顯趨緩。究其原因，主要是乳膠粉水解后會在黏結部位形成聚合物薄膜提高砂漿和基底的黏結強度，但是，過量摻加對黏結強度的提高效果不明顯。

圖1 砂漿力學性能隨乳膠粉摻量變化曲線

2.3 抗裂性能

根據試驗數據，計算獲取不同試驗方案試件的相對開裂指數，并繪制出如圖2所示的相對開裂指數隨乳膠粉摻量的變化曲線。由圖可以看出，砂漿的相對開裂指數隨著乳膠粉摻量的增加呈現出先迅速減小，后逐漸趨于穩定的變化特點。具體來看，當乳膠粉摻量<3%時，相對開裂指數的減小比較迅速，>3%時，減小的幅度較為有限。究其原因，在砂漿中摻入一定量的可再分散乳膠粉，其在水解之后形成的薄膜可以包裹在水泥水化物顆粒的表面，從而將這些顆粒有效粘附在一起，從而起到有效的“架橋”作用，從而有效吸收或抑制砂漿開裂的形成和發展。