邵國昀，劉紀(jì)偉（.江蘇省興化市交通運輸局，江蘇興化　5700；.蘇交科集團股份有限公司，江蘇南京　007）

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攪拌工藝對聚合物改性水泥基粘結(jié)材料性能的影響研究

邵國昀1，劉紀(jì)偉2
（1.江蘇省興化市交通運輸局，江蘇興化225700；2.蘇交科集團股份有限公司，江蘇南京210017）

摘要：研究了攪拌時間、攪拌速率對聚合物改性水泥基粘結(jié)材料結(jié)塊率、流變性能及粘結(jié)性能的影響。結(jié)果表明：在攪拌時間為240 s時，隨著攪拌速率的提高，試樣的結(jié)塊率呈降低趨勢，并在轉(zhuǎn)速高于1500 r/min后趨于穩(wěn)定，試樣的粘結(jié)強度呈現(xiàn)先提高后降低趨勢，并在轉(zhuǎn)速1500～1750 r/min時達到最大，且攪拌速率與漿體結(jié)塊率有較好的指數(shù)函數(shù)關(guān)系；在攪拌速率為1500 r/min時，隨著攪拌時間的延長，試樣的結(jié)塊率、屈服應(yīng)力呈現(xiàn)降低趨勢，塑性黏度呈現(xiàn)上升趨勢，且均在240 s后趨于穩(wěn)定，試樣的粘結(jié)強度呈現(xiàn)先上升后降低趨勢，并在240 s時達到最大，攪拌時間分別與結(jié)塊率、屈服應(yīng)力、塑性黏度均呈冪函數(shù)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：攪拌工藝；聚合物乳液；改性水泥凈漿；結(jié)塊率；流變性能；粘結(jié)性能

目前，多數(shù)混凝土工程已進入老化期或受損，在實際工程中無論是維修還是加固，均會不可避免的遇到新舊混凝土界面粘結(jié)問題[1-2]。界面粘結(jié)效果除受修補技術(shù)影響外，還會直接受到界面粘結(jié)材料性能的影響，可以說其性能的好壞會直接影響到修補效果[2-3]。目前，新舊混凝土界面粘結(jié)材料的種類繁多，可分為無機和無機-有機復(fù)合兩大類。常用的無機類粘結(jié)材料包括水泥凈漿、砂漿等，雖然成本較低，但該類粘結(jié)材料存在收縮、界面粘結(jié)處易開脫等缺陷，耐久性較差[4-5]；而無機-有機復(fù)合粘結(jié)材料不僅粘結(jié)性能優(yōu)，而且其收縮小，抗?jié)B、抗凍等耐久性較好[6-8]。

在無機-有機復(fù)合粘結(jié)材料中，應(yīng)用較為廣泛的是聚合物改性水泥基材料，而目前對聚合物改性水泥基粘結(jié)材料的研究主要集中在配合比設(shè)計、粘結(jié)強度、聚合物種類對水泥基材料的影響上[5，9-10]，對于攪拌工藝及設(shè)備對其性能影響的研究還未見報道，在JC/T 907—2002《混凝土界面處理劑》中對于界面劑的攪拌部分僅提到“用機械或手工攪拌均勻”，對于關(guān)乎漿體攪拌質(zhì)量的設(shè)備、時間、工藝均未說明。由此，本文主要研究了攪拌時間、攪拌設(shè)備及轉(zhuǎn)速對聚合物改性水泥基粘結(jié)材料結(jié)塊率、擴展度、流變性能及粘結(jié)性能的影響，以便為進一步深入研究及現(xiàn)場實際施工提供依據(jù)。

1　原材料及試驗方法

1.1原材料

P·O42.5級水泥，比表面積361.1m2/kg，江蘇磊達水泥有限公司生產(chǎn)；SD623改性羧基丁苯乳液，固含量51%，pH值7.8～10，25℃黏度35～150mPa·s，密度1.01 g/cm3，上海BASF有限公司生產(chǎn)。

1.2試驗方法

試驗中，m（乳液）∶m（水泥）=2∶3，單次攪拌量600 g；利用精密增力攪拌器（JJ-1型，轉(zhuǎn)速0～3000 r/min可調(diào)），控制攪拌時間為240 s，研究攪拌速率對聚合物改性水泥基粘結(jié)材料結(jié)塊率、粘結(jié)性能的影響；然后通過固定優(yōu)選的攪拌轉(zhuǎn)速，研究攪拌時間對聚合物改性水泥基粘結(jié)材料結(jié)塊率、流變性能、擴展度及粘結(jié)性能的影響。

凈漿流動度：依據(jù)GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》進行測試。

漿體的流變性能：參照GB/T 22235—2008《液體黏度的測定》，采用Brookfield R/S Plus旋轉(zhuǎn)流變儀進行測試，該儀器轉(zhuǎn)速程序如圖1所示。

圖1　剪切速率程序

結(jié)塊率：參照T0657—1993《乳化瀝青水泥拌合試驗》，將200 g漿體過1.18mm篩，以未通過篩孔的結(jié)塊與裝入的試樣總質(zhì)量的比值來表征試樣攪拌的結(jié)塊情況，計算公式見式（1）：

W=（m1-m2）/m（1）

式中：m1——篩和結(jié)塊總質(zhì)量，g；

m2——篩質(zhì)量，g；

m——倒入漿體質(zhì)量，g。

拉拔粘結(jié)強度：參照JC/T 984—2005《聚合物防水砂漿試驗規(guī)程》進行測試，基板改用表面平整、尺寸為300mm×300 mm×30mm的大理石板，具體步驟：采用硅酮密封材料制成長40mm×寬40mm×厚10mm的?？?，將成型模框放于基塊上，將制備好的聚合物改性水泥凈漿試樣倒入成型模框中抹平，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護24h后脫模，每組8塊，測試3d和7d拉拔粘結(jié)強度。

2　試驗結(jié)果與討論

2.1轉(zhuǎn)速對聚合物改性水泥基粘結(jié)材料性能的影響

2.1.1轉(zhuǎn)速對粘結(jié)材料結(jié)塊率的影響

控制攪拌時間為240 s，研究攪拌轉(zhuǎn)速對聚合物改性水泥基粘結(jié)材料結(jié)塊率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2　轉(zhuǎn)速對聚合物改性水泥基粘結(jié)材料結(jié)塊率的影響

由圖2可以看出：隨著轉(zhuǎn)速的提高，粘結(jié)材料的結(jié)塊率逐漸降低，轉(zhuǎn)速為750、1000、1500 r/min時粘結(jié)材料的結(jié)塊率較轉(zhuǎn)速為250 r/min時分別降低49.2%、73.6%、88.2%；當(dāng)轉(zhuǎn)速高于1500 r/min時，漿體內(nèi)部結(jié)塊率趨于穩(wěn)定，繼續(xù)增大轉(zhuǎn)速對漿體分散的改善效果不再明顯，當(dāng)轉(zhuǎn)速達到1750 r/min時，會形成強大的渦流，攪拌過程中引入較多氣泡，因此合理的轉(zhuǎn)速可以控制在1500～1750 r/min；且轉(zhuǎn)速r與結(jié)塊率W有著較好的指數(shù)對應(yīng)關(guān)系：

2.1.2轉(zhuǎn)速對粘結(jié)材料粘結(jié)性能的影響（見圖3）

圖3　轉(zhuǎn)速對聚合物改性水泥基粘結(jié)材料粘結(jié)強度的影響

由圖3可見，隨著轉(zhuǎn)速的提高，試樣的粘結(jié)強度呈現(xiàn)先提高后降低趨勢，在轉(zhuǎn)速為1500～1750 r/min時粘結(jié)強度達到最大，轉(zhuǎn)速為1500 r/min的試樣3 d、7 d粘結(jié)強度較轉(zhuǎn)速為1000 r/min的試樣分別提高18.5%、16.7%。這是由于攪拌采用槳式葉片，懸于攪拌容器底部，攪拌時通過轉(zhuǎn)速的提高在漿體中形成渦流，當(dāng)轉(zhuǎn)速過高（高于1750 r/min）時，會引入較多的氣泡，不利于粘結(jié)強度的改善。

綜上所述，在攪拌轉(zhuǎn)速為1500～1750 r/min時，聚合物改性水泥基粘結(jié)材料的分散性、拉拔粘結(jié)強度較好。

2.2攪拌時間對聚合物改性水泥基粘結(jié)材料性能的影響

2.2.1攪拌時間對粘結(jié)材料結(jié)塊率的影響

控制攪拌轉(zhuǎn)速為1500 r/min，研究攪拌時間對聚合物改性水泥基粘結(jié)材料結(jié)塊率的影響，結(jié)果見圖4。

圖4　攪拌時間對粘結(jié)材料結(jié)塊率的影響

由圖4可見：隨著攪拌時間的延長，試樣的結(jié)塊率呈現(xiàn)下降趨勢。與攪拌60 s時結(jié)塊率相比，攪拌120 s時漿體結(jié)塊率降低45.7%，攪拌至240 s時結(jié)塊率降低88.2%；當(dāng)攪拌時間大于240 s時，結(jié)塊率趨于穩(wěn)定。將測得的結(jié)塊率和攪拌時間進行擬合，結(jié)塊率W與攪拌時間t有著很好的冪函數(shù)關(guān)系：

2.2.2攪拌時間對漿體流變性能的影響

采用凈漿流動度和流變參數(shù)來表征攪拌時間對漿體流變性能的影響，其中流變參數(shù)包括塑性黏度和屈服應(yīng)力，測試結(jié)果見圖5、圖6。

圖5　攪拌時間對漿體流變參數(shù)的影響

由圖5可見，對于流變參數(shù)，隨著攪拌時間的延長，屈服應(yīng)力呈現(xiàn)遞減的趨勢，塑性黏度則相反，并在240 s后趨于穩(wěn)定，與攪拌60 s的試樣相比，攪拌240 s的試樣屈服應(yīng)力降低71.7%，塑性黏度上升44.9%。此外，屈服應(yīng)力σ、塑性黏度η與攪拌時間t呈冪函數(shù)關(guān)系：

圖6　攪拌時間對漿體流動度的影響

由圖6可見，對于流動度，攪拌120 s內(nèi)，隨攪拌時間的延長漿體的流動性呈增大趨勢，120 s以后攪拌時間對漿體流動度的影響不大，基本保持在190～195mm。這是由于：隨著攪拌時間的延長，內(nèi)部結(jié)塊率逐漸降低，一方面黏度增大，不利于漿體的流動（負效應(yīng)），另一方面屈服應(yīng)力減小，且攪拌過程中會引入氣泡，起到潤滑作用，有利于漿體的流動（正效應(yīng)），在攪拌初期正效應(yīng)大于負效應(yīng)，120 s以后正、負效應(yīng)基本抵消，因此在120 s以后漿體的流動性基本處于穩(wěn)定狀態(tài)[11]。

2.2.3攪拌時間對粘結(jié)材料粘結(jié)強度的影響（見圖7）

圖7　攪拌時間對粘結(jié)材料粘結(jié)強度的影響

由圖7可見，隨著攪拌時間的延長，試樣的粘結(jié)強度先提高后降低，在攪拌240s時達到最大，3 d、7 d粘結(jié)強度較攪拌60s的試樣分別提高37.5%、43.1%。這是由于隨著攪拌時間的延長，試樣的結(jié)塊率逐漸下降，分散性越來越好，有利于粘結(jié)強度的改善，但當(dāng)攪拌時間過長，由于攪拌過程會引入氣體，這對于粘結(jié)強度的改善是不利的，導(dǎo)致粘結(jié)強度呈現(xiàn)降低趨勢。

從以上研究結(jié)果可以看出，采用精密增力攪拌器拌制聚合物改性水泥凈漿粘結(jié)材料時，攪拌轉(zhuǎn)速宜控制在1500～1750 r/min，攪拌時間宜控制在240 s左右。

3　結(jié)論

（1）隨著攪拌速率的提高，試樣的結(jié)塊率降低，并在轉(zhuǎn)速高于1500 r/min后趨于穩(wěn)定；試樣的粘結(jié)強度先上升后降低，并在轉(zhuǎn)速為1500～1750 r/min時達到最大，且攪拌速率與漿體結(jié)塊率有較好的指數(shù)函數(shù)關(guān)系。與轉(zhuǎn)速為250 r/min的試樣相比，轉(zhuǎn)速為1500 r/min的試樣結(jié)塊率降低88.2%；與轉(zhuǎn)速為1000 r/min的試樣相比，轉(zhuǎn)速為1500 r/min試樣3d、7 d粘結(jié)強度分別提高18.5%、16.7%。

（2）隨著攪拌時間的延長，聚合物改性水泥基粘結(jié)材料的結(jié)塊率、屈服應(yīng)力呈現(xiàn)降低趨勢，塑性黏度呈現(xiàn)上升趨勢，并均在240 s后基本趨于穩(wěn)定，且攪拌時間與結(jié)塊率、屈服應(yīng)力、塑性黏度呈冪函數(shù)關(guān)系。與攪拌60s試樣相比，攪拌240s試樣的結(jié)塊率、屈服應(yīng)力分別降低88.2%、71.7%，塑性黏度上升44.9%。

（3）隨著攪拌時間的延長，試樣的粘結(jié)強度先提高后降低，并在240 s時達到最大。與攪拌60 s的試樣相比，攪拌240 s的試樣3 d、7 d粘結(jié)強度分別提高37.5%、43.1%。

（4）采用精密增力攪拌器拌制聚合物改性水泥凈漿粘結(jié)材料時，攪拌轉(zhuǎn)速宜控制在1500～1750 r/min，攪拌時間宜控制在240 s左右。

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Research on the effect of stirring process on the performance of the polymer modified cement paste bonding material

SHAO Guoyun1，LIU Jiwei2
（1.Xinghua City Transportation Bureau of Jiangsu，Xinghua 225700，China；2.JSTIGROUP，Nanjing 210017，China）

Abstract：The effect of stirring time and rate on the agglomeration rate，rheological property and bonding property of the polymer modified cement paste were researched.And the results show that when the stirring time is 240 s，with the increasing of the stirring rate，the agglomeration of the specimen shows a decreasing trend，and when the rotational speed reaches 1500 r/min the agglomeration rate tends to be stable，the bonding strength of the sample increased first and then decreased，and when the rotational speed is 1500～1750 r/min the bonding strength achieve the maximum，the stirring speed and slurry caking rate have the relation of exponential function.When the stirring rate is 1500 r/min，with the extending of the stirring time，the agglomeration rate，yield stress of the sample shows a decreasing trend，and the plastic viscosity shows a rising trend，and it would tend to be stable after 240 s，the bonding strength of the sample increased first and then reduced，and it would reach maximum at the time of 240 s. The stirring time have the power function relationship with agglomeration rate，yield stress and plastic viscosity.

Key words：stirring process，polymer emulsion，modified cement paste，agglomeration rate，rheological property，bonding property

作者簡介：邵國昀，男，1971年生，江蘇興化人，工程師。地址：江蘇省興化市長安南路1號，E-mail：1026315904@qq.com。

收稿日期：2015-07-15；

修訂日期：2015-08-24

中圖分類號：TU58

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-702X（2016）01-0014-04