施洪亮

南通市建筑科學(xué)研究院有限公司，江蘇南通 226002

1 聚合物改性水泥砂漿性能研究進(jìn)展

聚合物乳液或者是聚合物干粉均具備減水的性能，當(dāng)然減水率也會(huì)隨著聚合物摻和量的加大而提升。研究表明，乳液改性水泥會(huì)將的流動(dòng)性發(fā)生變化，改性灰漿則呈現(xiàn)出來(lái)的是較為顯著的剪切變稀以及搖溶性的流變方式。王培銘等主要研究的是丁苯與聚合物干粉對(duì)于新拌砂漿保水率因素的影響，相應(yīng)的結(jié)果顯示，丁苯乳液具備優(yōu)良的保水性能，在聚灰比例加大而逐步的呈現(xiàn)出來(lái)單增的現(xiàn)象。在聚合物摻入量是7.5%的時(shí)候，保水率已經(jīng)趨于98%，逐步加大丁苯摻入的量，隨即寶水量的增長(zhǎng)而變??；羥乙基甲基纖維素醚可以有效地加大砂漿的保水性。另外，可再分散乳膠也可以有效地提升新拌砂漿自身的保水性能，在將可再分散乳膠粉和羥乙基甲基纖維素醚混和在一起的時(shí)候，砂漿自身的保水性也會(huì)更優(yōu)越一些。聚合物乳液或者是干粉改性的時(shí)候，其所具備的作用就是表面活性劑，可以很好地在砂漿之中來(lái)將諸多的氣泡引入進(jìn)來(lái)。

2 試驗(yàn)原材料

2.1 水泥和礦物摻和料

本次試驗(yàn)主要運(yùn)用的普通硅酸鹽水泥，在工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，硅灰則是其中的副產(chǎn)品，主要包括硅鐵、金屬硅以及高爐礦渣。研究主要運(yùn)用的材料的具備相應(yīng)的物理化學(xué)性能，具體見(jiàn)表1。

表1 水泥、礦渣以及硅灰的物理化學(xué)特性

2.2 聚合物

在選擇聚合物的時(shí)候，主要運(yùn)用的是EVA、PAE與SBR聚合物乳液，并且運(yùn)用有機(jī)硅乳液來(lái)作為其中的分散劑。聚合物乳液的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 聚合物各項(xiàng)性能指標(biāo)

2.3 細(xì)集料

細(xì)集料主要選用的是河砂，其中最大粒徑在1.2mm，其自身的細(xì)度模數(shù)是2.40，具體的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 砂技術(shù)指標(biāo)

3 試驗(yàn)方法

（1） 強(qiáng)度性能。試件養(yǎng)護(hù)的溫度在（20±2） ℃，在試件成型之后需要運(yùn)用薄膜來(lái)進(jìn)行試件表面的覆蓋工作，時(shí)間為7d。之后在濕度是（60±5） %的情況下來(lái)進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，時(shí)間則是28d，嚴(yán)格遵照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》所測(cè)試的各個(gè)齡期的抗折和抗壓的強(qiáng)度。

（2） 透水性能。運(yùn)用常水頭滲透系數(shù)測(cè)試儀來(lái)測(cè)試相應(yīng)的滲透系數(shù)，在這之中，試件的尺寸則主要為15cm×15cm的圓柱體。

（3） 表面功能性。依照具體的配合比所成型的30cm×30cm×5cm的車轍板，其主要運(yùn)用的是鋪砂法來(lái)進(jìn)行車轍板試件構(gòu)造深度的測(cè)試，主要運(yùn)用的是擺式路面摩擦系數(shù)測(cè)定儀測(cè)試試件表面抗滑摩擦具體的擺值。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 礦物摻合料對(duì)PMPC強(qiáng)度性能及透水性能的影響

試驗(yàn)基準(zhǔn)配合比見(jiàn)表4。由表4可知，其主要運(yùn)用的是2%～10%摻量的硅灰以及5%～15%摻量的粉煤灰等來(lái)替代水泥。針對(duì)摻量礦物摻合料影響到聚合物改性多孔水泥混凝土強(qiáng)度與透水性的程度可以看出來(lái)，兩類礦物摻和料代替了水泥，PMPC的28d強(qiáng)度得到了很大的提升。粉煤灰摻量為10%或者是硅灰摻量為6%的時(shí)候，PMPC自身的強(qiáng)度性能可以有較大提升。在28d，抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到了23.47MPa，其28d抗折強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到了5.2、5.9MPa。

表4 試驗(yàn)基準(zhǔn)配合比

究其原因，主要是由于和水泥相比較粉煤灰 （2.10g/cm3） 與硅灰 （2.23g/cm3） 的密度都要比較 （3.10g/cm3） 小，也就是說(shuō)，相同質(zhì)量代替水泥，事實(shí)上會(huì)加大膠凝材料漿體的體積，確保硬化漿體膜的厚度變大，進(jìn)而增加集料自身接觸點(diǎn)的范圍；粉煤灰與硅灰的微集料添加的作用，相應(yīng)的縮減了水泥石自身毛細(xì)孔之間的間隙，同時(shí)也會(huì)進(jìn)一步提升混凝土自身的強(qiáng)度。粉煤灰雖然活性不足，但是其中水泥的密度則是70%，相同質(zhì)量代替5%～15%水泥之后，漿體的體積也會(huì)隨即加大5%～10%之間，所以添加相應(yīng)量粉煤灰的PMPC7d強(qiáng)度也會(huì)相應(yīng)的加大，之后的強(qiáng)度也會(huì)進(jìn)一步得到提升。對(duì)比分析28d強(qiáng)度和7d強(qiáng)度，明顯要高出30%～50%。針對(duì)硅灰而言，其表面積已經(jīng)達(dá)到了18000m2/kg，也具備優(yōu)良的微填充作用，可以進(jìn)一步的加大集料等各個(gè)結(jié)構(gòu)單元之間接觸范圍。

PMPC中添加相應(yīng)量的硅灰或者是粉煤灰，對(duì)于混凝土的滲透系數(shù)與孔隙率而言都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的影響。會(huì)加大漿體的體積，混凝土的孔隙率會(huì)隨即減小，相應(yīng)的滲透系數(shù)也會(huì)變小。

4.2 礦物摻合料對(duì)PMPC表面功能的影響

摻入適量的硅灰與粉煤灰，對(duì)于PMPC表面構(gòu)造深度和抗滑系數(shù)的影響十分明顯，隨著硅灰與粉煤灰取代水泥量的加大，其抗滑擺值與表面構(gòu)造深度隨即降低，在運(yùn)用10%的粉煤灰或者是6%硅灰的時(shí)候，PMPC表面構(gòu)造深度在1mm之上，其表面抗滑擺值在40BPN之上，與《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》之中的對(duì)于表面功能性的規(guī)范基本保持一致。

4.3 PMPC的結(jié)構(gòu)模型

由開(kāi)級(jí)配的粗集料和相應(yīng)量的細(xì)集料組成PMPC的結(jié)構(gòu)骨架，該結(jié)構(gòu)可以看做是由其表面包裹了相應(yīng)厚度凝膠材料漿體的粗集料堆砌在一起，礦物摻合料與細(xì)集料相互填充在一起之后所形成的大孔之中所組建的聚集體，摻入的礦物摻和料可以進(jìn)一步強(qiáng)化集料之中各個(gè)顆粒之間接觸，混凝土依舊留有充分的連通孔隙，可進(jìn)一步增加混凝土自身的強(qiáng)度。

對(duì)于多孔混凝土而言，其自身的強(qiáng)度并不是簡(jiǎn)單的由結(jié)構(gòu)單元強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行決定的，其主要看的是結(jié)構(gòu)單元之間的黏結(jié)度。所以，PMPC材料的強(qiáng)度不能單純的依靠普通混凝土的膠集比與水灰比來(lái)實(shí)施，其主要運(yùn)用一類新型化的模型來(lái)體現(xiàn)，一類接觸元模型與結(jié)構(gòu)特征基本一致，其主要可以運(yùn)用式（1） 來(lái)進(jìn)行展現(xiàn)：

式中：R0——材料的強(qiáng)度；Ri——各個(gè)接觸點(diǎn)之間銜接的強(qiáng)度；Xi——接觸點(diǎn)面積；fi——接觸點(diǎn)部位的內(nèi)摩擦系數(shù)；Pi——接觸點(diǎn)部位的壓力。

上述模型具體可以解釋：雖然水泥石自身的抗壓強(qiáng)度相對(duì)較高，一般都保持在50MPa之上，但是因?yàn)镻MPC之中存在諸多的孔隙，各個(gè)接觸點(diǎn)的范圍相對(duì)較小，強(qiáng)度一般在10～30MPa之間，抗彎拉的強(qiáng)度則是在1.5～4.5MPa之間。在水泥自身級(jí)配不合理和聚合物用量相對(duì)較小的情況下，各個(gè)接觸點(diǎn)的范圍也會(huì)因此而變小，內(nèi)摩擦系數(shù)也需要進(jìn)一步的提升，使得PMPC的強(qiáng)度性能變小。配比適宜的集料級(jí)配、礦物摻合料摻量、聚合物以及水泥可確保PMPC自身的強(qiáng)度。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，聚合物改性水泥砂漿 （PMM） 是一類優(yōu)良的水泥混凝土修補(bǔ)的材料，其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在抗碳化性、抗氯離子滲透、吸水性較小、收縮率低以及粘結(jié)力性能良好。PMM之中的聚合物主要涵蓋單體、液體樹(shù)脂、水溶性聚合物、可再分散的聚合物粉末與乳膠，其中，乳膠改性砂漿則是目前最為常用的聚合物改性水泥砂漿。在PMM之中，聚合物與水泥水化產(chǎn)物相互之間形成了一種薄膜，并有效地將粗集料緊密的粘結(jié)在一起，并將相應(yīng)的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組建出來(lái)，在最大限度之上來(lái)充分的確保其具備很好的耐久性與力學(xué)性能。

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