朱 燕，孫 悅，梅 華

（南通職業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院， 江蘇 南通 226007）

江蘇南通位于黃海南部，長(zhǎng)江入?？跂|岸，擁有海岸線210 km，海岸帶面積1.3 萬(wàn)km2，是長(zhǎng)江三角洲地區(qū)重要的港口城市，擁有大量的沿海建筑及海堤工程。經(jīng)實(shí)際使用發(fā)現(xiàn)，工程中時(shí)常有混凝土表面強(qiáng)度偏低、混凝土裂縫等問(wèn)題出現(xiàn)?；炷林械乃噘|(zhì)量不過(guò)關(guān)、外摻料中雜質(zhì)較多、混凝土配合比設(shè)計(jì)不合理、混凝土在運(yùn)輸及澆筑過(guò)程中不規(guī)范操作等，均會(huì)導(dǎo)致混凝土表面強(qiáng)度降低，造成混凝土表面起粉，產(chǎn)生“蜂窩麻面”；而混凝土凝結(jié)硬化之前表面水分蒸發(fā)過(guò)快、混凝土內(nèi)部水化熱過(guò)大、混凝土配筋率偏低、混凝土養(yǎng)護(hù)條件欠缺等問(wèn)題的出現(xiàn)則會(huì)導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)裂縫。諸多研究成果表明[1-3]，高分子聚合物（如丙烯酸、環(huán)氧樹(shù)脂、硅酸乙酯、有機(jī)硅樹(shù)脂、聚氨酯等一種或者多種材料的混合物）可顯著降低混凝土吸水率，增強(qiáng)抗碳化性能，提高混凝土的抗氯離子滲透性、耐老化性，解決混凝土表面強(qiáng)度偏低及表面裂縫的問(wèn)題，有效提高海堤工程混凝土的耐久性。

本文以丙烯酸酯共聚乳液為基礎(chǔ)原液，加入不同摻量的硫酸鈉、滑石粉、成膜助劑和消泡劑等材料，通過(guò)混凝土回彈強(qiáng)度試驗(yàn)確定各組成成分的摻入比例，得到高分子聚合物混凝土表面增強(qiáng)劑的最佳配比。

1 試驗(yàn)方案

1.1 原材料

丙烯酸酯共聚乳液：深圳市吉田化工有限公司生產(chǎn)的E0503-X 水性丙烯酸酯乳液，pH 值為5~7，乳白色藍(lán)光液體，固含量為37 %，黏度為1 200~1 600 CPS。

硫酸鈉：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)，主要成分為 Na2SO4，pH 值為 5.0~8.0，固含量≥99.0 %。

滑石粉：主要成分 SiO2和 MgO2，其中 SiO2含量為60 %，MgO2含量為31 %，水含量為9 %，白色粉末狀，細(xì)度325，燒失量6 %。

成膜劑：潤(rùn)宏化工生產(chǎn)的成膜助劑，主要成分為十二碳醇酯，含量大于99.0 %。

消泡劑：蘭蒂斯工業(yè)生產(chǎn)的聚醚改性消泡劑，乳白色水性液體，密度1.01±0.02 kg/m3。

水泥：南通華新水泥有限公司生產(chǎn)，標(biāo)號(hào)為42.5 的普通硅酸鹽水泥[4]。

粗骨料：天然碎石，粒徑為5～30 mm，表觀密度為 2 700 kg/m3。

細(xì)骨料：取自本地河砂，細(xì)度模數(shù)Mf=2.78，表觀密度為2 650 kg/m3。

減水劑：江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的PCA（I）聚羧酸類(lèi)高效減水劑，減水效率為25 %，摻量為水泥質(zhì)量的1 %[4]。

1.2 試驗(yàn)方法

混凝土回彈強(qiáng)度試驗(yàn)：為排除自身強(qiáng)度發(fā)展對(duì)混凝土表面強(qiáng)度的影響[5]，以養(yǎng)護(hù)成型超過(guò)1 年的C30 混凝土結(jié)構(gòu)試件（2 m×0.5 m×0.5 m素混凝土梁）為試驗(yàn)對(duì)象，按照《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 23-2011）中的試驗(yàn)方法進(jìn)行混凝土回彈強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)儀器選用上海樂(lè)傲儀器有限公司生產(chǎn)的ZBL-S201 型數(shù)顯回彈儀。試驗(yàn)時(shí)，始終將回彈儀的軸線垂直于混凝土的檢測(cè)面進(jìn)行水平彈擊，將測(cè)區(qū)中16 個(gè)回彈值去除3 個(gè)最大值和3 個(gè)最小值，以平均回彈值Rm 表示混凝土的表面強(qiáng)度。

高分子聚合物混凝土表面增強(qiáng)劑的添加工藝為：采用人工涂抹方式，涂抹前先用普通砂紙將混凝土結(jié)構(gòu)試件表面打磨光滑，再用樹(shù)脂刷將表面增強(qiáng)劑分2 次均勻涂抹在混凝土結(jié)構(gòu)試件表面，前后間隔20 min，每次涂抹厚度約0.5 mm，使混凝土結(jié)構(gòu)試件表面始終保持濕潤(rùn)狀態(tài)，涂抹厚度最終控制在0.8~1.2 mm，涂抹用量為1~2 kg/m2。

1.3 配合比設(shè)計(jì)

以丙烯酸酯共聚乳液原有的固含量為基礎(chǔ)，加水稀釋成固含量為5 %和10 %的液體，依次加入硫酸鈉（摻量為1 %、3 %、5 %），滑石粉（摻量為1 %、3 %、5 %），成膜助劑和消泡劑（摻量均為0.2 %、0.4 %、0.6 %）等材料混合，將高分子聚合物乳液涂抹至混凝土表面，測(cè)定養(yǎng)護(hù)齡期為1 d、7 d、14 d、28 d、56 d 時(shí)的回彈強(qiáng)度，以此確定高分子聚合物混凝土表面增強(qiáng)劑中各組成成分的最優(yōu)摻量，得到最佳配合比。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 高分子聚合物對(duì)混凝土表面強(qiáng)度的影響

首先，測(cè)定混凝土表面的初始回彈值，然后分別將固含量為5 %和10 %的丙烯酸酯共聚乳液涂抹在混凝土結(jié)構(gòu)試件表面，分別測(cè)定其在自然條件下養(yǎng)護(hù) 1 d、7 d、14 d、28 d、56 d 時(shí)的混凝土回彈數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 丙烯酸酯共聚乳液涂抹混凝土表面的回彈值

將混凝土表面強(qiáng)度增長(zhǎng)率定義為涂抹丙烯酸酯共聚乳液的混凝土表面強(qiáng)度回彈值與混凝土表面強(qiáng)度初始回彈值之間的比值，則其隨著養(yǎng)護(hù)齡期變化的情況如圖1 所示。

圖1 齡期對(duì)丙烯酸酯共聚乳液表面強(qiáng)度增長(zhǎng)率的影響

由圖1 可知，經(jīng)丙烯酸酯共聚乳液涂抹后，混凝土結(jié)構(gòu)試件表面強(qiáng)度增長(zhǎng)率隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加而逐漸提高。涂抹丙烯酸酯共聚乳液固含量5%的混凝土，表面強(qiáng)度增長(zhǎng)率逐漸穩(wěn)定，28 d 后停止增長(zhǎng)，56 d 的表面強(qiáng)度增長(zhǎng)率為4.58 %；涂抹丙烯酸酯共聚乳液固含量10 %的混凝土，56 d 的表面強(qiáng)度增長(zhǎng)率為5.46 %。由此可見(jiàn)，僅在混凝土表面涂抹丙烯酸酯共聚乳液無(wú)法大幅度提高其表面強(qiáng)度，需要對(duì)高分子聚合物混凝土表面增強(qiáng)劑做改性分析。

2.2 硫酸鈉摻量對(duì)高分子聚合物混凝土表面增強(qiáng)劑作用效果的影響

宋哲[6]等人研究表明，硫酸鈉與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣進(jìn)一步反應(yīng)，生成的沉淀物可填充混凝土中的孔隙，提高混凝土的密實(shí)性。為進(jìn)一步改善混凝土的表面強(qiáng)度，向丙烯酸酯共聚乳液中摻入硫酸鈉，利用混凝土回彈試驗(yàn)確定硫酸鈉的最佳摻量。

首先測(cè)定混凝土表面的初始回彈值，然后向固含量為5 %和10 %的丙烯酸酯共聚乳液中分別摻入1 %、3 %、5 %的硫酸鈉，將其涂抹在混凝土結(jié)構(gòu)試件的表面，分別測(cè)定其在自然條件下養(yǎng)護(hù) 1 d、7 d、14 d、28 d、56 d 時(shí)的混凝土回彈數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2 和圖2。

表2 硫酸鈉改性丙烯酸酯共聚乳液的混凝土表面回彈值

圖2 硫酸鈉摻量對(duì)表面強(qiáng)度增長(zhǎng)率的影響

從圖2（a）可以看出，當(dāng)涂抹固含量5 %的丙烯酸酯共聚乳液，外加不同摻量硫酸鈉時(shí)，其混凝土表面強(qiáng)度增長(zhǎng)率隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加而逐漸提高，并最終趨于穩(wěn)定。其中，硫酸鈉摻量為5 %的混凝土表面強(qiáng)度增長(zhǎng)率最為突出，56 d 的強(qiáng)度增長(zhǎng)率接近8.40 %，比未摻硫酸鈉的56 d 強(qiáng)度增長(zhǎng)率高3.82 %（表1）。從圖2（b）可以看出，當(dāng)涂抹固含量10 %的丙烯酸酯共聚乳液，外加不同摻量硫酸鈉時(shí)，其混凝土表面強(qiáng)度增長(zhǎng)率也存在類(lèi)似規(guī)律，且硫酸鈉摻量為3%的混凝土表面強(qiáng)度增長(zhǎng)率最為顯著，56 d 的強(qiáng)度增長(zhǎng)率接近12.06 %，比未摻硫酸鈉的56 d 強(qiáng)度增長(zhǎng)率高6.60 %（表1）。

綜合比較圖 2（a）和（b）可知，涂抹 10 %丙烯酸酯共聚乳液，外加3 %硫酸鈉的混凝土，其表面強(qiáng)度增長(zhǎng)率最為顯著，在6 種摻量中的數(shù)值最大，且明顯高于未摻硫酸鈉的情況。因此，適量外摻硫酸鈉能夠提高混凝土的表面強(qiáng)度，且丙烯酸酯共聚乳液固含量10 %、硫酸鈉摻量3 %的混合溶液對(duì)混凝土表面強(qiáng)度的增強(qiáng)效果最優(yōu)。

2.3 滑石粉摻量對(duì)高分子聚合物混凝土表面增強(qiáng)劑作用效果的影響

王國(guó)榮[7-8]等人研究表明，滑石粉經(jīng)高分子聚合乳液包裹后，能顯著提高聚合乳液的抗沖擊能力和抗拉伸能力，從而提高成膜的彎曲剛度及附著能力，并且滑石粉不會(huì)與硫酸鈉產(chǎn)生任何化學(xué)反應(yīng)，所以在高分子聚合乳液混凝土表面增強(qiáng)劑中添加滑石粉，進(jìn)一步分析其最優(yōu)配比。

首先測(cè)定混凝土表面的初始回彈值，然后以表2 的B-2 為基礎(chǔ)配比溶液，向其分別摻入1 %、3 %、5 %的滑石粉，將其涂抹在混凝土結(jié)構(gòu)試件的表面，分別測(cè)定其在自然條件下養(yǎng)護(hù)1 d、7 d、14 d、28 d、56 d 時(shí)的混凝土回彈數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3 和圖3。

表3 滑石粉改性丙烯酸酯共聚乳液的混凝土表面回彈值

圖3 滑石粉摻量對(duì)表面強(qiáng)度增長(zhǎng)率的影響

從圖3 可以看出，當(dāng)涂抹10 %丙烯酸酯共聚乳液、摻入3 %硫酸鈉，外摻不同摻量的滑石粉時(shí)，其混凝土表面強(qiáng)度增長(zhǎng)率隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加而穩(wěn)步增長(zhǎng)。滑石粉摻量為3 %時(shí)，混凝土表面強(qiáng)度增長(zhǎng)最為顯著，56 d 的強(qiáng)度增長(zhǎng)率為13.39%，比未摻滑石粉的56 d 強(qiáng)度增長(zhǎng)率高出1.30 %（表2）。由此可見(jiàn)，滑石粉摻入丙烯酸酯共聚乳液中可提高混凝土表面強(qiáng)度，且丙烯酸酯共聚乳液固含量10%、外摻硫酸鈉3 %和滑石粉3 %的混合溶液對(duì)混凝土表面強(qiáng)度的增強(qiáng)效果最優(yōu)。

2.4 成膜助劑和消泡劑摻量對(duì)高分子聚合物混凝土表面增強(qiáng)劑作用效果的影響

于國(guó)玲[9-10]等人研究表明：成膜助劑可有效改善乳膠粒子的黏聚性和流動(dòng)性，提高成膜的速度；消泡劑可降低泡沫表面張力，抑制或消除泡沫產(chǎn)生，提高乳液的分散性和穩(wěn)定性。因此選擇將成膜助劑和消泡劑摻入高分子聚合物混凝土表面增強(qiáng)劑中，進(jìn)一步分析其最優(yōu)配比。

首先，測(cè)定混凝土表面的初始回彈值，然后以表3 的B-2-2 為基礎(chǔ)配比溶液，考慮市場(chǎng)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性，向其分別摻入0.2 %、0.4 %、0.6 %的成膜助劑和消泡劑（成膜助劑和消泡劑摻量相同），將其涂抹在混凝土結(jié)構(gòu)試件的表面，分別測(cè)定其在自然條件下養(yǎng)護(hù) 1 d、7 d、14 d、28 d、56 d 時(shí)的混凝土回彈數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果如表4 和圖4 所示。

圖4 成膜助劑和消泡劑摻量對(duì)表面強(qiáng)度增長(zhǎng)率的影響

表4 成膜助劑和消泡劑改性丙烯酸酯共聚乳液的混凝土表面回彈值

從圖4 可以看出，當(dāng)涂抹10 %丙烯酸酯共聚乳液、摻入3 %硫酸鈉及3 %滑石粉，外摻不同摻量的成膜助劑和消泡劑時(shí)，其混凝土表面強(qiáng)度增長(zhǎng)率隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加也逐漸上升。當(dāng)成膜助劑和消泡劑的摻量均為0.6 %時(shí)，混凝土表面強(qiáng)度增長(zhǎng)最為顯著，56 d 的強(qiáng)度增長(zhǎng)率為16.48 %，比未摻成膜助劑和消泡劑的56 d 強(qiáng)度增長(zhǎng)率高3.12 %（表3）。由此可見(jiàn)，成膜助劑和消泡劑摻入丙烯酸酯共聚乳液可提高混凝土表面強(qiáng)度。丙烯酸酯共聚乳液固含量10 %、硫酸鈉摻量3 %、滑石粉摻量3 %、成膜助劑和消泡劑的摻量0.6 %的混合溶液對(duì)混凝土表面強(qiáng)度的增強(qiáng)效果最優(yōu)。

3 結(jié) 論

通過(guò)回彈試驗(yàn)研究了丙烯酸酯共聚乳液中加入不同摻量的硫酸鈉、滑石粉、成膜助劑和消泡劑等對(duì)混凝土表面強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：摻入適量的硫酸鈉、滑石粉、成膜助劑和消泡劑可以有效提高混凝土的表面強(qiáng)度，高分子聚合物混凝土表面增強(qiáng)劑的最優(yōu)配合比為：10 %丙烯酸酯共聚乳液、3 %硫酸鈉、3 %滑石粉、0.6 %成膜助劑和0.6 %消泡劑。