劉 虎

(中鐵建科檢測有限公司，陜西 西安 710016）

混凝土作為目前應用最廣泛的建筑材料之一，在實際應用過程中，由于設計缺陷、施工管理控制不嚴以及惡劣的環(huán)境條件等多重因素，混凝土性能會逐漸喪失，尤其是在化學侵蝕環(huán)境中的結構物，實際使用壽命遠遠低于設計使用年限。若不采取加固措施，其結構強度會顯著降低，進而造成結構損壞[1]。因此對結構進行修復能很好的改善結構性能，提高建筑物的耐久性，減少維護費用，有著良好的經濟效益和社會效益。

向伸縮縫錨固復合材料中加入聚合物乳液可以提高砂漿的抗沖擊性、抗氯離子滲透性、抗凍性以及韌性[2]，在公路、橋梁伸縮縫的快速修補中經常使用?？焖傩扪a砂漿中摻入一定量的聚合物，可以在聚合物與水泥水化產物之間形成互穿的網狀結構，散布在砂漿內部空隙中，從而快速修復砂漿內部缺陷，因此，相較于普通快速修補砂漿，伸縮縫錨固復合材料的力學性能得到一定的改善，而改善程度的大小，取決于聚合物乳液的種類及其摻量[3]。本文在快速修補材料中分別摻加性能穩(wěn)定的丁苯乳液和丙烯酸乳液，通過研究兩種聚合物不同的摻量對新拌砂漿性能的影響，選擇最佳的改性聚合物乳液和摻量。

一、材料與方法

1.原材料

硅酸鹽水泥：P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥；砂：精細河砂，細度模數(shù)2.7；MT 400，由德國巴斯夫（BASF）；早強劑：TYWJJ-30 型早強劑，非晶質鋁酸鈣系早強劑；緩凝劑：TYWJJ-20 型緩凝劑；減水劑：TYWJJ-10型減水劑；膨脹劑：TYWJJ-SP 型膨脹劑；硅灰：甘肅三遠硅材料有限公司；礦粉：山西威頓水泥有限公司；聚合物乳液1：丁苯乳液（J1），德國巴斯夫；聚合物乳液2：丙烯酸乳液（J2），陶氏。

本文選擇快速修補材料2 h 通車的最佳復配比例，水泥：硅灰：礦粉：TYWJJ-30=65%：5%：10%：20%的基礎膠凝材料，固定減水劑TYWJJ-10 摻量為0.3%，緩凝劑TYWJJ-20 摻量為0.2%，消泡劑為乳液固含量的1%，膠砂比為1：1.5，水膠比為0.33。

2.主要實驗設備和儀器

JJ-5 型水泥砂漿攪拌機；水泥砂漿流動度測定儀；ZKS-100 型砂漿凝結時間測定儀；HBY-40A 型恒溫恒濕標準養(yǎng)護箱；CP 324S 型分析天平；YP 20001 型電子天平；WHY-300/10 型微機控制壓力試驗機。

3.檢測方法

采用GB/T 17671—2021《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》測試復合材料力學性能；采用GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動度測定方法》測試砂漿流動度；采用GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》測試其復合材料的凝結時間。

二、結果與討論

表1 是J1 和J2 兩種聚合物乳液不同摻量對伸縮縫錨固復合材料新拌性能的影響，其中編號B00 為空白實驗組。

表1 聚合物乳液摻量對伸縮縫錨固復合材料新拌性能的影響

1.聚合物乳液對伸縮縫錨固復合材料含氣量的影響

J1、J2 兩種聚合物乳液的摻入使砂漿含氣量明顯增大，相較于J1，J2 的加入使得砂漿含氣量增加的更為明顯。兩種乳液摻量變化對砂漿含氣量的影響并不相同，其中當J1 摻量為7%時，含氣量達4.82%，此時含氣量最大；而J2 隨著摻量的增加，含氣量逐漸增大，當摻量為10%時，砂漿的含氣量達到最大，為5.62%，如圖1 所示。

圖1 聚合物乳液摻量對砂漿含氣量的影響

2.聚合物乳液對伸縮縫錨固復合材料初始流動度的影響

在水膠比一定時，J1、J2 兩種聚合物乳液均會提高伸縮縫錨固復合材料的初始流動度，但兩種聚合物乳液的減水作用有明顯差異，相較于J1，J2 的減水作用較小。兩種乳液摻量對伸縮縫錨固復合材料初始流動度的影響基本一致，均呈現(xiàn)初始流動度隨聚合物乳液摻量增加而增加的趨勢。J1 摻量為10%時，伸縮縫錨固復合材料初始流動度達到最大，為355 mm；J2 摻量為10%時，伸縮縫錨固復合材料初始流動度達到最大，為350 mm，如圖2 所示。

圖2 乳液摻量對初始流動度的影響

聚合物的減水機理，一方面是因為聚合物能通過引氣作用在顆粒表面形成微小氣泡及少量團聚的聚合物顆粒，從而使得膠凝材料更加容易產生相對運動；另一方面是聚合物中富含大量的表面活性劑，能夠有效減少膠凝材料的團聚現(xiàn)象，使得膠凝材料更加分散。因此，在固定水膠比的情況下，摻入聚合物乳液后伸縮縫錨固復合材料的初始流動度會明顯的增大[7]。

3.聚合物乳液對伸縮縫錨固復合材料凝結時間的影響

伸縮縫錨固復合材料的凝結時間明顯長于普通快速修復砂漿，凝結時間延長的程度因聚合物乳液種類及摻量的不同而存在差異，就J1、J2 而言，摻量相同的情況下，J1 的緩凝作用明顯強于J2。從圖3（a）可見：J1 加入到伸縮縫錨固復合材料產生非常明顯的緩凝作用，隨著聚合物摻量的增加，凝結時間逐漸延長，凝結時間間隔逐漸增大。從圖3（b）可見：J2 加入到伸縮縫錨固復合材料中也有非常明顯的緩凝效果，其凝結時間隨著摻量的增加而延長。

圖3 乳液摻量對凝結時間的影響

4.聚合物對伸縮縫錨固復合材料抗折、抗壓強度的影響

J1、J2 摻量對伸縮縫錨固復合材料2h、4h 和8h 的抗折、抗壓強度的影響見表2。

表2 聚合物乳液摻量對伸縮縫錨固復合材料抗折、抗壓強度的影響

聚合物乳液摻量對伸縮縫錨固復合材料抗折、抗壓強度有明顯的影響，J1 和J2 摻入對伸縮縫錨固復合材料抗折、抗壓強度的影響基本一致。

從圖4（a）、5（a）可見：隨著聚合物乳液摻量的增加，砂漿抗折強度降低，當乳液摻量為10%時，J1改性伸縮縫錨固復合材料2h的抗折強度較空白樣降低了44.19%，4h的抗折強度較空白樣降低了16.67%，8h的抗折強度較空白樣降低了22.22%；J2改性伸縮縫錨固復合材料2h的抗折強度較空白樣降低了51.16%，4h 的抗折強度較空白樣降低了41.67%，8h 的抗折強度較空白樣降低了42.59%。對于早齡期的砂漿，其抗折強度的降低主要是因為聚合物乳液的減水作用，增加了砂漿的凝結時間，延緩了水泥的水化反應。

圖4 J1 摻量對伸縮縫錨固復合材料抗折抗壓強度的影響

從圖4（b）、圖5（b）可以看出：對于不同齡期的砂漿，其抗壓強度跟聚合物乳液摻量成反比，當聚合物乳液摻量為10%時，J1 改性伸縮縫錨固復合材料2h、4h 和8h 齡期的抗壓強度較空白樣分別降低了61.65%、34.16%、和41.64%，J2 改性伸縮縫錨固復合材料2h、4h 和8h 齡期的抗壓強度較空白樣分別降低了64.29%、51.86%和55.62%，這主要是因為聚合物自身彈性模量比水泥石低，其受壓時起不到剛性支撐作用，從而抗壓強度大幅降低。

圖5 J2 摻量對伸縮縫錨固復合材料抗折抗壓強度的影響

5.聚合物乳液對伸縮縫錨固復合材料壓折比的影響

聚合物乳液摻量對伸縮縫錨固復合材料2h、4h 和8h 齡期壓折比的影響，見表3。

表3 聚合物乳液摻量對伸縮縫錨固復合材料壓折比的影響

聚合物乳液的摻入降低了伸縮縫錨固復合材料的壓折比，對于各齡期砂漿來說，J1 改性伸縮縫錨固復合材料壓折比低于J2，說明J1 改性伸縮縫錨固復合材料的柔韌性好于J2 改性伸縮縫錨固復合材料。由圖6 可知，對于不同齡期的伸縮縫錨固復合材料，其壓折比都是隨著聚合物乳液摻量的增加而逐漸減??；對于8h 齡期的超早強無收縮修補料，當J1 摻量在10%時，其壓折比最小，為5.07，較空白樣降低了25.00%，大大提升了伸縮縫錨固復合材料的柔韌性。

圖6 乳液摻量對伸縮縫錨固復合材料壓折比的影響

聚合物乳液提升伸縮縫錨固復合材料的柔韌性主要有兩個原因[8]：第一，聚合物乳液屬彈性體結構，添加在水泥基材料中能夠增加其抵抗變形的能力，從而使得韌性增加、脆性降低；第二，聚合物后期形成的網狀結構能夠有效的分布在水泥基材料空隙中，從而提高了伸縮縫錨固復合材料的抗折強度，而且聚合物的彈性模量較快速修補漿體的彈性模量低得多，改善了伸縮縫錨固復合材料的變形協(xié)調性，從而改善了伸縮縫錨固復合材料的韌性。

本文針對水泥混凝土路面、橋面伸縮縫局部破壞嚴重的情況，通過加入聚合物乳液對快速修補料進行改性，研究出了力學性能優(yōu)良、凝結時間適宜的伸縮縫錨固復合材料。從增加伸縮縫錨固復合材料的流動度、柔韌性、抗壓強度、抗折強度等方面綜合考慮，J1 性能優(yōu)于J2。因此本文選擇J1，即丁苯乳液來改性伸縮縫錨固復合材料。當J1 摻量為7%時，伸縮縫錨固復合材料的凝結時間大于30 min；其4 h抗折強度為4.2 MPa，抗壓強度為22.5 MPa；8h 抗折強度為4.4 MPa，抗壓強度為24.1 MPa。