王圓圓

(河北省子牙河河務(wù)中心，河北 衡水 053000)

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)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(zhì)量高、能耗低的水泥砂漿，以便滿(mǎn)足裝配式渠道施工過(guò)程中的快速回填、盡快投入使用的需求，提高工程的經(jīng)濟(jì)性。因此，試驗(yàn)材料主要包括水泥、硅粉、砂、可再分散乳膠粉、消泡劑、早強(qiáng)減水劑和水。

試驗(yàn)用水泥為P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，經(jīng)測(cè)定其初凝時(shí)間為178 min，終凝時(shí)間為225 min；28d抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別為51.0 MPa和8.5 MPa；試驗(yàn)用硅粉為朗天牌硅粉，經(jīng)檢驗(yàn)其各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足《水泥化學(xué)分析方法》(GB/T 176—2017)標(biāo)準(zhǔn)要求；試驗(yàn)用砂為天然河砂，其表觀密度為2640 kg/m3，含泥量<2%，細(xì)度模數(shù)3.54，為中砂；試驗(yàn)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(guò)程中更容易產(chǎn)生泡沫，因此，需要加入一定量的消泡劑。此次試驗(yàn)采用的是有機(jī)硅類(lèi)聚醚改性有機(jī)硅消泡劑，其外觀為白色到微黃色顆粒，消泡時(shí)間>10 s；試驗(yàn)用早強(qiáng)減水劑為灰霸牌混凝土早強(qiáng)減水劑，減水率為20%；試驗(yàn)用水為普通自來(lái)水。

1.2 試驗(yàn)配合比和方案設(shè)計(jì)

為滿(mǎn)足裝配式渠道施工需要，研究中配置的是強(qiáng)度等級(jí)M25的水泥砂漿[1]。由于試驗(yàn)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(yàn)的工作量將十分龐大，從而導(dǎo)致試驗(yàn)成本非常高[2]?；诖?，此次試驗(yàn)首先按照《砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ/T 98—2010)的相關(guān)要求，獲取M25得基準(zhǔn)配合比，然后，固定砂漿的水灰比，采用硅粉內(nèi)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(zhǔn)，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(shè)計(jì)出如表1所示的試驗(yàn)方案和材料用量表。

表1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)(每方砂漿材料實(shí)際用量) kg

1.3 試驗(yàn)方法

試件的制作嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，每個(gè)方案制作3塊棱長(zhǎng)為70 mm的正方體試件，一共需要制作5組15個(gè)試件。在制作過(guò)程中，首先對(duì)不同試驗(yàn)方案下的水泥砂漿進(jìn)行保水性和流動(dòng)性試驗(yàn)，然后，對(duì)每組砂漿試塊和7 d齡期的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、黏結(jié)強(qiáng)度和抗裂性能進(jìn)行測(cè)定，并做好相應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和整理工作，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，獲得可再分散乳膠粉含量對(duì)裝配式渠道連接水泥砂漿性能的影響，并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)論提出有益的工程建議[3]。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 工作性能

保水性和流動(dòng)性是聚合物砂漿工作性能的重要指標(biāo)，雖然，影響砂漿保水效果和流動(dòng)性的因素較多，但是，此次試驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)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(jù)試驗(yàn)匯總獲取的數(shù)據(jù)，計(jì)算獲取如表2所示的不同試驗(yàn)方案下的砂漿保水率和流動(dòng)度。由表中的試驗(yàn)結(jié)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(zhì)可以互相搭接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，影響砂漿的稠度和流動(dòng)性。因此，過(guò)量添加可再分散乳膠粉會(huì)顯著影響砂漿的和易性；從保水率的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)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(fā)生水合反應(yīng)，使砂漿中的游離水分子轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合水分子，有效抑制了砂漿中水分的蒸發(fā)和流失，保證水泥砂漿后期充足的水化用水。結(jié)合稠度和保水率的試驗(yàn)結(jié)果，可再生乳膠粉的摻量以3%為宜。

表2 不同試驗(yàn)方案砂漿保水率和稠度試驗(yàn)結(jié)果

2.2 力學(xué)性能

對(duì)試驗(yàn)中獲取的試塊7 d抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和黏結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行整理，繪制出如圖1所示的力學(xué)性能隨乳膠粉摻量的變化曲線(xiàn)。由圖可知，可再分散乳膠粉的摻量對(duì)砂漿的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度存在比較明顯的影響，從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，當(dāng)再分散乳膠粉的摻量不超過(guò)3%時(shí)，砂漿的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)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(shí)達(dá)到最大值。當(dāng)再分散乳膠粉的摻量超過(guò)3%時(shí)，砂漿的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)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(xué)性能。但是，如果在砂漿中過(guò)量摻入分散乳膠粉，一方面過(guò)高的保水性會(huì)造成砂漿內(nèi)部的水分積聚過(guò)多，而這些水分蒸發(fā)之后會(huì)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(huì)造成砂漿內(nèi)部孔洞出現(xiàn)。從黏結(jié)強(qiáng)度來(lái)看，其會(huì)隨著乳膠粉摻量的增加為不斷增大，但是在摻量>3%時(shí)其增加速率明顯趨緩。究其原因，主要是乳膠粉水解后會(huì)在黏結(jié)部位形成聚合物薄膜提高砂漿和基底的黏結(jié)強(qiáng)度，但是，過(guò)量摻加對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的提高效果不明顯。

圖1 砂漿力學(xué)性能隨乳膠粉摻量變化曲線(xiàn)

2.3 抗裂性能

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算獲取不同試驗(yàn)方案試件的相對(duì)開(kāi)裂指數(shù)，并繪制出如圖2所示的相對(duì)開(kāi)裂指數(shù)隨乳膠粉摻量的變化曲線(xiàn)。由圖可以看出，砂漿的相對(duì)開(kāi)裂指數(shù)隨著乳膠粉摻量的增加呈現(xiàn)出先迅速減小，后逐漸趨于穩(wěn)定的變化特點(diǎn)。具體來(lái)看，當(dāng)乳膠粉摻量<3%時(shí)，相對(duì)開(kāi)裂指數(shù)的減小比較迅速，>3%時(shí)，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(kāi)裂的形成和發(fā)展。

圖2 相對(duì)開(kāi)裂指數(shù)隨乳膠粉摻量的變化曲線(xiàn)

4 結(jié) 論

(1)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；水泥砂漿的保水率隨著可再分散乳膠粉摻量的增加而增大，但是，提高的速率逐漸趨緩。

(2)水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨著可再分散乳膠粉的摻量的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的變化特征；黏結(jié)強(qiáng)度隨著可再分散乳膠粉的摻量的增加呈現(xiàn)出不斷增大的變化特征。

(3)砂漿的相對(duì)開(kāi)裂指數(shù)隨著乳膠粉摻量的增加呈現(xiàn)出先迅速減小，后逐漸趨于穩(wěn)定的變化特點(diǎn)。

(4)結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，建議在砂漿配制過(guò)程中摻加膠凝材料重量3%的可再分散乳膠粉。