硫鋁酸鹽水泥基修補(bǔ)砂漿的力學(xué)性能

硫鋁酸鹽水泥基修補(bǔ)砂漿的力學(xué)性能孟祥謙;葉正茂;程新【摘要】采用可再分散乳膠粉改性硫鋁酸鹽水泥制備修補(bǔ)砂漿，分別測(cè)試其抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、折壓比和黏結(jié)強(qiáng)度，并結(jié)合電子掃描顯微鏡(SEM)分析水泥砂漿微觀結(jié)構(gòu)以及可再分散乳膠粉對(duì)硫鋁酸鹽水泥砂漿的影響機(jī)理，研究不同摻量的可再分散乳膠粉對(duì)硫鋁酸鹽水泥砂漿力學(xué)性能的影響.試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)可再分散乳膠粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)摻量為3%時(shí)，水泥砂漿28d抗折、抗壓強(qiáng)度可分別達(dá)到8.1MPa和45.5MPa,14d黏結(jié)強(qiáng)度可達(dá)4.78MPa;摻入可再分散乳膠粉后，砂漿力學(xué)性能改性效果明顯.隨著可再分散乳膠粉摻量的增加，砂漿的抗折強(qiáng)度大幅度提高，抗壓強(qiáng)度降低，折壓比增大，黏結(jié)強(qiáng)度增大.【期刊名稱】《濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》【年(卷)，期】2010(024)001【總頁數(shù)】4頁(P1-4)【關(guān)鍵詞】硫鋁酸鹽水泥;修補(bǔ)砂漿;可再分散乳膠粉;力學(xué)性能【作者】孟祥謙;葉正茂;程新【作者單位】濟(jì)南大學(xué)，材料科學(xué)與工程學(xué)院仙東，濟(jì)南,250022;濟(jì)南大學(xué)，材料科學(xué)與工程學(xué)院仙東，濟(jì)南,250022;濟(jì)南大學(xué)，材料科學(xué)與工程學(xué)院仙東，濟(jì)南,250022【正文語種】中文【中圖分類】TQ172.79水泥砂漿由于沒有粗集料而在修補(bǔ)工程中廣泛應(yīng)用，近年來廣泛應(yīng)用的工程修補(bǔ)干粉砂漿多使用硅酸鹽水泥。與硅酸鹽水泥相比，硫鋁酸鹽水泥的組分以無水硫鋁酸鈣礦物為主，使水泥具有早強(qiáng)、高強(qiáng)、抗?jié)B、耐腐蝕和低堿度等諸多優(yōu)良特性，具有更加廣闊的發(fā)展與應(yīng)用前景［1-2］,特別應(yīng)用于冬季施工、水利、修補(bǔ)等特殊工程中。但普通水泥砂漿的主要缺陷在于脆性過大而柔性不足，其抗壓強(qiáng)度很高，而抗拉強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度較低［3］,硫鋁酸鹽水泥也存在這種缺點(diǎn),同樣限制了它的應(yīng)用。利用高分子聚合物來代替水泥砂漿中的一部分膠凝材料，制成聚合物改性普通水泥砂漿，可以有效提高水泥砂漿的抗拉強(qiáng)度和韌性［4-8］。可再分散乳膠粉性能穩(wěn)定,使用可再分散乳膠粉作為聚合物生產(chǎn)的單組分干拌砂漿使得施工操作更容易，可以對(duì)砂漿在使用中的安全性和耐久性提供更大的保證［9］。本試驗(yàn)k采用可再分散乳膠粉對(duì)硫鋁酸鹽水泥進(jìn)行改性來制備修補(bǔ)砂漿,研究可再分散乳膠粉對(duì)硫鋁酸鹽水泥砂漿力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)使用的水泥為山東濟(jì)寧金魯城公司產(chǎn)42.5快硬硫鋁酸鹽水泥，可再分散乳膠粉是國(guó)民淀粉化學(xué)有限公司生產(chǎn),砂子采用ISO標(biāo)準(zhǔn)砂，消泡劑選用天津科盟化工公司產(chǎn)品。快硬硫鋁酸鹽水泥化學(xué)組分見表1,可再分散乳膠粉性能指標(biāo)見表2。本試驗(yàn)參照GB/T2419—2005《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》、GB/T17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（ISO法）和DL/T5126—2001《聚合物改性水泥砂漿試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行。1.2.1試驗(yàn)配合比用于水泥砂漿力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)的樣品按水、灰、砂比為m（水）：m（灰）：m（砂）=x：1：3,拌合水用量x根據(jù)新拌砂漿流動(dòng)度確定，所有砂漿流動(dòng)度均控制在（170±5）mm;消泡劑摻量為水泥用量的0.4%河再分散乳膠粉摻量分別為硫鋁酸鹽水泥用量的0%、1%、2%、3%、4%,試樣編號(hào)為S0~S4。具體配合比見表3。1.2.2砂漿的制備、成型、養(yǎng)護(hù)和測(cè)試砂漿制備:先將稱量準(zhǔn)確的可再分散乳膠粉和水泥、標(biāo)準(zhǔn)砂放入攪拌鍋干混1min,然后將混合均勻的粉料倒入摻有消泡劑的拌合水中，按ISO方法成型40mmx40mmx160mm的3聯(lián)砂漿試塊;在標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)24h后脫模，再放入(20±3)1、相對(duì)濕度為(65±10)%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)，測(cè)定不同養(yǎng)護(hù)齡期(1d,3d和28d)試件的強(qiáng)度。強(qiáng)度測(cè)試:抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度根據(jù)ISO方法測(cè)試。砂漿黏結(jié)強(qiáng)度的測(cè)定方法采用日本材料科學(xué)協(xié)會(huì)推薦測(cè)定黏結(jié)抗折強(qiáng)度的方法［10］,如圖1所示?；鶞?zhǔn)砂漿在40mmx40mmx160mm試模中成型，脫模后在養(yǎng)護(hù)室中標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后用切割機(jī)將試件切成兩半，并用砂輪修整，保持粘貼面濕潤(rùn)重置于試模中。將新拌修補(bǔ)砂漿在40mmx40mmx80mm的基準(zhǔn)砂漿試塊斷面上澆筑成型出40mmx40mmx160mm的完整砂漿試塊，于標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)24h后脫模，然后在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)至14d。到達(dá)齡期后按測(cè)定抗折強(qiáng)度的方法測(cè)定試件的黏結(jié)抗折強(qiáng)度［11］?？拐蹚?qiáng)度和抗壓強(qiáng)度采用YE-30型液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)和KZJ-6型電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)。試驗(yàn)結(jié)果見圖2和圖3。如圖2和圖3所示,摻入可再分散乳膠粉，各齡期抗折強(qiáng)度均有增長(zhǎng)，早期抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢。試件1d、3d抗折強(qiáng)度均隨膠粉摻量的增加而增大;當(dāng)膠粉摻量為w=3%時(shí),28d抗折強(qiáng)度最高，為8.1MPa,當(dāng)膠粉摻量大于3%時(shí),28d抗折強(qiáng)度出現(xiàn)回落。摻入可再分散乳膠粉后,抗壓強(qiáng)度比空白基準(zhǔn)試樣有所降低，隨乳膠粉摻量增加呈下降趨勢(shì)。早期抗壓強(qiáng)度降低比較明顯后期趨于緩慢,28d齡期時(shí)抗壓強(qiáng)度隨膠粉摻量降低不明顯。當(dāng)摻量w=4%時(shí)，各齡期抗壓強(qiáng)度均為最低,1d和3d抗壓強(qiáng)度分別為29.4MPa和38.5MPa,比基準(zhǔn)試樣降低了17.2%和9%;28d抗壓強(qiáng)度為44.9MPa,僅比基準(zhǔn)試樣降低了5.9%。這可能是由于摻入乳膠粉后延緩了水泥的水化反應(yīng)，影響了早期抗壓強(qiáng)度。但摻入乳膠粉后，后期抗壓強(qiáng)度損失不大，當(dāng)摻量為w=3%時(shí),28d抗壓強(qiáng)度達(dá)45.5MPa,符合硫鋁酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn),結(jié)果仍然使人滿意。粘結(jié)強(qiáng)度是關(guān)系到修補(bǔ)砂漿修補(bǔ)成敗的重要指標(biāo)，使用KZJ-6型電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)測(cè)定。不同乳膠粉摻量的修補(bǔ)砂漿的黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見圖4。如圖4所示,摻入可再分散乳膠粉后，砂漿14d黏結(jié)強(qiáng)度均大于未摻膠粉的基準(zhǔn)砂漿試樣。當(dāng)乳膠粉摻量?jī)H為w=1%時(shí)，砂漿14d黏結(jié)強(qiáng)度就可達(dá)到4.44MPa,說明摻入乳膠粉可明顯改善水泥砂漿的表面黏結(jié)能力。砂漿黏結(jié)強(qiáng)度隨著乳膠粉摻量的增加而增大，當(dāng)摻量為w=3%時(shí),其黏結(jié)強(qiáng)度為4.78MPa,比未摻膠粉的基準(zhǔn)試樣增加了31%;當(dāng)摻量大于3%時(shí)，強(qiáng)度增加不明顯。水泥砂漿抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的比值即為折壓比，它是反映砂漿柔韌性能好壞的重要指標(biāo)。折壓比越大，砂漿的柔韌性越好。為了反映砂漿折壓比與可再分散乳膠粉摻量的關(guān)系,通過計(jì)算繪制成曲線（見圖5）。如圖5所示,摻入可再分散乳膠粉后，硫鋁酸鹽水泥砂漿的折壓比均比基準(zhǔn)試樣有了大幅度增長(zhǎng),砂漿的折壓比隨著乳膠粉摻量的增加而增大;1d齡期的折壓比較大，說明砂漿早期柔韌性較高，脆性較低。砂漿柔韌性提高、脆性降低,有利于在修補(bǔ)工程中運(yùn)用。摻入可再分散乳膠粉后,有效提高了硫鋁酸鹽水泥修補(bǔ)砂漿的抗折強(qiáng)度、黏結(jié)強(qiáng)度和折壓比。隨著乳膠粉摻量的增加，各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均隨之增大，當(dāng)乳膠粉摻量質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過3%時(shí)，強(qiáng)度增加不明顯。出于成本考慮，可再分散乳膠粉摻量為3%時(shí)比較合適。取未摻加乳膠粉的S0試樣和摻加質(zhì)量分?jǐn)?shù)w=3%乳膠粉的S3試樣,用日立S-2500型掃描電子顯微鏡觀察其水化3d的硬化漿體顯微斷面形貌，見圖6。從圖6可以看出,S0試樣水化形成的鈣磯石散布于硬化漿體中，水泥漿體中孔隙比較多,而且孔徑較大，大孔在水泥漿體中占有較大比例，與集料界面結(jié)合處不緊密;S3試樣中可再分散乳膠粉形成的聚合物與水泥水化形成的凝膠混合在一起,將鈣磯石包裹起來，使水泥漿體更加密實(shí)，界面結(jié)合更緊密，孔徑及孔的數(shù)量也明顯低于S0試樣。摻入可再分散乳膠粉后,硬化水泥漿體變得更加密實(shí)。這主要是由于通過聚合物分子的擴(kuò)散，乳膠顆粒均勻地分散于水泥顆粒中，與水泥水化產(chǎn)物一起形成一個(gè)整體網(wǎng)絡(luò)。乳膠顆粒在砂漿中形成不溶于水的連續(xù)膜,貫穿于整個(gè)水泥的水化相中，與砂漿之間產(chǎn)生鉚接和橋連,使砂漿的內(nèi)聚強(qiáng)度提高，形成了結(jié)構(gòu)密實(shí)的硬化漿體，因此提高了界面的黏結(jié)性能，對(duì)砂漿本身力學(xué)性能的改性效果明顯。在硫鋁酸鹽水泥中摻入可再分散乳膠粉，可以有效提高砂漿的抗折強(qiáng)度，但抗壓強(qiáng)度會(huì)稍有損失。當(dāng)乳膠粉摻量為w=3%時(shí),28d抗折強(qiáng)度最高可達(dá)8.1MPa,抗壓強(qiáng)度達(dá)45.5MPa。摻入可再分散乳膠粉后，黏結(jié)強(qiáng)度顯著提高。當(dāng)乳膠粉摻量為w=3%時(shí),黏結(jié)強(qiáng)度達(dá)4.78MPa,比未摻膠粉的普通砂漿試件增加了31%。這說明摻入乳膠粉后水泥砂漿粘結(jié)性能優(yōu)于普通砂漿,符合修補(bǔ)砂漿要求。⑶可再分散乳膠粉可明顯提高砂漿的折壓比，使得砂漿的柔韌性提高,說明摻入可再分散乳膠粉后,可以使硬化水泥砂漿由脆性材料轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N柔性材料。(4)摻入可再分散乳膠粉后，通過乳膠顆粒的再分散和成膜,可以在水泥漿體中與水泥水化產(chǎn)物形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效提高了水泥砂漿的力學(xué)性能。程新(1963-),男仙東即墨人，濟(jì)南大學(xué)校長(zhǎng)教授，博士，博士生導(dǎo)師?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】王燕謀,蘇幕珍，張量.硫鋁酸鹽水泥[M].北京:北京工業(yè)大學(xué)出版社,1999.李啟棣,吳淑華.硫鋁酸鹽水泥混凝土的特性與應(yīng)用[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,1989.劉志勇.低摻量乳膠粉與礦粉復(fù)合改性聚合物水泥砂漿的性能[J].化學(xué)建材,1999(3):20-23.Al-ZAHRANIMM,MASLEHUDDINM,Al-DUALAIJANSU,etal.Mechanicalpropertiesanddurabilitycharacteristicsofpolymerandcement-basedrepairmaterials[J].Cement&ConcreteComposites,2003(25):527-537.［5］ 王培銘漲國(guó)防漲永明.聚合物干粉對(duì)水泥砂漿力學(xué)性能的影響［J］.新型建筑材料,2005(1):32-36.［6］ 黃利頻.聚合物干粉改性水泥砂漿力學(xué)性能的研究［J］福州大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006,34(4):556-559.［7］ 科博爾.可再分散乳膠粉與干混砂漿［J］.化