苯丙乳液改性水泥修补砂浆的制备与性能研究

朱明胜

苯丙乳液改性水泥修补砂浆的制备与性能研究

朱明胜

采用复配技术制备苯丙乳液改性水泥修补砂浆，并进行性能研究。探讨了聚合物乳液、偏高岭土、煅烧膨润土等外加剂对该砂浆物理性能的影响。结果表明：苯丙乳液的掺入虽然在一定程度上降低了砂浆的抗压强度，但显著改善了水泥砂浆的和易性和需水量。通过掺加偏高岭土或煅烧膨润土等火山灰活性掺合料可弥补砂浆力学性能的不足。

苯丙乳液改性砂浆；稠度；凝结时间；强度

普通水泥砂浆因收缩大、粘结强度低等原因较少用于裂缝的修补，而通过聚合物乳液改性水泥砂浆可提高其工作性能，减少浆体收缩，提高粘结强度，改善防水抗渗能力及抗冻融能力，降低纯聚合物材料的费用等。

苯丙乳液(SAE)是由丙烯酸与苯乙烯单体共聚而成的一类共聚物。苯丙乳液改性砂浆的粘结性能、抗渗性能也较好。用于水泥改性的苯丙乳液的典型特性是：固体含量通常较高，玻璃化温度低于零度，成膜性能好。膨润土具有强烈的吸水性、膨胀性、胶结性、分散性、触变性及阳离子交换性等特性，目前，广泛利用膨润土制作防水材料。

以前有不少试验研究的是聚合物乳液掺量较大情况下的聚合物混凝土的各种性能。与现有大多数文献资料的研究不同，本文采用小剂量苯丙乳液(SAE)与水泥、砂子及煅烧膨润土(偏高岭土)按一定比例配制而成一种聚合物水泥砂浆，研究小剂量聚合物对水泥砂浆性能的影响。

1 试验

1.1 试验原料

水泥：P.O.42.5型水泥；骨料：河砂，表观密度ρ=2.61g/cm3，含泥量＜3%，颗粒级配0.315～5mm；苯丙乳液：固体含量43%；自制煅烧膨润土和偏高岭土及市售磷酸三丁酯系消泡剂。

1.2 试验方法

以水泥：砂：水质量比为53:160:33作为砂浆基准配比，偏高岭土、煅烧膨润土按5%的比例等量取代水泥做单因素实验，苯丙乳液按水泥用量的0、0.5%、1%、3%、5%、8%、10%分别掺入各试验配比中，消泡剂为苯丙乳液掺量的1.5%。砂浆拌合物依据JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法》测定其稠度、凝结时间，依据GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》测定其抗压、抗折强度。

2 结果与讨论

2.1 苯丙乳液掺量对稠度的影响

实验结果表明，苯丙乳液的掺入显著改善了水泥砂浆的流动性（图1）。随苯丙乳液掺量的增加，砂浆流动性变化具有一定的规律性，掺量为3%时，基准砂浆与掺入高岭土砂浆的流动性最佳，稠度值分别达108mm和88mm；掺量为5%时，掺入煅烧膨润土砂浆的稠度达93mm。主要原因是苯丙乳液可以起到“滚珠”效应，而且其中含有的表面活性剂可对水泥有分散的作用，因此可以增加稠度，但乳液过多时，容易形成聚合物膜，反而会降低稠度；煅烧膨润土和偏高岭土颗粒较细，有较强的吸水作用，致使其稠度较低。

2.2 苯丙乳液掺量对减水率与凝结时间的影响

苯丙乳液可提高砂浆的工作性能，随着苯丙乳液掺量的增加，砂浆所需用水量逐渐减少，在苯丙乳液掺量为3%时，用水量达到最小值，减水率最大，可达到22.9%，随后随着苯丙乳液掺量继续增加，砂浆所需水量又逐渐增加（图2）。随着苯丙乳液的加入，水泥砂浆的凝结时间延长（图3），主要原因是，苯丙乳液的加入，形成了聚合物膜，阻止了水泥的进一步水化，降低了水泥水化反应的速率，造成凝结时间的延长。

2.3 苯丙乳液掺量对抗折、抗压强度的影响

试验结果表明，基准砂浆中，随苯丙乳液的增加，砂浆的7d抗折强度逐步降低，而28d抗折强度则接近普通砂浆的抗折强度（图4），主要是聚合物的保水性能在起作用。抗压强度数据表明改性后的砂浆强度远低于未改性的砂浆，随苯丙乳液掺量的增加，砂浆的抗压强度下降很快，苯丙乳液掺量越多，砂浆的抗压强度越低。分析原因主要是聚合物乳液使水泥砂浆的水化硬化时间延长，同时由于乳液具有引气作用，而消泡剂只能消除一部分气泡，所以改性砂浆存在较多的气孔，苯丙乳液掺量越多气孔也越多，所以强度持续下降。聚合物的改性作用是因为乳液在水泥水化的同时，失水成膜，包住了水泥水化产物和未水化颗粒嵌填在水泥砂浆基体空隙中，阻止砂浆裂纹的扩展，从而提高了粘接材料的粘接强度。加入苯丙乳液后，砂浆的压折比显著降低，虽然其柔性增加，但在强度方面下降太多，影响其使用性能。

掺入5%煅烧膨润土后，砂浆的抗折强度和抗压强度得到了很大的提高（图5），基准砂浆7d抗压强度由24.7MPa提高到34.7MPa，抗折强度由5.6MPa提高到8.1MPa；28d抗压强度由42.8MPa提高到51.4MPa。但是当苯丙乳液的掺量在0.5%～5%之间时，掺入膨润土的砂浆的7天抗折强度却比基准砂浆的7d抗折强度低，28d的抗折强度也是如此；当苯丙乳液的掺量在8%～10%之间时，掺入膨润土后的苯丙乳液砂浆的7d和28d的抗折强度却要高于基准苯丙乳液砂浆的强度。随着苯丙乳液掺量的增加，苯丙乳液砂浆7d和28d的抗折强度先降低后又逐渐增加，其最小值均出现在苯丙乳液掺量为3%时。苯丙乳液的加入使其压折比明显降低，说明聚合物可增加混凝土的柔性，降低其刚性。且当乳液掺量为3%时，其压折比为最低。

掺入5%偏高岭土，苯丙乳液砂浆抗折强度随着乳液的掺入大幅度降低，但超过1.5%后又逐渐提高，当掺量为10%时，其28d抗折强度已达到8.3MPa（图6），接近基准乳液砂浆。抗压强度较基准砂浆的强度也降低较多，苯丙乳液加入量在1.5%～10%之间，对28d抗压强度影响不大。

3 结论

（1）苯丙乳液可显著提高水泥砂浆的流动性，改善水泥砂浆的和易性。相同稠度情况下，在水泥砂浆中加入苯丙乳液可以减少用水量，当乳液掺量为3%时，其减水效果最好。

（2）在水泥砂浆中苯丙乳液掺量越多，砂浆的抗压强度越低，且其强度值远低于未改性砂浆的强度。但是抗折强度存在一个最小值，随后又逐渐回升，但其值仍低于未改性砂浆。

（3）在水泥砂浆中加入5%偏高岭土(煅烧膨润土)可以改善砂浆的性能，砂浆的抗折强度和抗压强度均有较高的增加，掺入偏高岭土的效果比掺入膨润土效果更佳。

［1］钟世云，袁华.聚合物在混凝土中的应用[M].北京:化学工业出版社.

［2］祝启坤.膨润土在土木工程中的应用和机理[J].化工矿产地质，2003，6，第25卷 第2期.

［3］M Lea.Lea’s Chemistry of Cement and Con⁃crete.4th Editio London， Arnold， 1998，524-534.

Preparation and Properties of Styrene-acrylic Latex Modified Cement Mortar for Repair

ZHU Ming-sheng
(Xinjiang Triumph Building Materials Designing Institute,Wulumuqi 830000,Xinjiang,China)

Styrene-acrylic latex modified cement mortar for repair was prepared using compound technology and its properties were studied.The influence of polymer emulsion,metakaolin,calcined bentonite and other additives on the physical properties of mortar were discussed.Experimental results show that the addition of styrene-acrylic latex can significantly improve the workability and reduce water requirement for cement mortar although it reduces the compressive strength of cement mortar to some extent.The mechanical properties of mortar can be improved by the introduction of additives with pozzolanic activities such as metakaolin or calcined bentonite.

Styrene-acrylic latex modified mortar;Consistency;Setting time;Strength

TU578.12

A

1001-6171（2011）03-0031-03

通讯地址：新疆凯盛建材设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000；

2010-10-08；

赵 莲