适于喷射的聚合物修补砂浆研究

郭浩，杭鑫坤

（山东建筑大学 土木工程学院，山东 济南 250101）

适于喷射的聚合物修补砂浆研究

郭浩，杭鑫坤

（山东建筑大学 土木工程学院，山东 济南 250101）

通过分别研究聚羧酸减水剂、可再分散乳胶粉、聚丙烯纤维、纤维素醚对聚合物修补砂浆流动性、抗压强度、抗折强度、粘结强度和保水率的影响，研制了一种高性能聚合物修补砂浆。研究了速凝剂对聚合物修补砂浆抗压、抗折强度等性能的影响，使其适合用于喷射施工。结果表明，聚羧酸系减水剂掺量0.06%，胶粉掺量1.0%，3 mm聚丙烯纤维掺量0.04%，纤维素醚掺量0.15%时，聚合物修补砂浆的28 d抗压强度为79.48 MPa，28 d抗折强度为14.5 MPa，14 d粘结强度为1.45 MPa，符合JG/T 289—2010《混凝土结构加固用聚合物砂浆》的Ⅰ级要求。掺5%速凝剂时，聚合物修补砂浆适于喷射施工，具有较好的效果。

混凝土修补；修补砂浆；喷射砂浆；可再分散乳胶粉

0 引言

目前，许多的混凝土结构，因为结构缺陷、材料劣化、超载使用以及物理破坏给它们的安全使用带来严重的问题。比如，一些建筑物会出现渗水、外墙抹灰或面层混凝土开裂、抹灰砂浆剥落，道路路面出现表面磨损、产生坑洞、裂缝，港口、码头等混凝土结构出现表面侵蚀和钢筋锈蚀等现象。为恢复及保持其使用功能，需要对其进行修补。在对混凝土结构的露筋、蜂窝、空洞、破损、剥落等表面损伤部分的修复施工过程中，聚合物修补砂浆成为常用的修补材料[1]。

聚合物修补砂浆作为混凝土结构修补材料具有良好的粘结性和耐磨性[2]，与普通混凝土相比收缩略低[3]，抗压、抗折强度、耐水性、抗冲击能力较高[4-5]，弹性模量更低，抗冻性能更好。在实际施工过程中，混凝土受损部位一般具有面积大、部位高、施工作业面积小等特点。导致混凝土受损部位在修补过程中出现施工成本高、难度大，施工质量难以保证等一系列问题。采用先进的聚合物修补砂浆材料以及先进的喷射施工工艺，能够有效解决上述表面病害的一系列问题[6]。但是这也对聚合物修补砂浆提出了更高的要求。喷射聚合物修补砂浆是利用空气压缩机提供动力，把聚合物修补砂浆以一定的速度喷射到混凝土表面。由于聚合物的加入，使得聚合物修补砂浆本身的粘结性较普通砂浆强，对喷射施工更有利。施工时聚合物修补砂浆被高速喷出撞击在受损部位，后面喷出的砂浆撞击在已粘在混凝土上的砂浆，使得聚合物修补砂浆密实度高，连续性好，强度高，与墙面的粘结性较好[6-8]。因此，本文在前人研究的基础上，分别研究聚羧酸减水剂、可再分散乳胶粉、聚丙烯纤维、纤维素醚对聚合物修补砂浆流动性、抗压强度、抗折强度、粘结强度和保水率的影响，并研究速凝剂对聚合物修补砂浆抗压、抗折强度等性能的影响，使其适合用于喷射施工。

1 实验

1.1 实验原料

水泥：山水P·O 42.5R水泥，3 d抗压、抗折强度分别为26.1、6.1 MPa，28 d抗压、抗折强度分别为48.4、8.4 MPa。

石英砂：40～70目和70～120目2种。

胶粉：瑞泰可再分散性乳胶粉，RTL-03。

纤维素醚：瑞泰羟丙基甲基纤维素，HPMC100000，黏度100 Pa·s。

聚丙烯纤维：济南晴天化工科技有限公司生产，长度分别为3 mm和6 mm。

石膏：枣庄市峄城区金海石膏制品厂生产的石膏粉，成分为天然二水石膏（CaSO4·2H2O）。

重钙：济宁华凯树脂有限公司生产，主要成分为碳酸钙，目数为400目。

淀粉醚：山东光大科技发展有限公司生产，型号为1012。

EEA塑性膨胀剂：北京德昌伟业建筑工程技术有限公司，适宜用量为0.03%～0.40%。

减水剂：山东华迪建筑科技有限公司生产的聚羧酸系高效减水剂，粉剂pc180，推荐掺量为水泥用量的0.10%～0.25%，最高减水率达39%。

无碱液体速凝剂：BQ-Z2012型，云南百强建筑材料厂生产，推荐掺量3%～6%。

水：自来水。

1.2 实验与测试方法

根据砂浆实验经验并结合聚合物修补砂浆的前期实验，查阅大量参考文献[3，9-12]，得出聚合物修补砂浆的基准配方（见表1），进行后续实验。

根据基准配方分别调整聚羧酸减水剂、可再分散乳胶粉、聚丙烯纤维、纤维素醚掺量（均按占干物料总质量计），根据实验得到最佳掺量。最后对研制的聚合物修补砂浆进行性能测试，研究速凝剂对聚合物修补砂浆性能的影响并进行试喷。

聚合物砂浆的抗压、抗折强度按照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行测试；凝结时间、保水率、粘结强度、抗渗压力按照JGJ 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法》进行测试；收缩率按照JC/T 603—2004《水泥胶砂干缩试验方法》进行测试；流动度用跳桌法进行表征。

表1 聚合物修补砂浆的基准配方

2 实验结果与分析

2.1 聚羧酸减水剂对聚合物修补砂浆性能的影响

聚羧酸减水剂的掺入可以降低用水量，增大砂浆流动度，提高砂浆强度，聚羧酸减水剂掺量对聚合物修补砂浆性能的影响见表2。

表2 聚羧酸减水剂掺量对聚合物修补砂浆性能的影响

由表2可见，随着聚羧酸系减水剂掺量增加，砂浆强度均略有提高，流动度逐渐增大，但聚羧酸系减水剂掺量过大时，易导致泌水，砂浆状态变差。综合考虑，推荐聚羧酸系减水剂掺量为0.06%。

2.2 胶粉对聚合物修补砂浆性能的影响

胶粉的加入能够显著提高水泥砂浆的防水性、可塑性和柔韧性，延长砂浆的可操作时间，保证修补砂浆与基底的粘结强度。胶粉掺量对聚合物修补砂浆性能的影响见表3。

表3 胶粉掺量对聚合物修补砂浆性能的影响

由表3可见，随可再分散乳胶粉掺量增加，砂浆的流动度逐渐降低。这是由于胶粉再分散需要吸收一定量的水分，在用水量保持一定时，减小了砂浆的流动度。随胶粉掺量的增加，砂浆的1 d抗压、抗折强度先提高后降低，7 d抗压、抗折强度变化不大，说明胶粉对砂浆的早期强度影响较大，28 d抗压强度略有降低，28 d抗折强度略有提高。随胶粉掺量的增加，砂浆粘结强度逐渐提高。综合考虑，推荐胶粉掺量为1.0%。

2.3 聚丙烯纤维对聚合物修补砂浆性能的影响

聚丙烯纤维具有强度高、韧性好、耐腐蚀性好等优点，聚丙烯纤维的掺入可以增强砂浆的抗拉强度、弯曲强度、剪切强度以及增强砂浆的抗裂性，即使砂浆产生微裂缝后聚丙烯纤维仍然能够继续抵抗外力的拉拔作用；砂浆的抗渗性、抗冻融能力亦有较大程度的提高。

聚丙烯纤维对砂浆的增强效果主要取决于：纤维的直径、长度及长径比，纤维的分布及含量，纤维与水泥的相容性、分散性等。本实验选择3 mm和6 mm两种规格聚丙烯纤维，研究其对聚合物修补砂浆性能的影响，结果见表4。

表4 聚丙烯纤维对聚合物修补砂浆性能的影响

由表4可见，随着聚丙烯纤维掺量的增加，砂浆的流动度降低，6 mm聚丙烯纤维对流动度的降低幅度较大。且6 mm聚丙烯纤维加入砂浆中易结团，分散效果不好；3 mm聚丙烯纤维的分散性良好。

从各龄期抗压强度随聚丙烯纤维掺量的变化关系可以看出，1 d、7 d龄期时，掺6 mm聚丙烯纤维的砂浆抗压强度要高于掺3 mm聚丙烯纤维的砂浆，且比不掺纤维的砂浆强度低；到28 d龄期，掺3 mm聚丙烯纤维的砂浆的抗压强度超过掺6 mm聚丙烯纤维的砂浆，且比不掺纤维的砂浆强度略高。掺6 mm聚丙烯纤维的砂浆抗折强度要高于掺3 mm聚丙烯纤维的砂浆，且比不掺纤维的砂浆抗折强度高。掺量合适时，3 mm聚丙烯纤维可以提高修补砂浆的28 d抗折和抗压强度，因此，最终选择规格为3 mm的聚丙烯纤维，最佳掺量为0.04%。

2.4 纤维素醚对聚合物修补砂浆性能的影响

纤维素醚能够明显改善砂浆的保水性能，使砂浆具有较好的保水性和工作性。实验中采用羟丙基甲基纤维素用于修补砂浆，其掺量对聚合物修补砂浆性能的影响见表5。

表5 纤维素醚掺量对聚合物修补砂浆性能的影响

由表5可见，随着纤维素醚掺量的增加，砂浆的保水率逐渐增大；流动度逐渐降低；1 d、7 d强度逐渐下降，但变化不大，28 d抗压强度逐渐降低，28 d抗折强度变化不大。在聚合物修补砂浆中，应尽量减少纤维素醚的掺量，否则易导致水泥凝结硬化速度缓慢，降低砂浆的粘结强度。综合考虑，推荐纤维素醚掺量为0.15%。

2.5 聚合物修补砂浆的性能测试

通过上述实验确定聚合物修补砂浆的最佳配方见表6，性能测试结果及JG/T 289—2010《混凝土结构加固用聚合物砂浆》中Ⅰ级要求见表7。

表6 聚合物修补砂浆的最佳配方

表7 聚合物修补砂浆的性能测试结果

由表7可见，研制聚合物修补砂浆符合JG/T 289—2010中Ⅰ级要求，并且成本较低，具有明显的社会经济效益。

2.6 速凝剂对砂浆性能的影响

聚合物修补砂浆用于喷射时，需要符合JC 477—2005《喷射混凝土用速凝剂》中的要求，使水泥在3 min内初凝，8 min内终凝，砂浆1 d抗压强度大于12 MPa。根据修补砂浆的最优配方，按照JC 477—2005的要求改变速凝剂掺量（按占水泥质量计），分别测试砂浆的凝结时间和强度，结果见表8。

表8 速凝剂掺量对聚合物修补砂浆性能的影响

由表8可见，加入速凝剂后，聚合物修补砂浆1 d抗压强度略有增大，后期强度略有下降，随速凝剂掺量增加，强度下降愈明显，在聚合物修补砂浆中，速凝剂掺量不宜太多，否则易导致水泥水化速度过快，强度降低明显。本实验速凝剂最佳掺量为5%。

根据聚合物修补砂浆最终配方，掺5%的速凝剂进行实际喷射，喷射时效果较好，表面平整，没有出现脱落、起皮等现象，适合用于喷射施工。

3 结论

（1）随聚羧酸减水剂掺量增加，砂浆的流动度逐渐增大，砂浆强度均略有增大，推荐聚羧酸系减水剂掺量为0.06%。

（2）随可再分散乳胶粉材料增加，砂浆的流动度降低；胶粉对砂浆的早期强度影响较大，28 d抗压强度略有减小，28 d抗折强度略有提高；粘结强度逐渐提高。推荐可再分散乳胶粉掺量为1.0%。

（3）随聚丙烯纤维掺量的增加，砂浆的流动度降低，掺量合适时，3 mm聚丙烯纤维可以提高28 d抗折和抗压强度，推荐3 mm聚丙烯纤维的最佳掺量为0.04%。

（4）纤维素醚掺量增加，保水率逐渐增大，流动度逐渐降低，砂浆早期强度逐渐下降，推荐纤维素醚掺量为0.15%。

（5）按最优配方制备的聚合物修补砂浆符合JG/T 289—2010中Ⅰ级要求，掺5%的速凝剂进行实际喷射，喷射时效果较好，表面平整，没有出现脱落、起皮等现象。

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Research about polymer repair mortar materials by using spraying

GUO Hao，HANG Xinkun
（School of Civil Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China）

In this paper，a kind of high performance polymer repair mortar is developed by studying the effects of polycarboxylic series of water reducer，re-dispersible polymer powders，polypropylene fiber and cellulose ether on the polymer mortar fluidity，compressive strength，flexural strength，bond strength and water retention rate of the polymer repair mortar.What's more，the effect of the quick setting agent on the compressive strength and flexural strength of polymer patching mortar was also studied to make it suitable for spraying.Research results show that when the ratio is polycarboxylic series of water reducer 0.06%，re-dispersible polymer powders 1.0%，3 mm content of polypropylene fiber 0.04%，cellulose ether 0.15%，the 28 d compressive strength，28 d flexural strength and 14 d bond strength of the obtained product is 79.48 MPa，14.5 MPa，and 1.45 MPa，respectively.The performance index is in the first level of the JG/T 289—2010"Polymer mortar for concrete structure reinforcement".Having the best effect and suitable for spraying is quick setting agent 5%.

concrete repair，repair mortar，spraying mortar，re-dispersible polymer powders

TU57+8.12

A

1001-702X（2016）08-0070-04

2015-12-22；

2016-02-18

作业简介：郭浩，男，1992年生，山东菏泽人，硕士研究生。