掺聚合物胶粉的硫铝酸盐水泥砂浆耐久性研究

康明旭 黄乙纯 鲁耀刚 罗章华 吴晚霞

(1.合诚工程咨询集团股份有限公司， 福建 厦门 361009)（2.厦门合诚工程技术有限公司， 福建 厦门 361027；3.厦门市快速公交场站有限公司， 福建 厦门 361004）

0 前言

硫铝酸盐水泥是一种早期强度高，凝结硬化快，抗冻性、耐蚀性和粘结性好的[1-2]，因此被广泛应用于道路的快速修复中[3-6]。聚合物水泥基材料具有明显的抗腐蚀性，已作为修复材料应用于地下工程或具有腐蚀环境下的建筑物修复[7-12]。硫酸盐侵蚀是影响修复材料耐久性的重要影响因素，其危害性与海水侵蚀均为危害性较大的环境水侵蚀[13]。因此，本文研究了掺聚合物胶粉的硫铝酸盐水泥砂浆的抗渗性以及在海水、硫酸盐溶液以及Thaumasite盐溶液下的侵蚀性能。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

（1）水泥：河北唐山北极熊牌42.5快硬硫铝酸盐水泥，化学组成见表1.

表1 水泥化学组成成分（%）

（2）细骨料：天然河砂，中砂。物理性能见表2。

表2 河砂物理性能

（3）聚合物胶粉：醋酸乙烯酯共聚物类胶粉（A、B），丙烯酸类胶粉（C）。

（4）外加剂：缓凝剂为广州市预旗化工有限公司生产的ATMPA工业级缓凝剂，减水剂为福建省亿方建材有限公司生产的HWR-S型聚羧酸系粉体减水剂。

1.2 试验方法

1.2.1 成型

清理钢模，去除试模内的杂物，然后在试模的内表面涂一层机油后再涂上一层脱模剂，以方便脱模后清理；将水泥、聚合物胶粉、减水剂按照配合比称量，倒入搅拌机内，干拌 3min；加入溶有缓凝剂的水，搅拌 2-3min；将拌合物浇注40mmx40mmx160mm三联模中，在振动台上振动1min。试件制备完成后在实验室中静置1天，拆模、编号。

1.2.2 盐类侵蚀

拆模后试块分别采用5%的Na2S04溶液（抗硫酸盐侵蚀）、5%的MgS04溶液（抗Thaumasite盐侵蚀）、海水（抗海水侵蚀）浸泡。30d、60d、90d、120d更换溶液，常温浸泡。采用全浸法浸泡。为使浸泡溶液与试块充分接触，试块之间应相互隔开，溶液高出试块l～2cm。

1.2.3 评价指标

根据国标GB749-65规定，以同龄期侵蚀溶液和清水浸泡180天的水泥砂浆试块的抗折强度比值，即抗蚀系数为评价指标：当抗蚀系数小于0.8时，表明水泥基材料已发生硫酸盐侵蚀破坏；抗蚀系数大于0.8时，表明没有发生硫酸 盐侵蚀破坏。

试验结果以试件的抗折抗蚀系数Kp和抗压抗蚀系数Kc表示；抗折抗蚀系数Kp为相同龄期浸泡在侵蚀介质中的试块与浸泡在清水中的试块的抗折强度之比。以120d、180d试块的抗折抗蚀系数Kp为主要参考指标。

1.3 试验配合比

试验配合比以硫铝酸盐水泥、 砂、聚合物胶粉、减水剂、缓凝剂、水作为基本原材料，对已有的研究进行综合分析，选取合适的配合比作为基准配合比，取不同的聚灰比、不同的聚合物胶粉类型作为试验变量，试验的配合比见表3。

表3 掺聚合物胶粉的硫铝酸盐水泥砂浆配合比设计

注：A、B、C三种聚合物胶粉均为单独按水泥质量百分比掺入。

2 结果与分析

2.1 硫酸盐侵蚀

不同聚合物胶粉掺量及聚合物胶粉种类硫铝酸盐水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀性能的变化规律如图1-2所示。

图1 120d硫酸盐侵蚀抗折抗蚀系数Kp的变化规律

图2 180d硫酸盐侵蚀抗折抗蚀系数Kp的变化规律

从图1-图2可知，聚合物胶粉对硫铝酸盐水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀能力会产生影响。随着聚合物胶粉掺入量的增大，砂浆的抗硫酸盐侵蚀能力变现为先增后减，具有一定的变化规律,且醋酸乙烯酯共聚物类胶粉对砂浆的抗硫酸盐侵蚀能力的影响比丙烯酸类胶粉更显著。

由图1、图2可知，A、B（醋酸乙烯酯共聚物类胶粉）对砂浆的抗折抗蚀系数的变化规律影响差异性较小，180d两种胶粉当掺量为 2%时，Kp分别提高了5.83%、1.82%；C类胶粉当掺量为 4%时，硫铝酸盐水泥砂浆浸泡 180d后的 Kp基本保持不变。

2.2 Thaumasite盐侵蚀

图3 120d Thaumasite盐侵蚀抗折抗蚀系数Kp的变化规律

图4 180d Thaumasite盐侵蚀抗折抗蚀系数Kp的变化规律

从图3-图4可知，硫铝酸盐水泥砂浆抗Thaumasite盐侵蚀能力与聚合物胶粉的种类、掺量有关。随着聚合物胶粉掺量的增加，掺A、B类聚合物胶粉的硫铝酸盐水泥砂浆抗Thaumasite盐侵蚀能力逐步提高；掺C类聚合物胶粉的硫铝酸盐水泥砂浆抗Thaumasite盐侵蚀能力逐步降低。C类胶粉改善抗Thaumasite盐侵蚀的能力弱于A、B类胶粉。

从图3和图4分别可知，浸泡120d、180d后，A、B（醋酸乙烯酯共聚物类胶粉）对砂浆抗折抗蚀系数Kp的影响规律差异性均较小，，当掺量为4%时，硫铝酸盐水泥砂浆的Kp均达到最大值，120d Kp分别提高20.83%、19.79%，180d Kp分别提高20.41%、19.39%；C类（丙烯酸类胶粉）胶粉当掺量为4%时，120d和180d的Kp分别降低了8.3%、10.2%。

2.3 海水侵蚀

图5 120d 海水侵蚀抗折抗蚀系数Kp的变化规律

图6 180d 海水侵蚀抗折抗蚀系数Kp的变化规律

从图5-图6可知，硫铝酸盐水泥砂浆抗海水侵蚀能力与聚合物胶粉的种类、掺量有关。随着聚合物胶粉掺量的增加，硫铝酸盐水泥砂浆抗海水侵蚀的能力逐步提高；C类胶粉改善硫铝酸盐水泥砂浆抗海水侵蚀的能力显著高于A、B类胶粉。

从图5和图6分别可知，浸泡120d、180d后，A、B（醋酸乙烯酯共聚物类胶粉）对砂浆抗折抗蚀系数Kp的影响规律差异性均较小，当掺量为2%时，120d Kp分别提高12.4%、7.2%，180d Kp分别提高14%%、11%；C类（丙烯酸类胶粉）胶粉当掺量为3%时，120d和180d的Kp分别提高了14.43%、18%。

3 结论

（1） 聚合物胶粉能够改善硫铝酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀能力，且醋酸乙烯酯共聚物类胶粉的影响比丙烯酸类胶粉更显著，当胶粉A掺量为2%时，砂浆的抗折抗蚀系数提高5.83%。

（2）随着聚合物胶粉掺量的增加，掺A、B类聚合物胶粉的硫铝酸盐水泥砂浆抗Thaumasite盐侵蚀能力逐步提高；掺C类聚合物胶粉的硫铝酸盐水泥砂浆抗Thaumasite盐侵蚀能力逐步降低。C类胶粉改善抗Thaumasite盐侵蚀的能力弱于A、B类胶粉。当胶粉A掺量为4%时，砂浆的抗折抗蚀系数提高了20.41%

（3）随着聚合物胶粉掺量的增加，硫铝酸盐水泥砂浆抗海水侵蚀的能力逐步提高；C类胶粉改善硫铝酸盐水泥砂浆抗海水侵蚀的能力显著高于A、B类胶粉。当胶粉C掺量为3%时，砂浆的抗折抗蚀系数提高了18%。

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