环氧类聚合物水泥修补砂浆试验研究

刘誉璟

中铁十六局集团第三工程有限公司

1 引言

环氧树脂聚合物水泥修补砂浆是由水泥、水、骨料、具有胶结性质的聚合物——水性环氧树脂以及外加剂为原材料混合，经凝结硬化而制成的砂浆。聚合物水泥砂浆硬化后，砂浆中的聚合物可有效地封闭连通的孔隙，增加砂浆的密实性及抗裂性。主要针对桥梁和挡墙施工过程中因振捣不到位产生的局部不密实或漏浆产生的蜂窝麻面、露筋等质量问题。

2 原材料

主要原材料有：ISO标准砂、P.O42.5水泥（宁波科环）、改性双酚A型环氧树脂（25℃黏度8000mPa·s～12000mPa·s、环氧当量190～205、密度1.15g/ml～1.16g/ml）、HTW-208型水溶性胺类水性环氧树脂固化剂（含固体量为60%、25℃黏度10000mPa·s～15000mPa·s、环氧当量300～360、密度1.08±0.02g/ml）、饮用水。

3 配合比

本试验主要研究了环氧类聚合物修补砂浆，调整水性环氧树脂溶液中水的比例，制成四种水性环氧树脂溶液，固化剂、环氧树脂乳液、水的配比（分别为1:1.3:1、1:1.3:2、1:1.3:3、1:1.3:4）和灰砂比（分别为1:2和1:3）配置水性环氧树脂水泥修补砂浆，砂浆水料比由砂浆稠度确定（70mm～90mm)，依据《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GB/T 1346—2011）、《混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆》（JG/T 336—2011）规范进行凝结时间、抗折、抗压及黏结拉伸强度试验研究。

4 试验结果

4.1 水性环氧树脂对水泥净浆凝结时间的影响

将水性环氧树脂乳液掺入水泥浆体，测得改性水泥砂浆的初凝时间和终凝时间并分别将灰砂比为1:2和1:3时砂浆的初凝时间和终凝时间绘成柱状图，如图1，图2所示。

图1 灰砂比1:2

图2 灰砂比1:3

聚合物乳液对水泥净浆在通常情况下具有一定的缓凝作用，缓凝作用随着其掺量的增加而增加。但是通过对比图中数据可知，水性环氧树脂改性水泥净浆的凝结时间并未随着乳液中水的比例的减少呈现递减趋势，而是在达到一个极小值（1:1.3:2）后开始有所回升。

4.2 环氧类聚合物修补砂浆胶砂强度的试验分析

试验试块的灰砂比分别为1:2和1:3，通过控制砂浆的稠度来调整水性环氧树脂的掺量，固化剂:环氧:水分别为1:1.3:1，1:1.3:2，1:1.3:3，1:1.3:4，养护时间为7d和28d。按照《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》（GB/T 17671—1999）测定试块胶砂强度，结果如表1所示。

表1 调整水性环氧树脂乳液配比和灰砂比测定的7d与28d胶砂强度

《混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆》（JG/T 336—2011）要求7d抗压强度≥10MPa，抗折强度≥4MPa，28d抗压强度≥15MPa，抗折强度≥6MPa。表1数据中，聚合物砂浆7d抗压强度最低为12.2MPa，最高为29.2MPa，抗折强度最低为6.1MPa，最高为12.8MPa，聚合物砂浆28d抗压强度最低为20.5MPa，最高为39.9MPa，抗折强度最低为6.4MPa，最高为14.9MPa，所有数据均为有效数据。

4.3 水性环氧树脂乳液中水的比例对胶砂强度的影响

根据表1调整灰砂比和水性环氧树脂乳液浓度测定的试块胶砂强度，分析和应用数据，绘制出调整水性环氧树脂乳液中水的比例对抗折强度（图3）、抗压强度的影响（图4）。

图3

图4

如图3所示，灰砂比为1：2时的抗折强度差值大于1：3时的抗折强度，说明抗折强度随乳液中水的比例的增高而逐渐降低。由图4可知抗压强度都逐渐下降。说明随着乳液中水的比例的增大，抗压强度逐渐减小。

通过对上述图表的分析可知，水性环氧树脂的加入使砂浆的抗折抗压强度均有所提高。与普通的水泥砂浆相比，硬化后的水性环氧树脂乳液改性水泥砂浆的力学性能会得到一定的改善。

4.4 灰砂比对胶砂强度影响

根据表1调整灰砂比和胶粉掺量测定的试块胶砂强度，分析和应用数据，绘制出灰砂比对抗折、抗压强度的影响（图5、图6）。

图5

图6

由图5、图6得出，在砂浆试块中掺入水的比例不同的水性环氧树脂乳液时，灰砂比为1：2的试块抗折强度均比灰砂比为1：3大。其中，在水性环氧树脂乳液配比为1:1.3:1时，强度相差最大，灰砂比1:2比灰砂比1:3试块强度大5.3MPa，当水性环氧树脂乳液配比为1:1.3:3时，强度相差最少，相差1.7MPa。灰砂比越小，抗折强度越小。

4.5 水性环氧树脂修补砂浆黏结强度的试验分析

水性环氧树脂改性砂浆一般具有良好的黏结性和耐久性，但由于其价格昂贵，因此主要用于混凝土结构的加固补强，修补能否成功主要取决于新老砂浆的黏结性能。本试验灰砂比分别为1:2和1:3，调整水性环氧树脂乳液掺量，按《混凝土界面处理剂》（JC/T 907—2002）测定砂浆黏结强度，测定结果见表2。

表2 水性环氧树脂乳液中水的比例与灰砂比对黏结强度的影响

4.6 水性环氧树脂掺量对黏结强度的影响

根据表2调整灰砂比和胶粉掺量的试块黏结强度分析和应用数据，绘制出图7胶粉掺量对黏结强度的影响。

图7

图8

如图7所示，在灰砂比为1:2时，试块黏结强度随着水性环氧树脂中水的比例降低而增大，充分说明水性环氧树脂的掺量对黏结强度有影响，水性环氧树脂的掺量与黏结强度成正比。砂浆内掺入水性环氧树脂能进一步水化使水分减少后形成一层连续的薄膜，与水化产物及骨料胶结在一起，从而提高了砂浆的黏结力。

4.7 不同灰砂比时胶粉对黏结强度的影响

根据表2调整灰砂比和水性环氧树脂中水比例的试块黏结强度，分析和应用数据，绘制出图8灰砂比对黏结强度的影响。

如图8所示，在砂浆试块中掺入水的比例不同的水性环氧树脂乳液时，灰砂比为1:2的黏结强度均比灰砂比为1:3大。其中，在水性环氧树脂乳液配比为1:1.3:2时，强度相差最多，灰砂比为1:2的试块黏结强度比灰砂比为1:3的大0.22MPa；其中，在水性环氧树脂乳液配比为1:1.3:3时，强度相差最小，灰砂比为1:2的试块黏结强度比灰砂比为1:3的大0.17MPa。说明灰砂比对砂浆黏结强度有影响，灰砂比越大，黏结强度越高。

5 结论

本文进行一定量的试验，通过改变水性环氧乳液的配比和灰砂比研究了其对新拌水泥砂浆的性能和硬化后水泥砂浆的力学性能的影响。得出以下几个结论。

（1）通过水性环氧树脂乳液配比对凝结时间的影响试验中可知，不同配比的水性环氧树脂乳液对凝结时间有影响。水性环氧树脂掺量越高，凝结时间越低，并且，当水性环氧树脂掺量达到一定值时，凝结时间会有所回弹。

（2）通过水性环氧树脂中水的不同比例对抗压抗折强度的影响试验可知，抗折、抗压强度均随着砂浆中水性环氧树脂掺量的增加，呈上升趋势。水性环氧树脂掺加量越高，抗压抗折强度越高。

（3）灰砂比不同时水性环氧树脂对抗折和抗压强度的影响相同，灰砂比越低，抗折和抗压强度就越低。因为灰砂比越小，粉料总量不变，所以水泥含量就越少，骨料越多，可能影响了抗压强度。

（4）在水性环氧树脂对黏结强度的影响试验中表明，水性环氧树脂掺量越多黏结强度越大，并趋于平稳。砂浆内掺入水性环氧树脂能进一步水化使水分减少，在凝胶体上和空隙中紧密堆积的聚合物颗粒便凝结形成连续的薄膜，形成与水泥浆体互穿基质的混合物，并且使水化产物之间及骨料互相胶结，从而提高了砂浆的黏结力。