高性能聚合物水泥砂浆（PCM）工作性能提升

齐秀廷，张佳

（山西工程科技职业大学，晋中 030619）

1 前言

高性能聚合物水泥砂浆（PCM）是建筑工程中较为主流的施工材料，在加固混凝土结构、提升结构抗震性能等方面均具有重要的应用价值。工程实践中，影响PCM工作性能的因素较多，为提升材料性能，需要进行研究，确定影响因素及影响特点，合理应用原材料。

2 PCM 的工作性能

（1）流动性：从良好的可塑性和自流平性两个方面体现PCM的流动性，得益于此特性，PCM能够有效填充至狭缝和空隙中，保证填充的均匀性和饱满性，属于修复裂缝时的常用材料。

（2）粘附性：PCM稳定粘附在基层上，保证结构的完整性和可靠性，同时也提升了砂浆的抗剥离性能，使施工成型的建筑结构具有耐久性。

（3）抗裂性：PCM 对温度、荷载的适应能力强，有效抵抗基层的收缩和变形，防开裂效果良好，采用PCM 施工而成的建筑结构具有完整性。

（4）抗渗性：阻止水分的渗透，减弱水对建筑结构的侵蚀作用，且在遇到冻融循环条件时也具有可靠性，不易由于恶劣环境而出现结构损伤。

（5）抗压强度：采用PCM 施工而成的结构具有较高的抗压强度，在受到强烈的荷载作用时仍保持稳定，改善结构失稳、受损等问题。

（6）早强性：PCM在较短的时间内达到较大的强度，可以在保证施工质量的前提下缩短工期，尤其是在工期较紧的项目中具有突出的应用效果。例如，对于结构修复或是其它时间短、任务重的施工项目，可采用PCM进行快速处理。

3 试验工况

3.1 试样制备

模具尺寸为160mm×40mm×40mm，在不同配合比的高性能聚合物砂浆凝结前，将浆液装入模具，24h 后脱模，制备18 个试样。养护条件为温度（20±5）℃、相对湿度（65±10）%，进行单轴抗压、抗折强度试验和流动度试验。

3.2 试验方法

（1）抗压、抗折试验。每组试样测试3 块，分别在不同的时期进行试验，最终结果取试验数据的平均值。抗折试验采用KZJ-5000B 型电动抗折试验机，试件的侧面置于仪器支撑圆柱上，将垂直荷载加载至侧面，试验全过程中加载速率均稳定在（50±10）N/s，按此方式持续进行加载，并检验试件在不同荷载下的状态，待试件折断时结束试验，全程均要及时记录试验数据。此外，用SUNS压力机进行单轴抗压强度试验，受压面为试件成型的两个侧面。棱柱体露在压板外的部分控制在10mm 左右，半截棱柱体中心与压板中心差始终稳定在±0.5mm 以内，以（2400±200）N/s 的速率持续进行加载，期间观察试件的状态，待试件破坏后结束试验，记录各项试验数据。

（2）流动度试验。提起试模，按每秒钟跳1 次的频率进行25 次跳动，测量胶砂底面两个垂直方向的直径，将基于实测数据计算而得的平均值作为最终的流动度测定结果。

4 试验结果分析

PCM 的工作性能随着原材料掺量的变化而发生改变，按上述提及的方法进行试验后，根据试验结果研究各原材料掺量对PCM工作性能的影响，具体如下：

4.1 矿粉、微珠掺量

按照不同的矿粉、微珠掺量制备5 种试件（P1～P5），除矿粉、微珠两者的掺量有所调整外，水泥、AC1 砂等原材料的用量均保持一致，各组试件的配合比，如表1所示。

表1 P1～P5 高性能PCM试件的配合比

根据P1～P5 试件的试验检测结果可知，PCM 的3d、7d、28d 抗压、抗折强度及流动度均随着矿粉掺量的降低、微珠掺量的增加而提高。

4.2 减水剂

按照是否掺入减水剂，制备2 组试件（P6 试件，减水剂掺量为0；P7 试件，减水剂掺量为27%），配合比如表2所示。

表2 P6、P7 高性能PCM试件的配合比

根据P6、P7 试件的试验检测结果可知，PCM的3d、7d、28d 抗压、抗折强度及流动度均由于掺入减水剂而提高。

4.3 纤维素醚与淀粉醚

按照不同的纤维素醚与淀粉醚掺量制备5 种试件（P8～P12），水泥、AC1 砂等原材料的用量均保持一致，各组试件的配合比，如表3 所示。

表3 P8～P12 高性能PCM试件的配合比

根据P8～P12 试件的试验检测结果可知，PCM 的3d、7d、28d 抗压、抗折强度均由于纤维素醚与淀粉醚掺量的增加而提高，但流动度降低。

4.4 聚乙烯醇

按照不同的聚乙烯醇掺量制备6 种试件（P13～P18），水泥、AC1 砂等原材料的用量均保持一致，各组试件的配合比，如表4 所示。

表4 P13～P18 高性能PCM试件的配合比

根据P13～P18 试件的检测结果可知，增加聚乙烯醇掺量后，PCM的3d、7d、28d 抗压强度、抗折强度均呈现阶段性的变化规律，前期增加，后期减小，流动度随着掺量的增加而持续降低。若要提高PCM的抗压、抗折强度，可以掺入聚乙烯醇，但必须控制好此类材料的掺量，若过度掺入，反而会导致抗压、抗折强度降低，且会导致PCM的流动度不达标，通常其掺量超过S105 矿粉掺量的14%则视为过量。

5 结论

（1）增加微珠的掺量，降低矿粉的掺量，PCM的抗压、抗折强度及流动度均具有逐步提高的变化趋势；增加纤维素醚和淀粉醚的掺量，抗压、抗折强度提高，流动度降低；是否掺入减水剂对PCM性能也有影响，抗压、抗折强度及流动度将由于掺入减水剂而提高。

（2）聚乙烯醇对PCM的抗压、抗折强度的影响具有阶段性的变化，随着该类材料掺量的逐步增加，两项强度指标均具有前期提高、后期降低的变化趋势；过量掺入聚乙烯醇反而会影响PCM的性能，通常其掺量超过S105 矿粉掺量的14%时视为过量，为充分发挥出聚乙烯醇的性能优势，可以将S105 矿粉掺量的14%作为该类材料的最佳掺量。对于PCM的流动度，则会随着聚乙烯醇掺量的增加而降低。

（3）根据各类材料在不同掺量时对PCM性能的影响规律，提出如下提升PCM性能的材料掺量控制思路：增加微珠、纤维素醚、淀粉醚、聚乙烯醇的掺量，减少矿粉的掺量，并适当掺入减水剂，改善PCM的工作性能，但以聚乙烯醇较为特殊，由于其掺量超过S105 矿粉掺量的14%时将产生负面影响，因此实际掺量按S105 矿粉掺量的14%进行控制最佳。添加剂作为改善混合料性能的外加材料，在合理控制用量后，将缓解砂浆流动度差、强度低的问题。