硫铝酸盐水泥基修补砂浆的力学性能
孟祥谦;叶正茂;程新
【摘 要】采用可再分散乳胶粉改性硫铝酸盐水泥制备修补砂浆,分别测试其抗折强度、抗压强度、折压比和黏结强度,并结合电子扫描显微镜(SEM)分析水泥砂浆微观结构以及可再分散乳胶粉对硫铝酸盐水泥砂浆的影响机理,研究不同掺量的可再分散乳胶粉对硫铝酸盐水泥砂浆力学性能的影响.试验结果表明:当可再分散乳胶粉质量分数掺量为3%时,水泥砂浆28d抗折、抗压强度可分别达到8.1MPa和45.5MPa,14d黏结强度可达4.78MPa;掺入可再分散乳胶粉后,砂浆力学性能改性效果明显.随着可再分散乳胶粉掺量的增加,砂浆的抗折强度大幅度提高,抗压强度降低,折压比增大,黏结强度增大.
【期刊名称】《济南大学学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2010(024)001 【总页数】4页(P1-4)
【关键词】硫铝酸盐水泥;修补砂浆;可再分散乳胶粉;力学性能 【作 者】孟祥谦;叶正茂;程新
【作者单位】济南大学,材料科学与工程学院,山东,济南,250022;济南大学,材料科学与工程学院,山东,济南,250022;济南大学,材料科学与工程学院,山东,济南,250022 【正文语种】中 文 【中图分类】TQ172.79
水泥砂浆由于没有粗集料而在修补工程中广泛应用,近年来广泛应用的工程修补干粉砂浆多使用硅酸盐水泥。与硅酸盐水泥相比,硫铝酸盐水泥的组分以无水硫铝酸钙矿物为主,使水泥具有早强、高强、抗渗、耐腐蚀和低碱度等诸多优良特性,具有更加广阔的发展与应用前景[1-2],特别应用于冬季施工、水利、修补等特殊工程中。但普通水泥砂浆的主要缺陷在于脆性过大而柔性不足,其抗压强度很高,而抗拉强度和粘结强度较低[3],硫铝酸盐水泥也存在这种缺点,同样了它的应用。利用高分子聚合物来代替水泥砂浆中的一部分胶凝材料,制成聚合物改性普通水泥砂浆,可以有效提高水泥砂浆的抗拉强度和韧性 [4-8]。可再分散乳胶粉性能稳定,使用可再分散乳胶粉作为聚合物生产的单组分干拌砂浆使得施工操作更容易,可以对砂浆在使用中的安全性和耐久性提供更大的保证[9]。
本试验 k采用可再分散乳胶粉对硫铝酸盐水泥进行改性来制备修补砂浆,研究可再分散乳胶粉对硫铝酸盐水泥砂浆力学性能的影响。
试验使用的水泥为山东济宁金鲁城公司产42.5快硬硫铝酸盐水泥,可再分散乳胶粉是国民淀粉化学有限公司生产,砂子采用 ISO标准砂,消泡剂选用天津科盟化工公司产品。快硬硫铝酸盐水泥化学组分见表 1,可再分散乳胶粉性能指标见表 2。 本试验参照 GB/T 2419—2005《水泥胶砂流动度测定方法》、GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)和 DL/T 5126—2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》进行。 1.2.1试验配合比
用于水泥砂浆力学性能实验的样品按水、灰、砂比为
m(水)∶m(灰)∶m(砂)=x∶1∶3,拌合水用量 x根据新拌砂浆流动度确定,所有砂浆流动度均控制在(170±5)mm;消泡剂掺量为水泥用量的 0.4%;可再分散乳胶粉掺量分别为硫铝酸盐水泥用量的0%、1%、2%、3%、4%,试样编号为 S0～S4。具体配合比见表 3。
1.2.2 砂浆的制备、成型、养护和测试
砂浆制备:先将称量准确的可再分散乳胶粉和水泥、标准砂放入搅拌锅干混 1 min,然后将混合均匀的粉料倒入掺有消泡剂的拌合水中,按 ISO方法成型
40mm×40mm×160mm的 3联砂浆试块;在标准恒温恒湿养护箱内养护 24 h后脱模,再放入(20±3)℃、相对湿度为(65±10)%的标准养护室中养护,测定不同养护龄期(1 d,3 d和 28 d)试件的强度。
强度测试:抗压强度和抗折强度根据 ISO方法测试。
砂浆黏结强度的测定方法采用日本材料科学协会推荐测定黏结抗折强度的方法[10],如图 1所示。基准砂浆在 40mm×40mm×160mm试模中成型,脱模后在养护室中标准养护 28 d后用切割机将试件切成两半,并用砂轮修整,保持粘贴面湿润重置于试模中。将新拌修补砂浆在 40 mm×40 mm×80 mm的基准砂浆试块断面上浇筑成型出 40mm×40 mm×160mm的完整砂浆试块,于标准恒温恒湿养护箱内养护 24 h后脱模,然后在标准养护室中养护至 14 d。到达龄期后按测定抗折强度的方法测定试件的黏结抗折强度[11]。
抗折强度和抗压强度采用 YE-30型液压式压力试验机和 KZJ-6型电动抗折试验机。试验结果见图 2和图 3。如图 2和图3所示,掺入可再分散乳胶粉,各龄期抗折强度均有增长,早期抗折强度增长较快,后期强度增长较慢。试件 1 d、3 d抗折强度均随胶粉掺量的增加而增大;当胶粉掺量为 w=3%时,28 d抗折强度最高,为 8.1MPa,当胶粉掺量大于 3%时,28 d抗折强度出现回落。
掺入可再分散乳胶粉后,抗压强度比空白基准试样有所降低,随乳胶粉掺量增加呈下降趋势。早期抗压强度降低比较明显,后期趋于缓慢,28d龄期时抗压强度随胶粉掺量降低不明显。当掺量 w=4%时,各龄期抗压强度均为最低,1 d和 3 d抗压强度分别为 29.4MPa和38.5MPa,比基准试样降低了17.2%和 9%;28 d抗压强度为 44.9MPa,仅比基准试样降低了 5.9%。这可能是由于掺入乳胶粉后延缓了水泥的水
化反应,影响了早期抗压强度。但掺入乳胶粉后,后期抗压强度损失不大,当掺量为w=3%时,28 d抗压强度达 45.5 MPa,符合硫铝酸盐水泥标准,结果仍然使人满意。 粘结强度是关系到修补砂浆修补成败的重要指标,使用 KZJ-6型电动抗折试验机测定。不同乳胶粉掺量的修补砂浆的黏结强度试验结果见图 4。
如图 4所示,掺入可再分散乳胶粉后,砂浆 14 d黏结强度均大于未掺胶粉的基准砂浆试样。当乳胶粉掺量仅为 w=1%时,砂浆 14 d黏结强度就可达到 4.44MPa,说明掺入乳胶粉可明显改善水泥砂浆的表面黏结能力。砂浆黏结强度随着乳胶粉掺量的增加而增大,当掺量为 w=3%时,其黏结强度为4.78MPa,比未掺胶粉的基准试样增加了 31%;当掺量大于 3%时,强度增加不明显。
水泥砂浆抗折强度和抗压强度的比值即为折压比,它是反映砂浆柔韧性能好坏的重要指标。折压比越大,砂浆的柔韧性越好。为了反映砂浆折压比与可再分散乳胶粉掺量的关系,通过计算绘制成曲线(见图 5)。如图 5所示,掺入可再分散乳胶粉后,硫铝酸盐水泥砂浆的折压比均比基准试样有了大幅度增长,砂浆的折压比随着乳胶粉掺量的增加而增大;1d龄期的折压比较大,说明砂浆早期柔韧性较高,脆性较低。砂浆柔韧性提高、脆性降低,有利于在修补工程中运用。
掺入可再分散乳胶粉后,有效提高了硫铝酸盐水泥修补砂浆的抗折强度、黏结强度和折压比。随着乳胶粉掺量的增加,各项力学性能指标均随之增大,当乳胶粉掺量质量分数超过 3%时,强度增加不明显。出于成本考虑,可再分散乳胶粉掺量为 3%时比较合适。
取未掺加乳胶粉的 S0试样和掺加质量分数w=3%乳胶粉的 S3试样,用日立 S-2500型扫描电子显微镜观察其水化 3 d的硬化浆体显微断面形貌,见图 6。 从图 6可以看出,S0试样水化形成的钙矾石散布于硬化浆体中,水泥浆体中孔隙比较多,而且孔径较大,大孔在水泥浆体中占有较大比例,与集料界面结合处不紧密;S3试样中可再分散乳胶粉形成的聚合物与水泥水化形成的凝胶混合在一起,将钙矾石
包裹起来,使水泥浆体更加密实,界面结合更紧密,孔径及孔的数量也明显低于 S0试样。掺入可再分散乳胶粉后,硬化水泥浆体变得更加密实。这主要是由于通过聚合物分子的扩散,乳胶颗粒均匀地分散于水泥颗粒中,与水泥水化产物一起形成一个整体网络。乳胶颗粒在砂浆中形成不溶于水的连续膜,贯穿于整个水泥的水化相中,与砂浆之间产生铆接和桥连,使砂浆的内聚强度提高,形成了结构密实的硬化浆体,因此提高了界面的黏结性能,对砂浆本身力学性能的改性效果明显。
(1)在硫铝酸盐水泥中掺入可再分散乳胶粉,可以有效提高砂浆的抗折强度,但抗压强度会稍有损失。当乳胶粉掺量为 w=3%时,28d抗折强度最高可达 8.1MPa,抗压强度达 45.5MPa。
(2)掺入可再分散乳胶粉后,黏结强度显著提高。当乳胶粉掺量为 w=3%时,黏结强度达 4.78 MPa,比未掺胶粉的普通砂浆试件增加了 31%。这说明掺入乳胶粉后水泥砂浆粘结性能优于普通砂浆,符合修补砂浆要求。
(3)可再分散乳胶粉可明显提高砂浆的折压比,使得砂浆的柔韧性提高,说明掺入可再分散乳胶粉后,可以使硬化水泥砂浆由脆性材料转变为一种柔性材料。
(4)掺入可再分散乳胶粉后,通过乳胶颗粒的再分散和成膜,可以在水泥浆体中与水泥水化产物形成连续的网络结构,有效提高了水泥砂浆的力学性能。
程 新(1963-),男,山东即墨人,济南大学校长,教授,博士,博士生导师。 【相关文献】
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