性能穩(wěn)定的丁苯乳液改性修補(bǔ)混凝土配制

王志新，刁桂芝

（中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院綠色建筑材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100024）

性能穩(wěn)定的丁苯乳液改性修補(bǔ)混凝土配制

王志新，刁桂芝

（中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院綠色建筑材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100024）

通過對(duì)不同聚灰比的SBR（丁苯乳液）改性修補(bǔ)混凝土及對(duì)使用不同批次的丁苯乳液配制乳液改性修補(bǔ)混凝土的物理力學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比研究，試驗(yàn)表明聚灰比為0.15時(shí)，修補(bǔ)混凝土的性能優(yōu)越，而不同批次SBR乳液對(duì)修補(bǔ)混凝土的容重影響較大，可以摻入適量的消泡劑加以控制，改性后的混凝土的吸水率下降，抗折、抗壓強(qiáng)度均有一定程度提高，氯離子滲透性降低。通過調(diào)整SBR乳液改性混凝土的容重，有助于配制出性能優(yōu)越的SBR乳液改性修補(bǔ)混凝土。

聚合物修補(bǔ)混凝土； 丁苯乳液； 容重

混凝土和鋼筋混凝土作為主要的建筑材料廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。混凝土構(gòu)筑物在長(zhǎng)期的使用過程中，受到重荷載、凍融循環(huán)、氯離子的滲透、表面磨蝕、腐蝕介質(zhì)的侵蝕等因素的影響，許多混凝土出現(xiàn)了開裂、剝落、空鼓等現(xiàn)象，大大地影響了工程的使用壽命。另外地震對(duì)混凝土構(gòu)筑物（如工業(yè)與民用建筑、混凝土路面、橋梁等）具有非常大的破壞，混凝土受損非常嚴(yán)重。因此，對(duì)受損混凝土進(jìn)行修復(fù)就越來越重要，研究選擇具有高耐久性的修補(bǔ)材料進(jìn)行受損混凝土修復(fù)，使混凝土構(gòu)筑物有效使用壽命延長(zhǎng)，可以節(jié)約巨大的重建費(fèi)用。我國(guó)在早期對(duì)混凝土修復(fù)主要采用在混凝土中添加活性外摻量的方法進(jìn)行修補(bǔ)，這類修復(fù)材料的防水性能、抗氯離子滲透、抗凍性等耐久性較差，對(duì)受損混凝土構(gòu)筑物不能夠持久地加固及防護(hù)，現(xiàn)已在修補(bǔ)工程中逐漸被淘汰。隨著新材料的發(fā)展和國(guó)家綜合實(shí)力的提高，我國(guó)已開始廣泛使用聚合物乳液改性水泥基材料修復(fù)混凝土，這是由于聚合物乳液摻入水泥基材中能夠較好地克服傳統(tǒng)修復(fù)材料的弊端。但如何正確選擇組成材料和配制工藝，將會(huì)直接影響到修補(bǔ)混凝土的質(zhì)量。目前，在該領(lǐng)域使用較為廣泛的聚合物是丁苯乳液，該乳液具有良好的粘結(jié)力及耐腐蝕性能。該文將就對(duì)丁苯乳液改性修補(bǔ)混凝土的部分性能進(jìn)行研究探討，為聚合物改性修補(bǔ)混凝土的工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

1）聚合物乳液：美國(guó)陶氏固瑞特種乳液有限公司生產(chǎn)的SBR乳液，物理性能見表1。

表1 SBR乳液的物理性能

2）水泥：采用冀東水泥廠生產(chǎn)的盾石牌42.5＃普通硅酸鹽水泥。

3）集料：采用河砂及細(xì)碎石，其中河砂的細(xì)度模數(shù)分別為2.8，細(xì)碎石的最大粒徑為1.5cm。

4）消泡劑：選用海川公司生產(chǎn)的F111液體消泡劑。

1.2 方法

混凝土的性能試驗(yàn)按GB／T 50080—2002《普通混凝土拌和物性能試驗(yàn)方法》及GB／T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定進(jìn)行，氯離子滲透性能按ASTMC 1202—97《混凝土氯離子滲透性能實(shí)驗(yàn)方法》進(jìn)行。試件養(yǎng)護(hù)方法：在標(biāo)準(zhǔn)條件下水養(yǎng)7d，然后放置于干空室至規(guī)定齡期。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同聚灰比的修補(bǔ)混凝土性能對(duì)比

在實(shí)際修補(bǔ)工程中，混凝土修補(bǔ)的深度多小于5cm，如果混凝土在高荷載運(yùn)行使用環(huán)境中，配合比中還需摻入適量的鋼纖維進(jìn)行增強(qiáng)，因此，修補(bǔ)混凝土配比中砂率通常控制在50%～60%，粗集料使用較小粒徑的碎石。該試驗(yàn)配合比及新拌混凝土性能見表2，混凝土力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 試驗(yàn)配合比及新拌混凝土性能

表3 不同聚灰比的混凝土力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

從表2中的結(jié)果可以看出，隨著SBR乳液的聚灰比的提高，混凝土的水灰比有較大的降低，當(dāng)聚灰比為0.15時(shí)，比空白混凝土水灰比下降了近一倍，同時(shí)坍落度還大大地提高，這說明SBR乳液對(duì)混凝土的減水效果明顯，混凝土的施工性能有了很大的改善。

從表3可知，SBR乳液改性修補(bǔ)混凝土和空白混凝土相比，28d的抗壓強(qiáng)度比空白混凝土中略微有所降低，吸水率大大降低，當(dāng)聚灰比為0.15時(shí)，抗折強(qiáng)度比空白試件提高了34.7%，通過乳液改性后，混凝土的韌性很大的增強(qiáng)，在實(shí)際工程的修補(bǔ)中，如果在重荷載的頻繁沖擊下，混凝土的使用年限也能大大延長(zhǎng)。

但隨著聚合物摻量的提高，改性混凝土的含氣量有所提高，容重有較大的降低，而且明顯要低于空白混凝土，這表明隨著聚合物乳液的摻量增加，混凝土內(nèi)部引入的氣泡有明顯增多，當(dāng)引氣量增大到相當(dāng)?shù)某潭葧r(shí)，勢(shì)必影響到混凝土的各項(xiàng)物理力學(xué)性能。因此，在配制聚合物修補(bǔ)混凝土?xí)r，不能簡(jiǎn)單地在混凝土中摻入聚合物乳液，還應(yīng)對(duì)乳液的種類、乳液質(zhì)量等因素加以考慮。

2.2 不同批次的乳液對(duì)混凝土的容重的影響

聚合物乳液在合成過程中，由于加入了表面活性劑，因此，乳液摻入混凝土后，在攪拌過程中會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡，使混凝土的含氣量明顯提高，容重降低。此外，乳液在合成過程中，所使用的原材料會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，因此生產(chǎn)出乳液的物理性能也會(huì)有較大的波動(dòng)。我們選用了B1、B2兩批不同生產(chǎn)日期的SBR乳液進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。很明顯，不同批次的SBR乳液的固體含量、pH值及粘度值均有很大的波動(dòng)，這對(duì)配制修補(bǔ)混凝土的穩(wěn)定性將會(huì)產(chǎn)生影響。

表4 兩個(gè)批次SBR乳液的物理性能

通常，可以在SBR乳液中加入一定量的消泡劑來抑制乳液中氣泡的產(chǎn)生，以降低修補(bǔ)混凝土的含氣量，但消泡劑的量應(yīng)嚴(yán)格控制，加量太小，消泡的效果不好，加量過高，極易造成乳液嚴(yán)重分層。

因此，在乳液實(shí)際使用中，如何正確確定消泡劑的摻量就變得十分重要。為了減少混凝土試驗(yàn)的工作量，我們?cè)谙旅娴脑囼?yàn)中將采用水泥砂漿進(jìn)行試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)方法是：在乳液中加入不同摻量的液體消泡劑，并對(duì)配制改性水泥砂漿（砂灰比為2.5，聚灰比為0.15）的容重進(jìn)行比較，在滿足相同的砂漿流動(dòng)度條件下來確定合理的消泡劑的摻量。試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出，改性水泥砂漿的容重隨著消泡劑的摻量逐漸增加而增大，這表明消泡劑能夠較為有效地抑制砂漿內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，當(dāng)容重略高于空白水泥砂漿的容重（實(shí)測(cè)值為2 130kg／m3）時(shí)，提高消泡劑的摻量效果并不明顯。從圖中可以確定B1批次SBR乳液中的消泡劑的適宜摻量為0.3%左右，B2批次SBR乳液中的消泡劑的適宜摻量為0.06%左右。

此外，試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)如果消泡劑超量使用后，改性砂漿的容重變化不大，砂漿的需水量反而增加。因此，在使用不同批次乳液時(shí)，我們可以通過改性水泥砂漿的容重與消泡劑摻量的關(guān)系來確定乳液中消泡劑在水泥修補(bǔ)砂漿中的適宜加量。

下面試驗(yàn)中，我們使用上述方法確定的消泡劑適宜摻量，直接使用于聚合物修補(bǔ)混凝土中，檢驗(yàn)是否適用于聚合物改性修補(bǔ)混凝土的配制。

2.3 性能穩(wěn)定的SBR乳液改性修補(bǔ)混凝土的配制

我們選擇以上二個(gè)批次的SBR乳液，并加入上述方法確定的合理?yè)搅康南輨瑢?duì)SBR乳液改性修補(bǔ)混凝土的性能進(jìn)行了對(duì)比。SBR乳液改性混凝土的拌合物性能及部分力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果分別見表5及表6，其中試驗(yàn)配制的混凝土的水泥用量為400kg／m3。

在B1批次的乳液中摻入0.3%的消泡劑后，從表5中可以看出B1批次的乳液改性混凝土的含氣量下降了1.8%，容重與空白混凝土接近，吸水率也降至2.2%，抗壓、抗折強(qiáng)度均有了較大的提高。而未加消泡劑的B1批次乳液改性混凝土的容重比空白混凝土要低14%左右，混凝土的強(qiáng)度明顯要低于摻入適量消泡劑的混凝土，可見在SBR乳液改性混凝土中，控制混凝土的容重是至關(guān)重要的。

在B2批次的乳液中加入0.06%的消泡劑后，修補(bǔ)混凝土含氣量降為4%，其容重略高于空白混凝土，此時(shí)混凝土的各項(xiàng)性能有了很大的改善，15min后的坍落度損失也很小，28d的抗壓強(qiáng)度超過了40MPa，56d后抗壓強(qiáng)度還有24%的增長(zhǎng)，同時(shí)吸水率和空白混凝土相比降低了近4倍，抗氯離子滲透性也降至1 500庫(kù)侖以下，56d后抗氯離子滲透性降為1 000庫(kù)侖以下。

表5 試驗(yàn)配合比及新拌混凝土性能

表6 SBR改性混凝土的物理力學(xué)性能

以上結(jié)果表明，SBR乳液中摻入適量消泡劑后，能夠大大減少混凝土內(nèi)部的氣孔，提高了修補(bǔ)混凝土的致密性，改善了混凝土的各項(xiàng)物理力學(xué)性能。而采用SBR乳液摻入水泥砂漿中的方法來確定乳液中的消泡劑的摻量是行之可效的，可以作為修補(bǔ)混凝土中最佳消泡劑摻量選擇的參考，消泡的實(shí)際效果可以通過混凝土試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，這樣可以大大減少混凝土的試驗(yàn)量。

綜上所述，通過控制SBR乳液改性混凝土的容重，有助于配制出性能優(yōu)越的SBR乳液改性修補(bǔ)混凝土。

3 結(jié) 論

a.使用SBR乳液來配制改性修補(bǔ)混凝土，能夠改善修補(bǔ)混凝土的施工性能，較大提高混凝土的抗折強(qiáng)度；若直接簡(jiǎn)單摻入混凝土中，會(huì)造成混凝土容重偏低，修補(bǔ)混凝土的物理力學(xué)性能下降。

b.不同批次的SBR乳液的物理性能有較大的差異，加入混凝土中易產(chǎn)生大量的氣泡，在使用前應(yīng)加入適量的消泡劑。消泡劑的摻量可以通過測(cè)定不同消泡劑的摻量對(duì)改性水泥砂漿容重的影響作為參考。

c.SBR乳液修補(bǔ)混凝土中加入適量的消泡劑后，混凝土的容重明顯增加，含氣量降低，抗折、抗壓強(qiáng)度均有一定程度的提高，抗氯離子滲透性降低。這是由于SBR乳液中摻入適量消泡劑后，能夠大大減少混凝土內(nèi)部的氣孔，提高了修補(bǔ)混凝土的致密性，改善了混凝土的各項(xiàng)物理力學(xué)性能。

［1］王海永，修 湖，高登攀.聚合物改性混凝土的現(xiàn)狀與展望［J］.中國(guó)建材科技，2006（2）：18－19.

［2］張純禹.高性能修補(bǔ)材料［J］.上海建材，2002（4）：27－28.

［3］李祝龍，梁乃興.丁苯類聚合物乳液對(duì)水泥水化硬化的影響［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，1999（1）：8－9.

［4］蒙井玉，王化河.羧基丁苯聚合物水泥基材料的改性機(jī)理分析［J］.重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（2）：44－45.

［5］郭志敏，李曉娟.高流動(dòng)性超早強(qiáng)路面修補(bǔ)混凝土的研究［J］.混凝土，2006（12）：86－89.

Prepare of High－performance SBR Latex Modified Reparing Concrete

WANG Zhi－xin，DIAO Gui－zhi
（State Key Labratory of Green Building Materials，China Building Materials Academyk，Beijing 100024，China）

We carried out a research to compare the physical and mechanical properties of SBR latex modified repairing concrete which has various polymer－cement ratio and using various batches of SBR latex.These experiments showed that the properties are excellent when polymer－cement ratio of the concrete is 0.15.Different batches of SBR latex have a significant impact on density of the concrete，but we can control it by using defoamer.The SBR latex modified repairing concrete have lower water absorptivity，lower chloride ion penetration，higher compressive strength and higher flexural strength.We can prepare high－performance SBR latex modified repairing concrete by adjusting the density of the concrete.

polymer modified repairing concrete； SBR latex； density

10.3963／j.issn.1674－6066.2014.02.005

2014－03－06.

國(guó)家“十二五”科技計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAJ20B02）.

王志新（1972－），教授級(jí)高級(jí)工程師.E－mail：zhixin1995＠aliyun.com