摻聚合物膠粉的硫鋁酸鹽水泥砂漿耐久性研究

康明旭 黃乙純 魯耀剛 羅章華 吳晚霞

(1.合誠(chéng)工程咨詢集團(tuán)股份有限公司， 福建 廈門 361009)（2.廈門合誠(chéng)工程技術(shù)有限公司， 福建 廈門 361027；3.廈門市快速公交場(chǎng)站有限公司， 福建 廈門 361004）

0 前言

硫鋁酸鹽水泥是一種早期強(qiáng)度高，凝結(jié)硬化快，抗凍性、耐蝕性和粘結(jié)性好的[1-2]，因此被廣泛應(yīng)用于道路的快速修復(fù)中[3-6]。聚合物水泥基材料具有明顯的抗腐蝕性，已作為修復(fù)材料應(yīng)用于地下工程或具有腐蝕環(huán)境下的建筑物修復(fù)[7-12]。硫酸鹽侵蝕是影響修復(fù)材料耐久性的重要影響因素，其危害性與海水侵蝕均為危害性較大的環(huán)境水侵蝕[13]。因此，本文研究了摻聚合物膠粉的硫鋁酸鹽水泥砂漿的抗?jié)B性以及在海水、硫酸鹽溶液以及Thaumasite鹽溶液下的侵蝕性能。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥：河北唐山北極熊牌42.5快硬硫鋁酸鹽水泥，化學(xué)組成見(jiàn)表1.

表1 水泥化學(xué)組成成分（%）

（2）細(xì)骨料：天然河砂，中砂。物理性能見(jiàn)表2。

表2 河砂物理性能

（3）聚合物膠粉：醋酸乙烯酯共聚物類膠粉（A、B），丙烯酸類膠粉（C）。

（4）外加劑：緩凝劑為廣州市預(yù)旗化工有限公司生產(chǎn)的ATMPA工業(yè)級(jí)緩凝劑，減水劑為福建省億方建材有限公司生產(chǎn)的HWR-S型聚羧酸系粉體減水劑。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 成型

清理鋼模，去除試模內(nèi)的雜物，然后在試模的內(nèi)表面涂一層機(jī)油后再涂上一層脫模劑，以方便脫模后清理；將水泥、聚合物膠粉、減水劑按照配合比稱量，倒入攪拌機(jī)內(nèi)，干拌 3min；加入溶有緩凝劑的水，攪拌 2-3min；將拌合物澆注40mmx40mmx160mm三聯(lián)模中，在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)1min。試件制備完成后在實(shí)驗(yàn)室中靜置1天，拆模、編號(hào)。

1.2.2 鹽類侵蝕

拆模后試塊分別采用5%的Na2S04溶液（抗硫酸鹽侵蝕）、5%的MgS04溶液（抗Thaumasite鹽侵蝕）、海水（抗海水侵蝕）浸泡。30d、60d、90d、120d更換溶液，常溫浸泡。采用全浸法浸泡。為使浸泡溶液與試塊充分接觸，試塊之間應(yīng)相互隔開(kāi)，溶液高出試塊l～2cm。

1.2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB749-65規(guī)定，以同齡期侵蝕溶液和清水浸泡180天的水泥砂漿試塊的抗折強(qiáng)度比值，即抗蝕系數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)：當(dāng)抗蝕系數(shù)小于0.8時(shí)，表明水泥基材料已發(fā)生硫酸鹽侵蝕破壞；抗蝕系數(shù)大于0.8時(shí)，表明沒(méi)有發(fā)生硫酸 鹽侵蝕破壞。

試驗(yàn)結(jié)果以試件的抗折抗蝕系數(shù)Kp和抗壓抗蝕系數(shù)Kc表示；抗折抗蝕系數(shù)Kp為相同齡期浸泡在侵蝕介質(zhì)中的試塊與浸泡在清水中的試塊的抗折強(qiáng)度之比。以120d、180d試塊的抗折抗蝕系數(shù)Kp為主要參考指標(biāo)。

1.3 試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)配合比以硫鋁酸鹽水泥、 砂、聚合物膠粉、減水劑、緩凝劑、水作為基本原材料，對(duì)已有的研究進(jìn)行綜合分析，選取合適的配合比作為基準(zhǔn)配合比，取不同的聚灰比、不同的聚合物膠粉類型作為試驗(yàn)變量，試驗(yàn)的配合比見(jiàn)表3。

表3 摻聚合物膠粉的硫鋁酸鹽水泥砂漿配合比設(shè)計(jì)

注：A、B、C三種聚合物膠粉均為單獨(dú)按水泥質(zhì)量百分比摻入。

2 結(jié)果與分析

2.1 硫酸鹽侵蝕

不同聚合物膠粉摻量及聚合物膠粉種類硫鋁酸鹽水泥砂漿抗硫酸鹽侵蝕性能的變化規(guī)律如圖1-2所示。

圖1 120d硫酸鹽侵蝕抗折抗蝕系數(shù)Kp的變化規(guī)律

圖2 180d硫酸鹽侵蝕抗折抗蝕系數(shù)Kp的變化規(guī)律

從圖1-圖2可知，聚合物膠粉對(duì)硫鋁酸鹽水泥砂漿的抗硫酸鹽侵蝕能力會(huì)產(chǎn)生影響。隨著聚合物膠粉摻入量的增大，砂漿的抗硫酸鹽侵蝕能力變現(xiàn)為先增后減，具有一定的變化規(guī)律,且醋酸乙烯酯共聚物類膠粉對(duì)砂漿的抗硫酸鹽侵蝕能力的影響比丙烯酸類膠粉更顯著。

由圖1、圖2可知，A、B（醋酸乙烯酯共聚物類膠粉）對(duì)砂漿的抗折抗蝕系數(shù)的變化規(guī)律影響差異性較小，180d兩種膠粉當(dāng)摻量為 2%時(shí)，Kp分別提高了5.83%、1.82%；C類膠粉當(dāng)摻量為 4%時(shí)，硫鋁酸鹽水泥砂漿浸泡 180d后的 Kp基本保持不變。

2.2 Thaumasite鹽侵蝕

圖3 120d Thaumasite鹽侵蝕抗折抗蝕系數(shù)Kp的變化規(guī)律

圖4 180d Thaumasite鹽侵蝕抗折抗蝕系數(shù)Kp的變化規(guī)律

從圖3-圖4可知，硫鋁酸鹽水泥砂漿抗Thaumasite鹽侵蝕能力與聚合物膠粉的種類、摻量有關(guān)。隨著聚合物膠粉摻量的增加，摻A、B類聚合物膠粉的硫鋁酸鹽水泥砂漿抗Thaumasite鹽侵蝕能力逐步提高；摻C類聚合物膠粉的硫鋁酸鹽水泥砂漿抗Thaumasite鹽侵蝕能力逐步降低。C類膠粉改善抗Thaumasite鹽侵蝕的能力弱于A、B類膠粉。

從圖3和圖4分別可知，浸泡120d、180d后，A、B（醋酸乙烯酯共聚物類膠粉）對(duì)砂漿抗折抗蝕系數(shù)Kp的影響規(guī)律差異性均較小，，當(dāng)摻量為4%時(shí)，硫鋁酸鹽水泥砂漿的Kp均達(dá)到最大值，120d Kp分別提高20.83%、19.79%，180d Kp分別提高20.41%、19.39%；C類（丙烯酸類膠粉）膠粉當(dāng)摻量為4%時(shí)，120d和180d的Kp分別降低了8.3%、10.2%。

2.3 海水侵蝕

圖5 120d 海水侵蝕抗折抗蝕系數(shù)Kp的變化規(guī)律

圖6 180d 海水侵蝕抗折抗蝕系數(shù)Kp的變化規(guī)律

從圖5-圖6可知，硫鋁酸鹽水泥砂漿抗海水侵蝕能力與聚合物膠粉的種類、摻量有關(guān)。隨著聚合物膠粉摻量的增加，硫鋁酸鹽水泥砂漿抗海水侵蝕的能力逐步提高；C類膠粉改善硫鋁酸鹽水泥砂漿抗海水侵蝕的能力顯著高于A、B類膠粉。

從圖5和圖6分別可知，浸泡120d、180d后，A、B（醋酸乙烯酯共聚物類膠粉）對(duì)砂漿抗折抗蝕系數(shù)Kp的影響規(guī)律差異性均較小，當(dāng)摻量為2%時(shí)，120d Kp分別提高12.4%、7.2%，180d Kp分別提高14%%、11%；C類（丙烯酸類膠粉）膠粉當(dāng)摻量為3%時(shí)，120d和180d的Kp分別提高了14.43%、18%。

3 結(jié)論

（1） 聚合物膠粉能夠改善硫鋁酸鹽水泥的抗硫酸鹽侵蝕能力，且醋酸乙烯酯共聚物類膠粉的影響比丙烯酸類膠粉更顯著，當(dāng)膠粉A摻量為2%時(shí)，砂漿的抗折抗蝕系數(shù)提高5.83%。

（2）隨著聚合物膠粉摻量的增加，摻A、B類聚合物膠粉的硫鋁酸鹽水泥砂漿抗Thaumasite鹽侵蝕能力逐步提高；摻C類聚合物膠粉的硫鋁酸鹽水泥砂漿抗Thaumasite鹽侵蝕能力逐步降低。C類膠粉改善抗Thaumasite鹽侵蝕的能力弱于A、B類膠粉。當(dāng)膠粉A摻量為4%時(shí)，砂漿的抗折抗蝕系數(shù)提高了20.41%

（3）隨著聚合物膠粉摻量的增加，硫鋁酸鹽水泥砂漿抗海水侵蝕的能力逐步提高；C類膠粉改善硫鋁酸鹽水泥砂漿抗海水侵蝕的能力顯著高于A、B類膠粉。當(dāng)膠粉C摻量為3%時(shí)，砂漿的抗折抗蝕系數(shù)提高了18%。

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