醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳膠粉對(duì)水泥基灌漿料力學(xué)性能的影響

李偉，鄭春揚(yáng)，邵楷模，吉飛，王可汗

（江蘇奧萊特新材料股份有限公司，江蘇 南京 210009）

0 引言

醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳膠粉作為一種新型的聚合物材料在水泥砂漿中的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，加水后可形成堅(jiān)韌、致密的薄膜，與水泥水化產(chǎn)物、骨料形成連續(xù)相，從而使改性的水泥基材料具有粘結(jié)強(qiáng)度高、抗裂、抗?jié)B性能好、抗壓彈性模量低、干縮變形小、耐磨抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者均對(duì)乳膠粉應(yīng)用進(jìn)行了研究[1-9]：李文杰等[1]的研究發(fā)現(xiàn)，摻入一定量的可再分散乳膠粉有助于提高高強(qiáng)自流平砂漿的穩(wěn)定性、抗折強(qiáng)度，起到增強(qiáng)增韌效果；胡玉葉等[2]的研究發(fā)現(xiàn)，摻加可再分散乳膠粉的水泥基自流平砂漿具有快凝、早強(qiáng)、自流平性好、物理力學(xué)性能優(yōu)等特點(diǎn)。然而，筆者通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，摻入乳膠粉的灌漿料，盡管砂漿和易性得到極大的改善，但砂漿的早期和后期強(qiáng)度出現(xiàn)了一定程度的降低。本文從水泥水化程度以及水泥石微觀孔結(jié)構(gòu)2 個(gè)方面研究了可分散乳膠粉對(duì)水泥基灌漿料力學(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：句容臺(tái)水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5 水泥，比表面積為360 m2/kg；集料：采用40～70 目石英砂和400 目重鈣粉；乳膠粉：醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳膠粉，固含量（99±1）%，白色粉末，400 μm 篩余不超過(guò)4%，最低成膜溫度為0 ℃；早強(qiáng)劑：工業(yè)級(jí)，Ca（HCOO）2含量為98%，蘇州東陽(yáng)化工有限公司；減水劑：ART-JR 型聚羧酸系減水劑，江蘇奧萊特新材料股份有限公司，固含量97%，減水率32%；有機(jī)硅消泡劑：德國(guó)明凌化工公司AGITAN P823；增稠劑：甲基羥乙基纖維素醚，黏度3400～4600 mPa·s，阿克蘇諾貝爾公司Bermocoll BCM107。

1.2 樣品制備

水泥基灌漿料的配合比見(jiàn)表1。

表1 水泥基灌漿料的配合比

將原材料按照表1 中的比例稱好，用砂漿攪拌機(jī)將干粉攪拌30 s，加入部分水慢攪90 s，使其成黏稠狀，之后快速攪拌60 s，再慢攪拌60 s，同時(shí)加入剩余水。采用尺寸40 mm×40 mm×160 mm 的三聯(lián)模成型試樣，砂漿直接流入模具，不必振動(dòng)。帶模標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)24 h，脫模后試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至1、3、28 d 并測(cè)試其力學(xué)性能和微觀孔結(jié)構(gòu)。

將水泥分別與不同摻量的乳膠粉充分混勻，按照水灰比0.4 制成凈漿。密封后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至1 d 和3 d。將養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)齡期的漿體除去表層（≥1 mm），破碎后用無(wú)水乙醇浸泡24 h，真空干燥后，將樣品分別磨碎成粉末樣品放入干燥器冷卻備用。

1.3 測(cè)試方法

灌漿料的強(qiáng)度參照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO 法）》進(jìn)行測(cè)試；采用美國(guó)Quanta Chrome 公司的Autoscan-60 壓汞儀對(duì)成型試件的微觀孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試；采用Rigaku D/max 2550 型X 射線衍射儀觀察水化產(chǎn)物的衍射圖譜；采用德國(guó)NETZSCH 公司的STA449F3 綜合熱分析儀進(jìn)行差熱和熱重分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳膠粉摻量對(duì)灌漿料強(qiáng)度的影響（見(jiàn)圖1）

從圖1 可以看出，隨著乳膠粉摻量的增加，水泥基灌漿料的1、3、28 d 抗壓和抗折強(qiáng)度均逐漸降低；且隨著乳膠粉摻量的增加，強(qiáng)度降低更為明顯。當(dāng)乳膠粉摻量為5%時(shí)，1、3、28 d抗壓強(qiáng)度較未摻乳膠粉的基準(zhǔn)組分別降低了27.3%、26.6%、20.5%，1、3、28 d 抗折強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別降低了28.1%、17.6%、10.4%。從強(qiáng)度角度考慮，建議乳膠粉摻量不超過(guò)3%。

圖1 乳膠粉摻量對(duì)灌漿料強(qiáng)度的影響

2.2 水泥漿的水化程度

2.2.1 XRD 分析

圖2 為水化1 d 和3 d 時(shí)不同摻量乳膠粉水泥漿體在2θ為17°～19°的步進(jìn)掃描XRD 圖譜。

圖2 不同摻量乳膠粉水泥漿體在2θ=17°～19°的XRD 圖譜

圖2 中18°附近出現(xiàn)的是水化產(chǎn)物Ca（OH）2的（001）晶面特征衍射峰，可以看出，隨著乳膠粉摻量的增加，水化產(chǎn)物Ca（OH）2的（001）晶面特征衍射峰強(qiáng)度降低，利用“MDI Jade 6.5”軟件可以將特征衍射峰的降低程度進(jìn)行積分，得到水化產(chǎn)物Ca（OH）2（001）晶面衍射峰的間距、半峰寬、最大強(qiáng)度、積分強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同摻量乳膠粉水泥漿體中Ca（OH）2 的（001）晶面XRD 特征衍射峰積分結(jié)果

由表2 可見(jiàn)，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，Ca（OH）2生成量逐漸增多；在同樣養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)，隨著乳膠粉摻量的增加，Ca（OH）2生成量逐漸減少。養(yǎng)護(hù)1、3 d，5%摻量和9%摻量乳膠粉改性水泥漿體中Ca（OH）2的生成量均比未改性水泥漿體要少。這說(shuō)明了乳膠粉的摻加延緩了水泥的早期水化，且隨著齡期的延長(zhǎng)這一作用逐漸減弱。

圖3 為水化1 d 和3 d 時(shí)不同摻量乳膠粉水泥漿體在2θ為51°～53°的步進(jìn)掃描XRD 圖譜，其中，51.7°附近出現(xiàn)的是C3S的（220）晶面特征衍射峰，對(duì)其進(jìn)行積分，結(jié)果如表3所示。

圖3 不同摻量乳膠粉水泥漿體在2θ=51°～53°的XRD 圖譜

表3 不同摻量乳膠粉的水泥漿體中C3S 的（220）晶面XRD特征衍射峰積分結(jié)果

由表3 可以看出：不同水化齡期，摻乳膠粉的漿體C3S 峰強(qiáng)度高于未摻乳膠粉的，與Ca（OH）2生成量的變化趨勢(shì)相反。

2.2.2 DSC-TG 分析（見(jiàn)圖4）

圖4 不同摻量乳膠粉樣品水化3 d 的DSC-TG 曲線

由圖4 可以看出：在100 ℃左右的吸熱峰是鈣礬石或水化硅酸鈣脫水吸熱峰，DSC-TG 結(jié)果均顯示此溫度范圍內(nèi)，摻乳膠粉的樣品質(zhì)量損失小于不摻乳膠粉的，且隨著乳膠粉摻量的增加，質(zhì)量損失更大，這說(shuō)明摻乳膠粉時(shí)生成的CSH 凝膠和AFt 要少于不摻乳膠粉的。在400 ℃左右的吸熱峰是Ca（OH）2的分解，可以看出，未摻乳膠粉的生成Ca（OH）2量要比摻乳膠粉的多。這與XRD 測(cè)試結(jié)果相同。可以得出，摻乳膠粉減緩了水泥的水化，從而降低了早期強(qiáng)度。

2.3 孔結(jié)構(gòu)分析（見(jiàn)圖5 和表4）

由圖5 和表4 可以看出，摻乳膠粉的灌漿料總孔隙率和有害孔的百分比比不摻的高，且隨著乳膠粉摻量的增加作用更明顯。這是由于乳膠粉加入到灌漿料中，由于界面作用，隨著攪拌的進(jìn)行更容易引入大量氣泡，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

圖5 不同乳膠粉摻量漿體的孔結(jié)構(gòu)

表4 不同乳膠粉摻量漿體的特征孔徑

3 結(jié)論

（1）隨著乳膠粉摻量的增加，水泥基灌漿料的1、3、28 d抗壓和抗折強(qiáng)度均逐漸降低。乳膠粉摻量的增加對(duì)水泥基灌漿料的強(qiáng)度發(fā)展不利。

（2）微觀分析表明，乳膠粉的摻入延緩了水泥早期的水化，且會(huì)引入大量氣泡，導(dǎo)致水泥基灌漿料早期和后期強(qiáng)度降低，建議乳膠粉摻量不要超過(guò)3%，否則會(huì)對(duì)水泥基灌漿料的力學(xué)性能產(chǎn)生不利的影響。