丁苯乳液改性机制砂干混砂浆性能及机理研究

王志儒 尹云厅

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司， 贵州 贵阳 550081)

0 引言

目前，水泥基类建筑材料在道路工程使用中仍占据较大比例，但在其使用中随之而来的也出现了一些问题，如干缩、水泥水化热、地基沉降、外界气温变化等。作为混凝土中经常添加的比较普通的细集料——天然砂，由于大量开采及其不可再生性，在这种前提下进行现代化建设，天然砂就显得尤为欠缺。针对这种情况，本文采用机制砂替代天然砂，而多数研究表明[1-2]，在水泥砂浆中加入聚合物乳液，能有效改善其内部结构，提高其粘结性能、抗渗、抗侵蚀、力学性能等，而这些性能的改善程度多数取决于聚合物乳液的掺量。据此，就丁苯乳液掺量对水泥砂浆工作性能、抗折压强度、粘结性能、抗渗性能的影响进行了系统研究，此外，也对丁苯乳液对水泥砂浆的改性机理进行了探究，以便为深入研究及实际修补工程提供理论基础和施工依据。

1 试验

1.1 原材料

本研究所采用机制砂母岩为石炭系灰岩，来源于湖南省永州市东安县端桥铺镇端桥铺村。根据GB/T14684—2011《建筑用砂》国家标准对机制砂相关指标进行测定。

本研究所用水泥为重庆某公司出厂的P.O42.5普通硅酸盐水泥。

丁苯乳液由深圳吉田化工有限公司生产，具有良好的粘结性和成膜能力。本试验所采用的消泡剂为有机硅消泡剂，加入量为水泥用量的0.2%。本试验采用自来水作为试验用水。

1.2 配比

表2 砂浆配合比

1.3 方法

成型及养护按《聚合物水泥防水砂浆》（JC/T 984-2005）方法进行搅拌、成型砂浆试块，并在标准养护箱内养护1d后脱模，然后水中养护7d后再自然养护至28d；密度按JGJ/T70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行测试；力学强度强度按《聚合物改性水泥砂浆试验规程》（DL/T 5126-2001）进行测试；砂浆试件收缩按JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 丁苯乳液对砂浆密度的影响

通过试验丁苯乳液掺量对砂浆密度的影响，丁苯乳液对砂浆密度的影响规律，随着丁苯乳液聚灰比的增大砂浆的密度呈单调递减的变化趋势。从数值上看，在聚灰比为 3%时低，达到最小值 1990kg/m3，聚灰比为 1%时，改性砂浆密度为2020kg/m3，其密度降低幅度达1.5%。

聚合物不同掺量的改性砂浆的力学性能试验结果如图所示，可以看出，改性砂浆的抗折强度、折压比都要比基准砂浆的大、抗压强度都比基准砂浆要低。抗折强度、抗压强度基本上都随龄期的增大呈上升趋势，其中A-3组降低幅度最大，降低幅度达21%，相反A-3组改性砂浆抗折强度达到最大，升幅达12.5%。

2.2 力学强度

图2 抗压强度与聚会比的关系

图3 抗折强度与聚会比的关系

3 丁苯乳液改性砂浆机理分析

3.1 SEM分析

传统水化理论将水泥初期水化过程分为五个阶段，即诱导前期、诱导期、加速期、减速期、稳定期。保护层理论认为C3S一致溶早期水化产物而形成保护层，然后进入诱导期，待到保护层破裂也就意味着诱导期结束[3]。

（1）机制砂作为骨料掺入水泥后形成刚性骨架，聚合物在浆体中形成一层膜结构包裹在水化产物表面，从而聚合物形成的膜结构在浆体内部相当于有一定自由度的铰，可以使得骨料刚性骨架具备一定的韧性和弹性，因此聚合物的加入可有效提高砂浆的抗折性能。

（2）由于机械快速搅拌作用，水泥砂浆中往往存在有大量气泡，这是其固有的缺点，而聚合物本身所具有的表面活性，反而使得气泡量有增无减，所以消泡剂就显得至关重要了。水泥的水化产物Ca(OH)2和聚合物也会发生相关反应，并且对Ca(OH)2的形成和晶体形状也有不同程度的影响，也就随之影响砂浆的性能[9]。

4 结论

（1）随着丁苯乳液聚灰比的增大，改性砂浆的密度呈单调递减的变化趋势。

（2）改性砂浆的抗折强度、折压比都要与基准砂浆相比有所提高，而抗压强度则呈降低趋势。

（3）聚会比为2%时式样的28d抗折强度、折压比、收缩性能分别提高了9%、25%，抗压强度降低了13%，式样90d的收缩率降低了12.5%，各项性能较好。