醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳胶粉对水泥基灌浆料力学性能的影响

李伟，郑春扬，邵楷模，吉飞，王可汗

（江苏奥莱特新材料股份有限公司，江苏 南京 210009）

0 引言

醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳胶粉作为一种新型的聚合物材料在水泥砂浆中的应用已经较为广泛，加水后可形成坚韧、致密的薄膜，与水泥水化产物、骨料形成连续相，从而使改性的水泥基材料具有粘结强度高、抗裂、抗渗性能好、抗压弹性模量低、干缩变形小、耐磨抗腐蚀等优点。国内很多学者均对乳胶粉应用进行了研究[1-9]：李文杰等[1]的研究发现，掺入一定量的可再分散乳胶粉有助于提高高强自流平砂浆的稳定性、抗折强度，起到增强增韧效果；胡玉叶等[2]的研究发现，掺加可再分散乳胶粉的水泥基自流平砂浆具有快凝、早强、自流平性好、物理力学性能优等特点。然而，笔者通过试验发现，掺入乳胶粉的灌浆料，尽管砂浆和易性得到极大的改善，但砂浆的早期和后期强度出现了一定程度的降低。本文从水泥水化程度以及水泥石微观孔结构2 个方面研究了可分散乳胶粉对水泥基灌浆料力学性能的影响。

1 试验

1.1 原材料

水泥：句容台水泥有限公司生产的P·O42.5 水泥，比表面积为360 m2/kg；集料：采用40～70 目石英砂和400 目重钙粉；乳胶粉：醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳胶粉，固含量（99±1）%，白色粉末，400 μm 筛余不超过4%，最低成膜温度为0 ℃；早强剂：工业级，Ca（HCOO）2含量为98%，苏州东阳化工有限公司；减水剂：ART-JR 型聚羧酸系减水剂，江苏奥莱特新材料股份有限公司，固含量97%，减水率32%；有机硅消泡剂：德国明凌化工公司AGITAN P823；增稠剂：甲基羟乙基纤维素醚，黏度3400～4600 mPa·s，阿克苏诺贝尔公司Bermocoll BCM107。

1.2 样品制备

水泥基灌浆料的配合比见表1。

表1 水泥基灌浆料的配合比

将原材料按照表1 中的比例称好，用砂浆搅拌机将干粉搅拌30 s，加入部分水慢搅90 s，使其成黏稠状，之后快速搅拌60 s，再慢搅拌60 s，同时加入剩余水。采用尺寸40 mm×40 mm×160 mm 的三联模成型试样，砂浆直接流入模具，不必振动。带模标准养护24 h，脱模后试件标准养护至1、3、28 d 并测试其力学性能和微观孔结构。

将水泥分别与不同掺量的乳胶粉充分混匀，按照水灰比0.4 制成净浆。密封后标准养护至1 d 和3 d。将养护至相应龄期的浆体除去表层（≥1 mm），破碎后用无水乙醇浸泡24 h，真空干燥后，将样品分别磨碎成粉末样品放入干燥器冷却备用。

1.3 测试方法

灌浆料的强度参照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》进行测试；采用美国Quanta Chrome 公司的Autoscan-60 压汞仪对成型试件的微观孔结构进行测试；采用Rigaku D/max 2550 型X 射线衍射仪观察水化产物的衍射图谱；采用德国NETZSCH 公司的STA449F3 综合热分析仪进行差热和热重分析。

2 结果与讨论

2.1 乳胶粉掺量对灌浆料强度的影响（见图1）

从图1 可以看出，随着乳胶粉掺量的增加，水泥基灌浆料的1、3、28 d 抗压和抗折强度均逐渐降低；且随着乳胶粉掺量的增加，强度降低更为明显。当乳胶粉掺量为5%时，1、3、28 d抗压强度较未掺乳胶粉的基准组分别降低了27.3%、26.6%、20.5%，1、3、28 d 抗折强度较基准组分别降低了28.1%、17.6%、10.4%。从强度角度考虑，建议乳胶粉掺量不超过3%。

图1 乳胶粉掺量对灌浆料强度的影响

2.2 水泥浆的水化程度

2.2.1 XRD 分析

图2 为水化1 d 和3 d 时不同掺量乳胶粉水泥浆体在2θ为17°～19°的步进扫描XRD 图谱。

图2 不同掺量乳胶粉水泥浆体在2θ=17°～19°的XRD 图谱

图2 中18°附近出现的是水化产物Ca（OH）2的（001）晶面特征衍射峰，可以看出，随着乳胶粉掺量的增加，水化产物Ca（OH）2的（001）晶面特征衍射峰强度降低，利用“MDI Jade 6.5”软件可以将特征衍射峰的降低程度进行积分，得到水化产物Ca（OH）2（001）晶面衍射峰的间距、半峰宽、最大强度、积分强度，结果见表2。

表2 不同掺量乳胶粉水泥浆体中Ca（OH）2 的（001）晶面XRD 特征衍射峰积分结果

由表2 可见，随着养护龄期的延长，Ca（OH）2生成量逐渐增多；在同样养护龄期时，随着乳胶粉掺量的增加，Ca（OH）2生成量逐渐减少。养护1、3 d，5%掺量和9%掺量乳胶粉改性水泥浆体中Ca（OH）2的生成量均比未改性水泥浆体要少。这说明了乳胶粉的掺加延缓了水泥的早期水化，且随着龄期的延长这一作用逐渐减弱。

图3 为水化1 d 和3 d 时不同掺量乳胶粉水泥浆体在2θ为51°～53°的步进扫描XRD 图谱，其中，51.7°附近出现的是C3S的（220）晶面特征衍射峰，对其进行积分，结果如表3所示。

图3 不同掺量乳胶粉水泥浆体在2θ=51°～53°的XRD 图谱

表3 不同掺量乳胶粉的水泥浆体中C3S 的（220）晶面XRD特征衍射峰积分结果

由表3 可以看出：不同水化龄期，掺乳胶粉的浆体C3S 峰强度高于未掺乳胶粉的，与Ca（OH）2生成量的变化趋势相反。

2.2.2 DSC-TG 分析（见图4）

图4 不同掺量乳胶粉样品水化3 d 的DSC-TG 曲线

由图4 可以看出：在100 ℃左右的吸热峰是钙矾石或水化硅酸钙脱水吸热峰，DSC-TG 结果均显示此温度范围内，掺乳胶粉的样品质量损失小于不掺乳胶粉的，且随着乳胶粉掺量的增加，质量损失更大，这说明掺乳胶粉时生成的CSH 凝胶和AFt 要少于不掺乳胶粉的。在400 ℃左右的吸热峰是Ca（OH）2的分解，可以看出，未掺乳胶粉的生成Ca（OH）2量要比掺乳胶粉的多。这与XRD 测试结果相同。可以得出，掺乳胶粉减缓了水泥的水化，从而降低了早期强度。

2.3 孔结构分析（见图5 和表4）

由图5 和表4 可以看出，掺乳胶粉的灌浆料总孔隙率和有害孔的百分比比不掺的高，且随着乳胶粉掺量的增加作用更明显。这是由于乳胶粉加入到灌浆料中，由于界面作用，随着搅拌的进行更容易引入大量气泡，导致强度降低。

图5 不同乳胶粉掺量浆体的孔结构

表4 不同乳胶粉掺量浆体的特征孔径

3 结论

（1）随着乳胶粉掺量的增加，水泥基灌浆料的1、3、28 d抗压和抗折强度均逐渐降低。乳胶粉掺量的增加对水泥基灌浆料的强度发展不利。

（2）微观分析表明，乳胶粉的掺入延缓了水泥早期的水化，且会引入大量气泡，导致水泥基灌浆料早期和后期强度降低，建议乳胶粉掺量不要超过3%，否则会对水泥基灌浆料的力学性能产生不利的影响。