潮湿环境下聚合物乳胶粉对高强修补砂浆性能影响的研究

黄洪财

（厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司，福建 厦门 361100）

潮湿环境下聚合物乳胶粉对高强修补砂浆性能影响的研究

黄洪财

（厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司，福建 厦门 361100）

本文研究了潮湿环境下聚合物乳胶粉对高强修补砂浆的工作性能及物理力学性能的影响。结果表明：聚合物乳胶粉种类对高强修补砂浆拌合物稠度有一定的影响，在一定的范围内，聚合物乳胶粉掺量对高强修补砂浆拌合物稠度的影响相对较小。在潮湿的水养护环境下，高强修补砂浆的抗压强度随着聚合物乳胶粉掺量的增大而降低，而对抗折强度早期影响不大，大掺量时会导致后期抗折强度显著降低，压折比则随着掺量的增大而呈现着减小的趋势。随着聚合物乳胶粉掺量的增大，修补砂浆 14d 粘结强度会增大，但掺量增加到一定后，强度的增长率会相应的降低。

聚合物乳胶粉；高强；修补砂浆；潮湿环境

改革开放以来，为满足经济、社会高速发展的需求，我国建成了无数的大坝、电站、船闸、道路、桥梁、住宅以及办公楼宇等。由于设计、施工、管理及运行等方面的原因，部分的建筑物出现了裂缝、破损、剥落、渗漏、钢筋锈蚀、结构变形等病害现象，特别是在大坝的泄洪道、泄洪洞，水闸、船闸的底板，桥梁的墩柱等潮湿环境下使用的部位，建筑病害更容易发生，因而急需使用修补材料进行修补[1-2]。聚合物水泥修补砂浆因自身低成本、高性能的特点，被广泛的应用在相关工程的修补、修复中[3]。乳胶粉作为聚合物水泥修补砂浆的主要改性成份之一，发挥着重要的作用，也对工程的修补产生极大的影响[4]。本文通过研究潮湿环境下，聚合物乳胶粉对高强聚合物修补砂浆的工作性能及物理力学性能的影响，探索其相应的影响规律。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

（1）水泥：福建润丰水泥厂生产的 P·O 42.5 水泥，其物理性能指标见表 1。

表 1 水泥的物理力学性能

（2）粉煤灰：漳州市后石电厂生产的 Ⅱ 级粉煤灰，细度 14.8%，需水量比 97%，烧失量 1.91%。

（3）矿粉：S95 级矿渣粉，比表面积 410m2/kg，流动度比 100%。

（4）无机填料：增加密实、减少收缩的作用，福建省大田县奋发环保材料有限公司提供，粒径 ＜0.16mm。

（5）河砂：厦门海城商贸有限公司生产，粒径＜2.5mm。

（6）减水剂：巴斯夫聚羧酸系粉剂。

（7）增粘剂：聚合物乳胶粉，北京天维宝辰化学产品有限公司生产，I 型为 6022E 胶粉，Ⅱ 型为 7042W 胶粉，Ⅲ 型为 6041A 胶粉。

（8）保水剂：北京天维宝辰化学产品有限公司生产。

1.2 试验方法

在固定胶凝材料（水泥、粉煤灰、矿粉、无机填料）、水胶比、集料用量以及保水剂、减水剂不变的情况下，通过调整聚合物乳胶粉的种类和掺量来研究不同种类、掺量的乳胶粉对高强修补砂浆的稠度、抗压抗折强度、压折比、粘结强度等性能的影响，具体配合比见表 2。试验时先加水，再加胶凝材料、集料，按 JG/T 289—2010《混凝土结构加固用聚合物砂浆》中的要求拌合后，按 JGJ 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法》中砂浆稠度的测试方法进行拌合物稠度测试，然后制作 40mm×40mm×160mm 的抗压抗折强度试件及相应 14d 粘结强度测试试件，脱模后持续在 (20±2)℃的不流动水中养护，模拟相应的潮湿使用环境条件，至龄期后，测试相应的 7d、28d 抗压、抗折强度及 14d 粘结强度。

表 2 乳胶粉对高强修补砂浆性能影响的试验配合比

2 结果和讨论

表 3 为表 2 中不同种类、掺量聚合物乳胶粉的高强聚合物修补砂浆配比组份的稠度、7d、28d 抗压、抗折强度及 14d粘结强度的试验结果。

表 3 乳胶粉对高强修补砂浆性能影响的试验结果

2.1 聚合物乳胶粉对高强修补砂浆稠度的影响

图 1 乳胶粉对高强修补砂浆稠度的影响

图 1 为表 2 中几种不同掺量、种类乳胶粉的高强修补砂浆配比对砂浆拌合物稠度的影响图。在 6 组配比中 1#～4#配比中使用的粘结剂为 6022E 型胶粉，掺量则从 0.5% 增加到 2.0%；5#、6# 配比分别使用 7042W 型胶粉和 6041A 型胶粉，掺量均为 1.5%。

由图 1 可以看出，在使用同种乳胶粉的配比组份中，在胶粉掺量为 2.0% 的范围内， 随着乳胶粉掺量的增加，高强修补砂浆的稠度变化不大，稠度均为 110～115mm 左右，说明了在一定掺量的范围内，聚合物乳胶粉的用量对高强修补砂浆拌合物稠度的影响不大。

同时由图 1 可知，3#、5#、6# 三种掺有不同种类聚合物乳胶粉的配比高强修补砂浆的拌合物稠度差异较大，其中稠度最小的为掺加 II 型 7042W 乳胶粉的 5# 配比，其稠度仅为95mm，与稠度最大的 3# 配比组份相差近 20mm 的稠度，而掺加 Ⅲ 型 6041A 乳胶粉的 6# 配比组份的高强修补砂浆稠度与 3# 配比组份相差 15mm 的稠度；由此可知，聚合物乳胶粉的种类对高强修补砂浆的稠度有一定的影响。

2.2 聚合物乳胶粉对高强修补砂浆抗压、抗折性能的影响

图 2 乳胶粉对 7d、28d 抗折强度的影响

图 3 乳胶粉对 7d、28d 抗压强度的影响

图 4 乳胶粉对 7d、28d 压折比的影响

图 2、图 3 为表 2 中几种高强修补砂浆配比对砂浆 7d、28d 天抗压、抗折强度的影响图，图 4 为表 2 中几种高强修补砂浆配比对砂浆 7d、28d 压折比的影响图。

由图 2 中可知，在使用同种乳胶粉的 1#～4# 配比中，随着聚合物乳胶粉掺量的增大，高强修补砂浆 7d 抗折强度的变化不大；而 28d 的抗折强度在聚合物乳胶粉掺量为 1.5%的范围内，即 3# 配比之前强度变化不大，配比间的强度差距在0.3MPa 范围内，到了 4# 配比中 2.0% 的掺量后，强度就有显著的下降，4# 配比 28d 抗折强度比最大的 2# 配比降低了近1.0MPa。同时，由图 3 中可以看出，在 3#、5#、6# 三种不同种类乳胶粉掺加的高强修补砂浆配比中，其 7d、28d 的抗折强度均随着胶粉种类的变化而不同，掺三种不同胶粉配比中 7d、28d 抗折强度最小的为掺 II 型 7042W 乳胶粉的 5# 配比。

由图 3 可知，在使用同种乳胶粉的 1#～4# 配比中，随着聚合物乳胶粉掺量的增大，高强修补砂浆 7d、28d 抗压强度呈现着降低的趋势，特别是28d抗压强度降低得非常显著，掺加 I 型 6022E 聚合物乳胶粉 2.0% 的 4# 配比比掺入 6022E最少的 1# 配比的 28d 抗压降低了 20MPa 以上。同时，由图4 可以看出，在 3#、5#、6# 三种不同种类乳胶粉掺加的高强修补砂浆配比中，其 7d 的抗压强度随着胶粉种类的变化波动不大，相互间的强度差在 2.0MPa 之内，28d 抗压强度有一定的变化，强度差在 6.0MPa 范围内，掺三种不同胶粉配比中 7d、28d 抗压强度最小的为掺 II 型 7042W 乳胶粉的 5# 配比。

由图 4 可知，在掺有 I 型 6022E 聚合物乳胶粉的 1#～4#配比中，随着乳胶粉掺量的增加，其 7d、28d 压折比均呈现着减小的趋势，特别是 28d 的压折比降低的更为迅速，说明了随着乳胶粉掺量的增加，高强修补砂浆硬化后的柔性在增强。而掺三种不同种类聚合物乳胶粉的 3#、5#、6# 三组配比高强修补砂浆的 28d 压折比则变化不大，说明了这三种乳胶粉对高强修补砂浆的柔性增强作用相近。

2.3 聚合物乳胶粉对高强修补砂浆粘结强度的影响

图 5 乳胶粉对 14d 粘结强度的影响

图 5 为表 2 中几种高强修补砂浆配比对砂浆 14d 粘结强度的影响图。

由图 5 可知，在掺有 I 型 6022E 聚合物乳胶粉的 1#～4#配比中，随着乳胶粉掺量的增加，砂浆的 14d 粘结强度会相应的增强，在乳胶粉掺量为 1.5% 时，高强修补砂浆的 14d 粘结强度即达到了 1.2MPa；在乳胶粉掺量为 1.5% 的范围内，14d 粘结强度增长率较大，而在掺量超过 1.5% 之后，则 14d粘结强度增长率会有较大的降低，说明了在高强修补砂浆中，聚合物乳胶粉有一个最佳掺量。

同时，由图 5 可知，在 I 型 6022E、Ⅱ 型 7042W、Ⅲ 型6041A 三种胶粉掺加的 3#、5#、6# 三组配比中，其 14d 粘结强度值有一定的变化，但总体上强度值相差不大，最大值与最小值间相差 0.2MPa 左右，在三种胶粉中，掺 Ⅲ 型 6041A 胶粉的配比组份 14d 粘结强度最大，强度值达到了1.42MPa。

2.4 机理分析

在高强聚合物修补砂浆中，水泥的用量较多，胶砂比较大，所以高强修补砂浆拌合物的粘度相对较大。而随着聚合物乳胶粉的加入，因可分散乳胶粉能够对空气有诱导效应，增加砂浆拌合物中的含气量及孔隙，所以相应的可以提高高强修补砂浆的流动性[5]。但聚合物乳胶粉在碱性溶液中水解后，自身就有较好的粘度，随着乳胶粉掺量的提高，相应的粘度也会增大，这会相应地降低砂浆拌合物的稠度。所以在高强修补砂浆中，在一定的范围内，随着同种聚合物乳胶粉掺量的增加，高强修补砂浆拌合物的稠度变化不显著。

聚合物乳胶粉在砂浆水化过程中，形成薄膜、发生作用主要的经过 3 个阶段：第 1 阶段，在乳液的干燥后期，聚合物颗粒开始相互的接触；第 2 阶段，乳液中水份的向外迁移，进一步的干燥，引发了毛细管张力并使乳胶颗粒变形，形成了紧密堆积的多面体颗粒构造；第3阶段，聚合物通过迁移越过初始颗粒边界，相互连接，乳胶颗粒变薄、成膜，最终形成网状薄膜，薄膜内部具有较高的拉应力[6-8]。从而能够提高砂浆的抗渗性能和粘结强度。由此机理可知，聚合物乳胶粉在砂浆中能否起到预期的工效同砂浆中水份的迁移有很大的关系。在潮湿的水养护环境下，聚合物乳胶粉中的水份迁移速度慢、迁移的不充分或难以迁移出去，导致聚合物乳胶粉最终的未形成或未充分的形成网状薄膜而未产生相应足够的内聚应力，仅作为有一定弹性的粒子填充在修补砂浆，对砂浆内部不同界面之间起着某些隔离作用，所以随着掺量的增加其对高强修补砂浆 28d 抗压强度起着降低作用。

而聚合物乳胶粉粒子或乳胶薄膜具有一定的粘性，能够增强高强修补砂浆和拉伸粘结试块间的连接，所以在一定的范围内，聚合物乳胶粉掺量的增加能够增强高强修补砂浆的14d 拉伸粘结强度[9-10]。而当聚合物乳胶粉的掺量增加到一定的时候，乳胶颗粒或乳胶膜对拉伸界面间的柔性连接增强作用便趋于饱和，所以拉伸粘结强度的增长率会相应的降低。

3 结论

（1）聚合物乳胶粉种类对高强修补砂浆拌合物稠度有一定的影响；在其他成份不变的情况下，在一定的范围内，聚合物乳胶粉掺量的变化对高强修补砂浆拌合物稠度的影响较小。

（2）在潮湿的水养护环境下，聚合物乳胶粉的种类对高强修补砂浆的强度有影响；在一定的掺量范围内，高强修补砂浆的抗压强度随着聚合物乳胶粉掺量的增大而降低，抗折强度早期影响不大，大掺量时会导致后期强度显著降低；压折比则随着掺量的增大而呈现着减小的趋势。

（3）在潮湿的水养护环境下，聚合物乳胶粉的种类对高强修补砂浆 14d 粘结强度的影响相对较小；随着聚合物乳胶粉掺量的增大，修补砂浆 14d 粘结强度会增大，但掺量增加到一定后，强度的增长率会相应的降低。

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［通讯地址］福建省厦门市同安区新民镇凤岭路 760 号 厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司 研发中心（361100）

Effect of redisperisble polymer powder on high-strength repair mortar in wet conditions

Huang Hongcai
(Xiamen Academy of Building Research Co.,Ltd., Xiamen Fujian 361100, China)

The effect of redisperisble polymer powder on performances and mechanical properties of high-strength repair mortar was studied in wet conditions.The results indicated that the type of redisperisble polymer powder had some effect on consistency of highstrength repair mortar, but in a certain range, the content of redisperisble polymer powder had little effect on the consistency relatively. In wet conditions, with the increase of redisperisble polymer powder, the compressive strength of high-strength repair mortar would reduce and it had little effect on the flexural strength in early, but would obviously decrease the flexural strength at last in large content of redisperisble polymer powder, and the compressive and flexural strength ratio would decrease. With the increase of redisperisble polymer powder, the 14d cohesional strength would rise, but in a certain content, rate of increase would decrease.

redisperisble polymer power; high-strength; repair mortar; wet conditions

黄洪财，工程师。