性能稳定的丁苯乳液改性修补混凝土配制

王志新，刁桂芝

（中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室，北京 100024）

性能稳定的丁苯乳液改性修补混凝土配制

王志新，刁桂芝

（中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室，北京 100024）

通过对不同聚灰比的SBR（丁苯乳液）改性修补混凝土及对使用不同批次的丁苯乳液配制乳液改性修补混凝土的物理力学性能进行了对比研究，试验表明聚灰比为0.15时，修补混凝土的性能优越，而不同批次SBR乳液对修补混凝土的容重影响较大，可以掺入适量的消泡剂加以控制，改性后的混凝土的吸水率下降，抗折、抗压强度均有一定程度提高，氯离子渗透性降低。通过调整SBR乳液改性混凝土的容重，有助于配制出性能优越的SBR乳液改性修补混凝土。

聚合物修补混凝土； 丁苯乳液； 容重

混凝土和钢筋混凝土作为主要的建筑材料广泛应用于各种领域。混凝土构筑物在长期的使用过程中，受到重荷载、冻融循环、氯离子的渗透、表面磨蚀、腐蚀介质的侵蚀等因素的影响，许多混凝土出现了开裂、剥落、空鼓等现象，大大地影响了工程的使用寿命。另外地震对混凝土构筑物（如工业与民用建筑、混凝土路面、桥梁等）具有非常大的破坏，混凝土受损非常严重。因此，对受损混凝土进行修复就越来越重要，研究选择具有高耐久性的修补材料进行受损混凝土修复，使混凝土构筑物有效使用寿命延长，可以节约巨大的重建费用。我国在早期对混凝土修复主要采用在混凝土中添加活性外掺量的方法进行修补，这类修复材料的防水性能、抗氯离子渗透、抗冻性等耐久性较差，对受损混凝土构筑物不能够持久地加固及防护，现已在修补工程中逐渐被淘汰。随着新材料的发展和国家综合实力的提高，我国已开始广泛使用聚合物乳液改性水泥基材料修复混凝土，这是由于聚合物乳液掺入水泥基材中能够较好地克服传统修复材料的弊端。但如何正确选择组成材料和配制工艺，将会直接影响到修补混凝土的质量。目前，在该领域使用较为广泛的聚合物是丁苯乳液，该乳液具有良好的粘结力及耐腐蚀性能。该文将就对丁苯乳液改性修补混凝土的部分性能进行研究探讨，为聚合物改性修补混凝土的工程应用提供理论依据。

1 试 验

1.1 原材料

1）聚合物乳液：美国陶氏固瑞特种乳液有限公司生产的SBR乳液，物理性能见表1。

表1 SBR乳液的物理性能

2）水泥：采用冀东水泥厂生产的盾石牌42.5＃普通硅酸盐水泥。

3）集料：采用河砂及细碎石，其中河砂的细度模数分别为2.8，细碎石的最大粒径为1.5cm。

4）消泡剂：选用海川公司生产的F111液体消泡剂。

1.2 方法

混凝土的性能试验按GB／T 50080—2002《普通混凝土拌和物性能试验方法》及GB／T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》规定进行，氯离子渗透性能按ASTMC 1202—97《混凝土氯离子渗透性能实验方法》进行。试件养护方法：在标准条件下水养7d，然后放置于干空室至规定龄期。

2 结果与分析

2.1 不同聚灰比的修补混凝土性能对比

在实际修补工程中，混凝土修补的深度多小于5cm，如果混凝土在高荷载运行使用环境中，配合比中还需掺入适量的钢纤维进行增强，因此，修补混凝土配比中砂率通常控制在50%～60%，粗集料使用较小粒径的碎石。该试验配合比及新拌混凝土性能见表2，混凝土力学性能对比试验结果见表3。

表2 试验配合比及新拌混凝土性能

表3 不同聚灰比的混凝土力学性能对比试验结果

从表2中的结果可以看出，随着SBR乳液的聚灰比的提高，混凝土的水灰比有较大的降低，当聚灰比为0.15时，比空白混凝土水灰比下降了近一倍，同时坍落度还大大地提高，这说明SBR乳液对混凝土的减水效果明显，混凝土的施工性能有了很大的改善。

从表3可知，SBR乳液改性修补混凝土和空白混凝土相比，28d的抗压强度比空白混凝土中略微有所降低，吸水率大大降低，当聚灰比为0.15时，抗折强度比空白试件提高了34.7%，通过乳液改性后，混凝土的韧性很大的增强，在实际工程的修补中，如果在重荷载的频繁冲击下，混凝土的使用年限也能大大延长。

但随着聚合物掺量的提高，改性混凝土的含气量有所提高，容重有较大的降低，而且明显要低于空白混凝土，这表明随着聚合物乳液的掺量增加，混凝土内部引入的气泡有明显增多，当引气量增大到相当的程度时，势必影响到混凝土的各项物理力学性能。因此，在配制聚合物修补混凝土时，不能简单地在混凝土中掺入聚合物乳液，还应对乳液的种类、乳液质量等因素加以考虑。

2.2 不同批次的乳液对混凝土的容重的影响

聚合物乳液在合成过程中，由于加入了表面活性剂，因此，乳液掺入混凝土后，在搅拌过程中会产生大量的气泡，使混凝土的含气量明显提高，容重降低。此外，乳液在合成过程中，所使用的原材料会出现波动，因此生产出乳液的物理性能也会有较大的波动。我们选用了B1、B2两批不同生产日期的SBR乳液进行试验，试验结果见表4。很明显，不同批次的SBR乳液的固体含量、pH值及粘度值均有很大的波动，这对配制修补混凝土的稳定性将会产生影响。

表4 两个批次SBR乳液的物理性能

通常，可以在SBR乳液中加入一定量的消泡剂来抑制乳液中气泡的产生，以降低修补混凝土的含气量，但消泡剂的量应严格控制，加量太小，消泡的效果不好，加量过高，极易造成乳液严重分层。

因此，在乳液实际使用中，如何正确确定消泡剂的掺量就变得十分重要。为了减少混凝土试验的工作量，我们在下面的试验中将采用水泥砂浆进行试验，具体的试验方法是：在乳液中加入不同掺量的液体消泡剂，并对配制改性水泥砂浆（砂灰比为2.5，聚灰比为0.15）的容重进行比较，在满足相同的砂浆流动度条件下来确定合理的消泡剂的掺量。试验结果见图1。

从图1可以看出，改性水泥砂浆的容重随着消泡剂的掺量逐渐增加而增大，这表明消泡剂能够较为有效地抑制砂浆内部产生气泡，当容重略高于空白水泥砂浆的容重（实测值为2 130kg／m3）时，提高消泡剂的掺量效果并不明显。从图中可以确定B1批次SBR乳液中的消泡剂的适宜掺量为0.3%左右，B2批次SBR乳液中的消泡剂的适宜掺量为0.06%左右。

此外，试验中还发现如果消泡剂超量使用后，改性砂浆的容重变化不大，砂浆的需水量反而增加。因此，在使用不同批次乳液时，我们可以通过改性水泥砂浆的容重与消泡剂掺量的关系来确定乳液中消泡剂在水泥修补砂浆中的适宜加量。

下面试验中，我们使用上述方法确定的消泡剂适宜掺量，直接使用于聚合物修补混凝土中，检验是否适用于聚合物改性修补混凝土的配制。

2.3 性能稳定的SBR乳液改性修补混凝土的配制

我们选择以上二个批次的SBR乳液，并加入上述方法确定的合理掺量的消泡剂，对SBR乳液改性修补混凝土的性能进行了对比。SBR乳液改性混凝土的拌合物性能及部分力学性能试验结果分别见表5及表6，其中试验配制的混凝土的水泥用量为400kg／m3。

在B1批次的乳液中掺入0.3%的消泡剂后，从表5中可以看出B1批次的乳液改性混凝土的含气量下降了1.8%，容重与空白混凝土接近，吸水率也降至2.2%，抗压、抗折强度均有了较大的提高。而未加消泡剂的B1批次乳液改性混凝土的容重比空白混凝土要低14%左右，混凝土的强度明显要低于掺入适量消泡剂的混凝土，可见在SBR乳液改性混凝土中，控制混凝土的容重是至关重要的。

在B2批次的乳液中加入0.06%的消泡剂后，修补混凝土含气量降为4%，其容重略高于空白混凝土，此时混凝土的各项性能有了很大的改善，15min后的坍落度损失也很小，28d的抗压强度超过了40MPa，56d后抗压强度还有24%的增长，同时吸水率和空白混凝土相比降低了近4倍，抗氯离子渗透性也降至1 500库仑以下，56d后抗氯离子渗透性降为1 000库仑以下。

表5 试验配合比及新拌混凝土性能

表6 SBR改性混凝土的物理力学性能

以上结果表明，SBR乳液中掺入适量消泡剂后，能够大大减少混凝土内部的气孔，提高了修补混凝土的致密性，改善了混凝土的各项物理力学性能。而采用SBR乳液掺入水泥砂浆中的方法来确定乳液中的消泡剂的掺量是行之可效的，可以作为修补混凝土中最佳消泡剂掺量选择的参考，消泡的实际效果可以通过混凝土试验进行验证，这样可以大大减少混凝土的试验量。

综上所述，通过控制SBR乳液改性混凝土的容重，有助于配制出性能优越的SBR乳液改性修补混凝土。

3 结 论

a.使用SBR乳液来配制改性修补混凝土，能够改善修补混凝土的施工性能，较大提高混凝土的抗折强度；若直接简单掺入混凝土中，会造成混凝土容重偏低，修补混凝土的物理力学性能下降。

b.不同批次的SBR乳液的物理性能有较大的差异，加入混凝土中易产生大量的气泡，在使用前应加入适量的消泡剂。消泡剂的掺量可以通过测定不同消泡剂的掺量对改性水泥砂浆容重的影响作为参考。

c.SBR乳液修补混凝土中加入适量的消泡剂后，混凝土的容重明显增加，含气量降低，抗折、抗压强度均有一定程度的提高，抗氯离子渗透性降低。这是由于SBR乳液中掺入适量消泡剂后，能够大大减少混凝土内部的气孔，提高了修补混凝土的致密性，改善了混凝土的各项物理力学性能。

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Prepare of High－performance SBR Latex Modified Reparing Concrete

WANG Zhi－xin，DIAO Gui－zhi
（State Key Labratory of Green Building Materials，China Building Materials Academyk，Beijing 100024，China）

We carried out a research to compare the physical and mechanical properties of SBR latex modified repairing concrete which has various polymer－cement ratio and using various batches of SBR latex.These experiments showed that the properties are excellent when polymer－cement ratio of the concrete is 0.15.Different batches of SBR latex have a significant impact on density of the concrete，but we can control it by using defoamer.The SBR latex modified repairing concrete have lower water absorptivity，lower chloride ion penetration，higher compressive strength and higher flexural strength.We can prepare high－performance SBR latex modified repairing concrete by adjusting the density of the concrete.

polymer modified repairing concrete； SBR latex； density

10.3963／j.issn.1674－6066.2014.02.005

2014－03－06.

国家“十二五”科技计划项目（2012BAJ20B02）.

王志新（1972－），教授级高级工程师.E－mail：zhixin1995＠aliyun.com