搅拌工艺对聚合物改性水泥基粘结材料性能的影响研究

邵国昀，刘纪伟（.江苏省兴化市交通运输局，江苏兴化　5700；.苏交科集团股份有限公司，江苏南京　007）



搅拌工艺对聚合物改性水泥基粘结材料性能的影响研究

邵国昀1，刘纪伟2
（1.江苏省兴化市交通运输局，江苏兴化225700；2.苏交科集团股份有限公司，江苏南京210017）

摘要：研究了搅拌时间、搅拌速率对聚合物改性水泥基粘结材料结块率、流变性能及粘结性能的影响。结果表明：在搅拌时间为240 s时，随着搅拌速率的提高，试样的结块率呈降低趋势，并在转速高于1500 r/min后趋于稳定，试样的粘结强度呈现先提高后降低趋势，并在转速1500～1750 r/min时达到最大，且搅拌速率与浆体结块率有较好的指数函数关系；在搅拌速率为1500 r/min时，随着搅拌时间的延长，试样的结块率、屈服应力呈现降低趋势，塑性黏度呈现上升趋势，且均在240 s后趋于稳定，试样的粘结强度呈现先上升后降低趋势，并在240 s时达到最大，搅拌时间分别与结块率、屈服应力、塑性黏度均呈幂函数关系。

关键词：搅拌工艺；聚合物乳液；改性水泥净浆；结块率；流变性能；粘结性能

目前，多数混凝土工程已进入老化期或受损，在实际工程中无论是维修还是加固，均会不可避免的遇到新旧混凝土界面粘结问题[1-2]。界面粘结效果除受修补技术影响外，还会直接受到界面粘结材料性能的影响，可以说其性能的好坏会直接影响到修补效果[2-3]。目前，新旧混凝土界面粘结材料的种类繁多，可分为无机和无机-有机复合两大类。常用的无机类粘结材料包括水泥净浆、砂浆等，虽然成本较低，但该类粘结材料存在收缩、界面粘结处易开脱等缺陷，耐久性较差[4-5]；而无机-有机复合粘结材料不仅粘结性能优，而且其收缩小，抗渗、抗冻等耐久性较好[6-8]。

在无机-有机复合粘结材料中，应用较为广泛的是聚合物改性水泥基材料，而目前对聚合物改性水泥基粘结材料的研究主要集中在配合比设计、粘结强度、聚合物种类对水泥基材料的影响上[5，9-10]，对于搅拌工艺及设备对其性能影响的研究还未见报道，在JC/T 907—2002《混凝土界面处理剂》中对于界面剂的搅拌部分仅提到“用机械或手工搅拌均匀”，对于关乎浆体搅拌质量的设备、时间、工艺均未说明。由此，本文主要研究了搅拌时间、搅拌设备及转速对聚合物改性水泥基粘结材料结块率、扩展度、流变性能及粘结性能的影响，以便为进一步深入研究及现场实际施工提供依据。

1　原材料及试验方法

1.1原材料

P·O42.5级水泥，比表面积361.1m2/kg，江苏磊达水泥有限公司生产；SD623改性羧基丁苯乳液，固含量51%，pH值7.8～10，25℃黏度35～150mPa·s，密度1.01 g/cm3，上海BASF有限公司生产。

1.2试验方法

试验中，m（乳液）∶m（水泥）=2∶3，单次搅拌量600 g；利用精密增力搅拌器（JJ-1型，转速0～3000 r/min可调），控制搅拌时间为240 s，研究搅拌速率对聚合物改性水泥基粘结材料结块率、粘结性能的影响；然后通过固定优选的搅拌转速，研究搅拌时间对聚合物改性水泥基粘结材料结块率、流变性能、扩展度及粘结性能的影响。

净浆流动度：依据GB/T 8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行测试。

浆体的流变性能：参照GB/T 22235—2008《液体黏度的测定》，采用Brookfield R/S Plus旋转流变仪进行测试，该仪器转速程序如图1所示。

图1　剪切速率程序

结块率：参照T0657—1993《乳化沥青水泥拌合试验》，将200 g浆体过1.18mm筛，以未通过筛孔的结块与装入的试样总质量的比值来表征试样搅拌的结块情况，计算公式见式（1）：

W=（m1-m2）/m（1）

式中：m1——筛和结块总质量，g；

m2——筛质量，g；

m——倒入浆体质量，g。

拉拔粘结强度：参照JC/T 984—2005《聚合物防水砂浆试验规程》进行测试，基板改用表面平整、尺寸为300mm×300 mm×30mm的大理石板，具体步骤：采用硅酮密封材料制成长40mm×宽40mm×厚10mm的模框，将成型模框放于基块上，将制备好的聚合物改性水泥净浆试样倒入成型模框中抹平，标准养护24h后脱模，每组8块，测试3d和7d拉拔粘结强度。

2　试验结果与讨论

2.1转速对聚合物改性水泥基粘结材料性能的影响

2.1.1转速对粘结材料结块率的影响

控制搅拌时间为240 s，研究搅拌转速对聚合物改性水泥基粘结材料结块率的影响，结果见图2。

图2　转速对聚合物改性水泥基粘结材料结块率的影响

由图2可以看出：随着转速的提高，粘结材料的结块率逐渐降低，转速为750、1000、1500 r/min时粘结材料的结块率较转速为250 r/min时分别降低49.2%、73.6%、88.2%；当转速高于1500 r/min时，浆体内部结块率趋于稳定，继续增大转速对浆体分散的改善效果不再明显，当转速达到1750 r/min时，会形成强大的涡流，搅拌过程中引入较多气泡，因此合理的转速可以控制在1500～1750 r/min；且转速r与结块率W有着较好的指数对应关系：

2.1.2转速对粘结材料粘结性能的影响（见图3）

图3　转速对聚合物改性水泥基粘结材料粘结强度的影响

由图3可见，随着转速的提高，试样的粘结强度呈现先提高后降低趋势，在转速为1500～1750 r/min时粘结强度达到最大，转速为1500 r/min的试样3 d、7 d粘结强度较转速为1000 r/min的试样分别提高18.5%、16.7%。这是由于搅拌采用桨式叶片，悬于搅拌容器底部，搅拌时通过转速的提高在浆体中形成涡流，当转速过高（高于1750 r/min）时，会引入较多的气泡，不利于粘结强度的改善。

综上所述，在搅拌转速为1500～1750 r/min时，聚合物改性水泥基粘结材料的分散性、拉拔粘结强度较好。

2.2搅拌时间对聚合物改性水泥基粘结材料性能的影响

2.2.1搅拌时间对粘结材料结块率的影响

控制搅拌转速为1500 r/min，研究搅拌时间对聚合物改性水泥基粘结材料结块率的影响，结果见图4。

图4　搅拌时间对粘结材料结块率的影响

由图4可见：随着搅拌时间的延长，试样的结块率呈现下降趋势。与搅拌60 s时结块率相比，搅拌120 s时浆体结块率降低45.7%，搅拌至240 s时结块率降低88.2%；当搅拌时间大于240 s时，结块率趋于稳定。将测得的结块率和搅拌时间进行拟合，结块率W与搅拌时间t有着很好的幂函数关系：

2.2.2搅拌时间对浆体流变性能的影响

采用净浆流动度和流变参数来表征搅拌时间对浆体流变性能的影响，其中流变参数包括塑性黏度和屈服应力，测试结果见图5、图6。

图5　搅拌时间对浆体流变参数的影响

由图5可见，对于流变参数，随着搅拌时间的延长，屈服应力呈现递减的趋势，塑性黏度则相反，并在240 s后趋于稳定，与搅拌60 s的试样相比，搅拌240 s的试样屈服应力降低71.7%，塑性黏度上升44.9%。此外，屈服应力σ、塑性黏度η与搅拌时间t呈幂函数关系：

图6　搅拌时间对浆体流动度的影响

由图6可见，对于流动度，搅拌120 s内，随搅拌时间的延长浆体的流动性呈增大趋势，120 s以后搅拌时间对浆体流动度的影响不大，基本保持在190～195mm。这是由于：随着搅拌时间的延长，内部结块率逐渐降低，一方面黏度增大，不利于浆体的流动（负效应），另一方面屈服应力减小，且搅拌过程中会引入气泡，起到润滑作用，有利于浆体的流动（正效应），在搅拌初期正效应大于负效应，120 s以后正、负效应基本抵消，因此在120 s以后浆体的流动性基本处于稳定状态[11]。

2.2.3搅拌时间对粘结材料粘结强度的影响（见图7）

图7　搅拌时间对粘结材料粘结强度的影响

由图7可见，随着搅拌时间的延长，试样的粘结强度先提高后降低，在搅拌240s时达到最大，3 d、7 d粘结强度较搅拌60s的试样分别提高37.5%、43.1%。这是由于随着搅拌时间的延长，试样的结块率逐渐下降，分散性越来越好，有利于粘结强度的改善，但当搅拌时间过长，由于搅拌过程会引入气体，这对于粘结强度的改善是不利的，导致粘结强度呈现降低趋势。

从以上研究结果可以看出，采用精密增力搅拌器拌制聚合物改性水泥净浆粘结材料时，搅拌转速宜控制在1500～1750 r/min，搅拌时间宜控制在240 s左右。

3　结论

（1）随着搅拌速率的提高，试样的结块率降低，并在转速高于1500 r/min后趋于稳定；试样的粘结强度先上升后降低，并在转速为1500～1750 r/min时达到最大，且搅拌速率与浆体结块率有较好的指数函数关系。与转速为250 r/min的试样相比，转速为1500 r/min的试样结块率降低88.2%；与转速为1000 r/min的试样相比，转速为1500 r/min试样3d、7 d粘结强度分别提高18.5%、16.7%。

（2）随着搅拌时间的延长，聚合物改性水泥基粘结材料的结块率、屈服应力呈现降低趋势，塑性黏度呈现上升趋势，并均在240 s后基本趋于稳定，且搅拌时间与结块率、屈服应力、塑性黏度呈幂函数关系。与搅拌60s试样相比，搅拌240s试样的结块率、屈服应力分别降低88.2%、71.7%，塑性黏度上升44.9%。

（3）随着搅拌时间的延长，试样的粘结强度先提高后降低，并在240 s时达到最大。与搅拌60 s的试样相比，搅拌240 s的试样3 d、7 d粘结强度分别提高37.5%、43.1%。

（4）采用精密增力搅拌器拌制聚合物改性水泥净浆粘结材料时，搅拌转速宜控制在1500～1750 r/min，搅拌时间宜控制在240 s左右。

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Research on the effect of stirring process on the performance of the polymer modified cement paste bonding material

SHAO Guoyun1，LIU Jiwei2
（1.Xinghua City Transportation Bureau of Jiangsu，Xinghua 225700，China；2.JSTIGROUP，Nanjing 210017，China）

Abstract：The effect of stirring time and rate on the agglomeration rate，rheological property and bonding property of the polymer modified cement paste were researched.And the results show that when the stirring time is 240 s，with the increasing of the stirring rate，the agglomeration of the specimen shows a decreasing trend，and when the rotational speed reaches 1500 r/min the agglomeration rate tends to be stable，the bonding strength of the sample increased first and then decreased，and when the rotational speed is 1500～1750 r/min the bonding strength achieve the maximum，the stirring speed and slurry caking rate have the relation of exponential function.When the stirring rate is 1500 r/min，with the extending of the stirring time，the agglomeration rate，yield stress of the sample shows a decreasing trend，and the plastic viscosity shows a rising trend，and it would tend to be stable after 240 s，the bonding strength of the sample increased first and then reduced，and it would reach maximum at the time of 240 s. The stirring time have the power function relationship with agglomeration rate，yield stress and plastic viscosity.

Key words：stirring process，polymer emulsion，modified cement paste，agglomeration rate，rheological property，bonding property

作者简介：邵国昀，男，1971年生，江苏兴化人，工程师。地址：江苏省兴化市长安南路1号，E-mail：1026315904@qq.com。

收稿日期：2015-07-15；

修订日期：2015-08-24

中图分类号：TU58

文献标识码：A

文章编号：1001-702X（2016）01-0014-04