聚合物和矿物掺合料对水泥砂浆性能的影响研究

施洪亮

南通市建筑科学研究院有限公司，江苏南通 226002

1 聚合物改性水泥砂浆性能研究进展

聚合物乳液或者是聚合物干粉均具备减水的性能，当然减水率也会随着聚合物掺和量的加大而提升。研究表明，乳液改性水泥会将的流动性发生变化，改性灰浆则呈现出来的是较为显著的剪切变稀以及摇溶性的流变方式。王培铭等主要研究的是丁苯与聚合物干粉对于新拌砂浆保水率因素的影响，相应的结果显示，丁苯乳液具备优良的保水性能，在聚灰比例加大而逐步的呈现出来单增的现象。在聚合物掺入量是7.5%的时候，保水率已经趋于98%，逐步加大丁苯掺入的量，随即宝水量的增长而变小；羟乙基甲基纤维素醚可以有效地加大砂浆的保水性。另外，可再分散乳胶也可以有效地提升新拌砂浆自身的保水性能，在将可再分散乳胶粉和羟乙基甲基纤维素醚混和在一起的时候，砂浆自身的保水性也会更优越一些。聚合物乳液或者是干粉改性的时候，其所具备的作用就是表面活性剂，可以很好地在砂浆之中来将诸多的气泡引入进来。

2 试验原材料

2.1 水泥和矿物掺和料

本次试验主要运用的普通硅酸盐水泥，在工业生产的过程中，硅灰则是其中的副产品，主要包括硅铁、金属硅以及高炉矿渣。研究主要运用的材料的具备相应的物理化学性能，具体见表1。

表1 水泥、矿渣以及硅灰的物理化学特性

2.2 聚合物

在选择聚合物的时候，主要运用的是EVA、PAE与SBR聚合物乳液，并且运用有机硅乳液来作为其中的分散剂。聚合物乳液的各项技术指标见表2。

表2 聚合物各项性能指标

2.3 细集料

细集料主要选用的是河砂，其中最大粒径在1.2mm，其自身的细度模数是2.40，具体的技术指标见表3。

表3 砂技术指标

3 试验方法

（1） 强度性能。试件养护的温度在（20±2） ℃，在试件成型之后需要运用薄膜来进行试件表面的覆盖工作，时间为7d。之后在湿度是（60±5） %的情况下来进行自然养护，时间则是28d，严格遵照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》所测试的各个龄期的抗折和抗压的强度。

（2） 透水性能。运用常水头渗透系数测试仪来测试相应的渗透系数，在这之中，试件的尺寸则主要为15cm×15cm的圆柱体。

（3） 表面功能性。依照具体的配合比所成型的30cm×30cm×5cm的车辙板，其主要运用的是铺砂法来进行车辙板试件构造深度的测试，主要运用的是摆式路面摩擦系数测定仪测试试件表面抗滑摩擦具体的摆值。

4 试验结果及分析

4.1 矿物掺合料对PMPC强度性能及透水性能的影响

试验基准配合比见表4。由表4可知，其主要运用的是2%～10%掺量的硅灰以及5%～15%掺量的粉煤灰等来替代水泥。针对掺量矿物掺合料影响到聚合物改性多孔水泥混凝土强度与透水性的程度可以看出来，两类矿物掺和料代替了水泥，PMPC的28d强度得到了很大的提升。粉煤灰掺量为10%或者是硅灰掺量为6%的时候，PMPC自身的强度性能可以有较大提升。在28d，抗压强度分别达到了23.47MPa，其28d抗折强度已经达到了5.2、5.9MPa。

表4 试验基准配合比

究其原因，主要是由于和水泥相比较粉煤灰 （2.10g/cm3） 与硅灰 （2.23g/cm3） 的密度都要比较 （3.10g/cm3） 小，也就是说，相同质量代替水泥，事实上会加大胶凝材料浆体的体积，确保硬化浆体膜的厚度变大，进而增加集料自身接触点的范围；粉煤灰与硅灰的微集料添加的作用，相应的缩减了水泥石自身毛细孔之间的间隙，同时也会进一步提升混凝土自身的强度。粉煤灰虽然活性不足，但是其中水泥的密度则是70%，相同质量代替5%～15%水泥之后，浆体的体积也会随即加大5%～10%之间，所以添加相应量粉煤灰的PMPC7d强度也会相应的加大，之后的强度也会进一步得到提升。对比分析28d强度和7d强度，明显要高出30%～50%。针对硅灰而言，其表面积已经达到了18000m2/kg，也具备优良的微填充作用，可以进一步的加大集料等各个结构单元之间接触范围。

PMPC中添加相应量的硅灰或者是粉煤灰，对于混凝土的渗透系数与孔隙率而言都会产生相应的影响。会加大浆体的体积，混凝土的孔隙率会随即减小，相应的渗透系数也会变小。

4.2 矿物掺合料对PMPC表面功能的影响

掺入适量的硅灰与粉煤灰，对于PMPC表面构造深度和抗滑系数的影响十分明显，随着硅灰与粉煤灰取代水泥量的加大，其抗滑摆值与表面构造深度随即降低，在运用10%的粉煤灰或者是6%硅灰的时候，PMPC表面构造深度在1mm之上，其表面抗滑摆值在40BPN之上，与《公路水泥混凝土路面施工技术规范》之中的对于表面功能性的规范基本保持一致。

4.3 PMPC的结构模型

由开级配的粗集料和相应量的细集料组成PMPC的结构骨架，该结构可以看做是由其表面包裹了相应厚度凝胶材料浆体的粗集料堆砌在一起，矿物掺合料与细集料相互填充在一起之后所形成的大孔之中所组建的聚集体，掺入的矿物掺和料可以进一步强化集料之中各个颗粒之间接触，混凝土依旧留有充分的连通孔隙，可进一步增加混凝土自身的强度。

对于多孔混凝土而言，其自身的强度并不是简单的由结构单元强度来进行决定的，其主要看的是结构单元之间的黏结度。所以，PMPC材料的强度不能单纯的依靠普通混凝土的胶集比与水灰比来实施，其主要运用一类新型化的模型来体现，一类接触元模型与结构特征基本一致，其主要可以运用式（1） 来进行展现：

式中：R0——材料的强度；Ri——各个接触点之间衔接的强度；Xi——接触点面积；fi——接触点部位的内摩擦系数；Pi——接触点部位的压力。

上述模型具体可以解释：虽然水泥石自身的抗压强度相对较高，一般都保持在50MPa之上，但是因为PMPC之中存在诸多的孔隙，各个接触点的范围相对较小，强度一般在10～30MPa之间，抗弯拉的强度则是在1.5～4.5MPa之间。在水泥自身级配不合理和聚合物用量相对较小的情况下，各个接触点的范围也会因此而变小，内摩擦系数也需要进一步的提升，使得PMPC的强度性能变小。配比适宜的集料级配、矿物掺合料掺量、聚合物以及水泥可确保PMPC自身的强度。

5 结语

目前，聚合物改性水泥砂浆 （PMM） 是一类优良的水泥混凝土修补的材料，其主要优势体现在抗碳化性、抗氯离子渗透、吸水性较小、收缩率低以及粘结力性能良好。PMM之中的聚合物主要涵盖单体、液体树脂、水溶性聚合物、可再分散的聚合物粉末与乳胶，其中，乳胶改性砂浆则是目前最为常用的聚合物改性水泥砂浆。在PMM之中，聚合物与水泥水化产物相互之间形成了一种薄膜，并有效地将粗集料紧密的粘结在一起，并将相应的空间网状结构组建出来，在最大限度之上来充分的确保其具备很好的耐久性与力学性能。

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