可再分散乳胶粉对干混砂浆性能的影响

侯云芬，张 莹，黄天勇

(1.北京建筑大学 土木与交通工程学院， 北京 100044； 2.固废资源化利用与节能建材国家重点实验室， 北京 100041)

水泥砂浆存在易泌水、脆性大、易开裂等问题，应用于实际工程中有局限性。可再分散乳胶粉是聚合物乳液经过特殊处理、喷雾干燥后，得到“壳- 核”结构的聚合物颗粒[1]，溶于水后形成稳定的分散体系，与乳液性能相似[2]。在水泥砂浆中掺入可再分散乳胶粉可以改善砂浆的不足，例如：改善稠度和保水性，提高强度和黏结性等性能，并且节约胶凝材料，保证工程质量，因此被广泛应用于水泥砂浆工程领域。

付廷波[3]通过研究不同掺量醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉对砂浆和易性的影响，发现掺入胶粉后砂浆稠度增大，掺量增加后稠度呈现降低趋势。李文杰等[4]改变可再分散乳胶粉掺量对高强自流平砂浆流动度和力学性能的影响，发现随着乳胶粉掺量的增加，自流平砂浆的流动度逐渐减小。王红霞等[5]研究发现可再分散乳胶粉可以增加砂浆的保水率。可再分散乳胶粉降低砂浆的抗压强度[6]，但有研究表明可以提高砂浆抗折强度[7]。经研究发现，叔碳酸乙烯酯/醋酸乙烯酯乳液对水泥砂浆的水化有一定的阻碍作用，乳液可提高水泥砂浆的致密度，导致水泥砂浆的抗压强度提高[8]。乳化沥青粉是乳化沥青经喷雾干燥处理制得的一种粉体材料。孔祥明等[9]研究了乳化沥青掺量对水泥浆体流动性能及水化热的影响，结果表明乳化沥青可以延缓水泥的水化过程，从而提高浆体的流动性；但随着乳化沥青掺量的增加，水泥水化诱导期延长，浆体的流动性先增大后逐渐降低。YANG等[10]研究了乳化沥青对水泥水化进程的影响，结果表明乳化沥青掺量增加，水泥水化诱导期延长，抑制水化产物的形成，即乳化沥青延缓水泥的水化进程。

上述已有研究成果表明，可再分散乳胶粉可改善砂浆流动度及保水性、降低抗压强度等，但均为不同掺量乳胶粉对特种砂浆的工作性能及力学性能的研究，对于可再分散乳胶粉单独作用于砂浆中的性能影响以及不同种类乳胶粉对砂浆作用的差异尚不明确。基于上述分析，试验采用不同掺量及不同种类的可再分散乳胶粉比较其对水泥砂浆的流动性、保水性等工作性能及抗折强度、抗压强度等力学性能的影响，同时通过水化放热速率、X-射线衍射等手段分析可再分散乳胶粉对水泥水化进程和水化产物的影响，从而讨论其对砂浆性能影响的作用机理。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

试验选用强度等级为42.5基准水泥，化学成分见表1，物理力学性能见表2。试验用砂为粒度0.5～1.0 mm的ISO标准砂。试验用可再分散乳胶粉分别为乙烯- 醋酸乙烯酯(EVA)、可再分散沥青粉末(EAP)、叔碳胶粉(TCP)。

表1 基准水泥的化学成分Tab.1 Chemical component of reference cement %

表2 基准水泥的物理力学性能指标Tab.2 Physical-mechanical properties index of reference cement

1.2 试验方法

试验水灰比为0.53，灰砂比为1∶3，可再分散乳胶粉掺量为0～8%(以水泥质量计)。砂浆流动性按照GB/T 2419—2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行测试，保水率参照JGJ /T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行测试。抗压和抗折强度试验方法和数据处理依据GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(IOS法)》，分别测量7 d和28 d的试块强度。X-射线衍射分析所用样品的制备方法为：试样养护至规定龄期取出，将其敲碎至2～5 mm，放入无水乙醇中浸泡48 h。取出后，50 ℃烘干并磨细至小于75 μm，过200目筛孔。

2 结果与讨论

2.1 对砂浆工作性的影响

砂浆工作性包括流动性和保水性，流动性的指标为流动度，保水性的指标为保水率。基准砂浆的流动度为165 mm，保水率为90.62%。

如图1所示，不同品种和掺量的可再分散乳胶粉都能显著提高砂浆流动度，提高幅度为40%～54%。但是比较发现，不同品种乳胶粉掺量对砂浆流动度的影响有差异，其中EVA掺量对砂浆的流动度影响最小，其流动度基本保持在235～240 mm；TCP掺量的增加使得砂浆的流动度基本呈现递增趋势，范围在235～260 mm；EAP掺量增加使砂浆的流动度出现先增后减的趋势，并且在掺量为7%时流动度最大。

图1 可再分散乳胶粉对砂浆流动度的影响Fig.1 Effect of redispersible latex powder on fluidity of mortar

3种乳胶粉对砂浆保水率的影响见表3，数据表明，掺加乳胶粉后，砂浆的保水率提高，提高幅度为5%左右。保水率随乳胶粉掺量的增加呈现微小波动。比较发现，EVA对保水率的提高程度最大，EAP对保水率提高程度最小。

表3 可再分散乳胶粉对砂浆保水率的影响Tab.3 Effect of redispersible latex powder on water-retention rate of mortar

2.2 对砂浆强度的影响

基准砂浆的7 d抗折强度和抗压强度分别为4.5 MPa和22.2 MPa，28 d抗折强度和抗压强度分别为6.2 MPa和32.2 MPa。图2、图3为可再分散乳胶粉对砂浆7 d抗折强度和抗压强度的影响。可以发现，掺入3种乳胶粉后，砂浆7 d强度均低于基准砂浆强度。如图2所示，随着3种乳胶粉掺量的增加，砂浆抗折强度持续降低。掺入8% EAP的砂浆强度仅为EAP 5%掺量的85%，掺入EVA和TCP的砂浆随掺量变化抗折强度波动较小。如图3所示，3种乳胶粉掺量的增加，砂浆抗折强度持续降低。EVA掺量的变化对砂浆抗压强度的影响不大，但是EVA胶粉试验组相比基准组的抗压强度降低了至少64%；TCP掺量对砂浆抗压强度的影响最小；EAP对于砂浆抗压强度的影响最大，其抗压强度随掺量的增大而下降，在掺量为8%时的强度最小，相比基准组的抗压强度降低79%。

图2 可再分散乳胶粉对砂浆7 d抗折强度的影响Fig.2 Effect of redispersible latex powder on the flexural strength of mortar for 7 d

图3 可再分散乳胶粉对砂浆7 d抗压强度的影响Fig.3 Effect of redispersible latex powder on the compressive strength of mortar for 7 d

图4和图5分别为可再分散乳胶粉对砂浆28 d抗折强度和抗压强度的影响。可以发现，掺入3种乳胶粉后，砂浆28 d强度均低于基准砂浆强度。由图4可见，掺加 EVA 的砂浆随掺量增大抗折强度降低最多，其他2组的抗折强度随掺量变化的影响不大。相同掺量时，EAP对砂浆抗折强度降低作用最明显，其次为TCP。由图5可见，EVA 掺量的增高使得砂浆的抗压强度出现先下降后平稳的趋势，在掺量为5%时抗压强度相比基准组抗压强度降低55%；当TCP掺量为8%时抗压强度最小，为5.7 MPa，比基准组降低82%，对砂浆抗压强度影响最大；掺入EAP的砂浆抗压强度变化曲线较平稳，降低74%的抗压强度。

图4 可再分散乳胶粉对砂浆28 d抗折强度的影响Fig.4 Effect of redispersible latex powder on the flexural strength of mortar for 28 d

图5 可再分散乳胶粉对砂浆28 d抗压强度的影响Fig.5 Effect of redispersible latex powder on the compressive strength of mortar for 28 d

压折比可用来表示砂浆的柔韧性，砂浆的压折比越小，砂浆的柔韧性就越大，脆性越小，砂浆不易开裂。基准砂浆7 d、28 d强度的压折比分别为4.9和5.2，随着龄期的增长砂浆压折比提高，脆性增大。可再分散乳胶粉对砂浆7 d的压折比影响(图6)结果说明，随着3种乳胶粉掺量的增加，砂浆压折比呈降低趋势，表明掺入胶粉后砂浆的柔韧性提高，且随掺量增大砂浆柔韧性增强。可再分散乳胶粉对砂浆28 d的压折比影响(图7)结果说明，28 d强度压折比随可再分散乳胶粉掺量变化幅度较小，其中掺入EAP砂浆压折比最大，掺入TCP砂浆压折比最小，表明掺入EAP后砂浆28 d的脆性较大，掺入TCP后砂浆28 d的柔韧性较好，不易开裂。

图6 可再分散乳胶粉对砂浆7 d压折比的影响Fig.6 Effect of redispersible latex powder on the ratio of compressive strength to flexural strength for 7 d

图7 可再分散乳胶粉对砂浆28 d压折比的影响Fig.7 Effect of redispersible latex powder on the ratio of compressive strength to flexural strength for 28 d

2.3 对水化热的影响

由图8可见，掺入EVA后水泥浆体的水化放热峰低于纯水泥浆体，且延迟水化放热峰出现的时间，说明EVA起到了缓凝的作用。随着EVA掺量的增加，放热峰值变小，并且掺量为8%的试验组出现第二放热峰，其值为3.7 mW/g。出现放热峰后水化速率明显降低，逐渐趋于平稳。由图9可见，前30 h的水化放热量增长较快。当水化时间小于36 h时，在同一水化时间，水泥水化放热量随EVA掺量的增加而减小。例如，水化时间为15 h时不掺EVA浆体的水化放热量为161.8 J/g，掺5%EVA后水化放热量为153.4 J/g，掺8%EVA后水化放热量为147.2 J/g。此后，随着水化反应时间延长，水化放热量随EVA掺量增加而增大。

各地各部门要建立网络舆情监察监管专门机构，组建网络舆情工作专班，打造一支全天候的监测队伍。严格落实主体责任，由一位领导负责，舆情信息员利用技术手段对各大网络平台进行动态监测，发现舆情，立即将舆情监测情况向各职能部门反馈。对恶意信息立即删除，对重大影响的事件，坚守“黄金4小时”原则，主动发声，正面回应，积极处理舆情，避免舆情蔓延。对于一些恶意中伤的造谣行为还要果断运用法律武器，对带头造谣生事者进行严肃处理，维护政府自身形象。

图8 EVA对水泥水化放热速率的影响Fig.8 Effect of EVA on hydration exothermic rate of cement

图9 EVA对水泥水化放热量的影响Fig.9 Effect of EVA on hydration heat amount of cement

如图10所示，3种可再分散乳胶粉都延缓了水泥水化放热峰的出现时间，并且试验组的放热峰值较基准组明显降低，3种乳胶粉的延缓时间和降低峰值的作用相似。其中掺加TCP的放热峰值最低，水化放热速率比基准组降低了12.2%。掺入EVA和EAP试验组的水化放热速率曲线还存在第二水化放热峰，掺加EAP的试验组第二峰值相对EVA试验组第二峰值出现时间滞后。如图11所示，3种乳胶粉都可以提高水泥的水化放热量。随着龄期的增长，掺加TCP试验组的水化放热量变化曲线增长趋势表现最明显，此试验组水化放热总量最多。

图10 掺量为8%的可再分散乳胶粉对水泥水化 放热速率的影响Fig.10 Effect of 8% redispersible latex powder on hydration exothermic rate of cement

图11 掺量为8%的可再分散乳胶粉对水泥 水化放热量的影响Fig.11 Effect of 8% redispersible latex powder on hydration heat amount of cement

2.4 对水化产物的影响

图12、图13分别为掺8%可再分散乳胶粉的水泥24 h、7 d的XRD图谱，通过观察主要水化产物Ca(OH)2的衍射峰值可以分析乳胶粉对水泥水化进程的影响。由图12和图13可见，不同乳胶粉对水泥的水化产物种类没有影响。比较不同胶粉试验组Ca(OH)2特征峰值发现，EAP组的Ca(OH)2峰值最高，甚至高于纯水泥浆体的Ca(OH)2峰，掺加EVA的试验组次之，而TCP试验组的Ca(OH)2峰值最小。以上结果表明乳胶粉对水泥水化有一定的缓慢效果，其中TCP的缓凝效果最强，EAP的缓凝效果最差。相比24 h的图谱，7 d的图谱显示Ca(OH)2的峰值明显增高，其中掺加EAP的试验组其Ca(OH)2增长最多并且峰值最高，而硅酸钙产物峰值降低明显，说明这段时间内水泥水化进程较高。

图12 掺8%可再分散乳胶粉的水泥24 h的 XRD图谱Fig.12 XRD patterns of cement mixed with 8% redispersible latex powder for 24 h

图13 掺8%可再分散乳胶粉的水泥7 d的XRD图谱Fig.13 XRD patterns of cement mixed with 8% redispersible latex powder for 7 d

2.5 讨论

2.5.1 可再分散乳胶粉对砂浆性能影响的机理

在干混砂浆中加入可再分散乳胶粉后，砂浆的和易性能够得到改善，其主要原因是：可再分散乳胶粉是大分子聚合物粉末，溶于水后自行分散，不与水泥团聚[11]。可再分散乳胶粉颗粒的水溶性保护胶体包覆层可以防止颗粒之间的润滑效应，而使得聚合物颗粒能在水泥浆体中产生“滚珠效应”[12]；同时，可再分散乳胶粉具有引气作用，其对空气的诱导效应可以赋予砂浆可压缩性。通过试验发现，乳胶粉的加入会增加砂浆的流动度，在一定的掺量范围内随乳胶粉掺量增加，流动度出现先增大后减小的趋势，并且砂浆的保水率和乳胶粉的掺量也不成正比，这是因为乳胶粉本身作为一种高聚物，其黏稠性与稠度成正比，如果掺量过大砂浆的黏度变大。从微观的角度来分析，可再分散乳胶粉在新拌制砂浆中出现的再分散现象、成膜现象和吸附现象使流动性有上述的变化规律。

可再分散乳胶粉降低砂浆强度主要原因是其增加砂浆总孔隙率和平均孔径，且增加的孔多为开口孔[13]，致使砂浆硬化后结构疏松，从而强度降低。掺入可再分散乳胶粉后，会在砂浆内部形成聚合物膜结构，膜结构或分布在水化产物之间，或将水化产物包裹[14]，形成的聚合物膜结构可以起到削弱应力集中并阻止内部微裂缝扩散作用，使砂浆柔韧性增强，不易开裂，试验中表现为压折比的降低。

可再分散乳胶粉对砂浆宏观性能上的影响源于其与水泥浆体产生的化学反应。可再分散乳胶粉对水泥水化进程的延缓作用主要是:吸附作用，乳胶粉吸附在熟料矿物或水化产物表面，阻碍矿物的溶解或减少C—S—H的成核位点，导致水化速率降低；络合作用，聚合物基团与溶液中的Ca2+反应，降低溶液中Ca2+的浓度，溶液达到过饱和度所需时间增加，从而延缓水化反应[15-16]。

3种可再分散乳胶粉对砂浆的性能影响存在差异，为分析差异形成原因，对3种可再分散乳胶粉进行红外光谱分析，红外谱图如图14所示。

图14 可再分散乳胶粉的红外谱图Fig.14 FT-IR spectra of the redispersible polymer powder

3 结论

1) 可再分散乳胶粉显著提高砂浆的流动度，增幅可达54%。随着可再分散乳胶粉掺量的增加，流动度先增大后减少。砂浆的流动度受EVA掺量的影响较小，EAP可较大改善砂浆的流动性。可再分散乳胶粉可以改善砂浆的保水性，但受其掺量影响较小。

2) 可再分散乳胶粉使砂浆的抗折强度和抗压强度显著降低，降低幅度在55%～82%，掺入EVA后砂浆强度高于掺入TCP、EAP的砂浆。可再分散乳胶粉可以降低砂浆的压折比，即显著改善砂浆的柔韧性。

3) 可再分散乳胶粉延缓水泥水化放热峰出现时间，延缓水化进程，且掺量越大，缓凝效果越大；EVA、TCP、EAP对水泥的缓凝效果相似。但是可再分散乳胶粉不改变水化产物种类。

4) 可再分散乳胶粉在水泥体系中具有的吸附作用、引气作用及成膜作用，是影响砂浆性能的主要原因。