可再分散乳胶粉含量对装配式渠道连接水泥砂浆性能的影响

王圆圆

(河北省子牙河河务中心，河北 衡水 053000)

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

此次研究的是小型装配式渠道用聚合物改性水泥砂浆，是将水泥、硅粉、砂、可再分散乳胶粉、消泡剂等混合制作成的兼有高效性、质量高、能耗低的水泥砂浆，以便满足装配式渠道施工过程中的快速回填、尽快投入使用的需求，提高工程的经济性。因此，试验材料主要包括水泥、硅粉、砂、可再分散乳胶粉、消泡剂、早强减水剂和水。

试验用水泥为P·O 42.5普通硅酸盐水泥，经测定其初凝时间为178 min，终凝时间为225 min；28d抗压强度和抗折强度分别为51.0 MPa和8.5 MPa；试验用硅粉为朗天牌硅粉，经检验其各项指标均满足《水泥化学分析方法》(GB/T 176—2017)标准要求；试验用砂为天然河砂，其表观密度为2640 kg/m3，含泥量<2%，细度模数3.54，为中砂；试验用硅粉为瓦克5020 N可再分散乳胶粉，其固含量为98%，堆积密度为450 g/L；由于乳胶粉为表面活性剂，在搅拌过程中更容易产生泡沫，因此，需要加入一定量的消泡剂。此次试验采用的是有机硅类聚醚改性有机硅消泡剂，其外观为白色到微黄色颗粒，消泡时间>10 s；试验用早强减水剂为灰霸牌混凝土早强减水剂，减水率为20%；试验用水为普通自来水。

1.2 试验配合比和方案设计

为满足装配式渠道施工需要，研究中配置的是强度等级M25的水泥砂浆[1]。由于试验中的影响因素众多，如果充分考虑各种因素之间的交叉影响，试验的工作量将十分庞大，从而导致试验成本非常高[2]。基于此，此次试验首先按照《砌筑砂浆配合比设计规程》(JGJ/T 98—2010)的相关要求，获取M25得基准配合比，然后，固定砂浆的水灰比，采用硅粉内掺的方式等量替代砂浆中的水泥，再以胶凝材料用量为基准，确定0%、1%、2%、3%、4%、5%等6种不同的可再分散乳胶粉掺量水平，设计出如表1所示的试验方案和材料用量表。

表1 试验方案设计(每方砂浆材料实际用量) kg

1.3 试验方法

试件的制作严格按照相关标准执行，每个方案制作3块棱长为70 mm的正方体试件，一共需要制作5组15个试件。在制作过程中，首先对不同试验方案下的水泥砂浆进行保水性和流动性试验，然后，对每组砂浆试块和7 d龄期的抗压强度、抗折强度、黏结强度和抗裂性能进行测定，并做好相应试验数据的记录和整理工作，通过对试验数据的分析，获得可再分散乳胶粉含量对装配式渠道连接水泥砂浆性能的影响，并结合试验结论提出有益的工程建议[3]。

2 试验结果与分析

2.1 工作性能

保水性和流动性是聚合物砂浆工作性能的重要指标，虽然，影响砂浆保水效果和流动性的因素较多，但是，此次试验在室内进行，聚合物采用的是可分散性乳胶粉，因此，掺量就成为主要影响因素[4]。根据试验汇总获取的数据，计算获取如表2所示的不同试验方案下的砂浆保水率和流动度。由表中的试验结果可以看出，水泥砂浆的稠度随着可分散乳胶粉掺量的增大而减小，且减小的幅度不断增大。究其原因，聚合物在水解之形成的膜物质可以互相搭接形成网状结构，影响砂浆的稠度和流动性。因此，过量添加可再分散乳胶粉会显著影响砂浆的和易性；从保水率的试验结果来看，随着可再分散乳胶粉掺量的增加，砂浆的保水率不断提高，但是，提高的速率逐渐趋缓。究其原因，主要是可再分散乳胶粉可以发生水合反应，使砂浆中的游离水分子转变为结合水分子，有效抑制了砂浆中水分的蒸发和流失，保证水泥砂浆后期充足的水化用水。结合稠度和保水率的试验结果，可再生乳胶粉的掺量以3%为宜。

表2 不同试验方案砂浆保水率和稠度试验结果

2.2 力学性能

对试验中获取的试块7 d抗压强度、抗折强度和黏结强度进行整理，绘制出如图1所示的力学性能随乳胶粉掺量的变化曲线。由图可知，可再分散乳胶粉的掺量对砂浆的抗压强度和抗折强度存在比较明显的影响，从试验结果来看，当再分散乳胶粉的掺量不超过3%时，砂浆的抗压强度和抗折强度随着可再分散乳胶粉的掺量的增加而增大，并在掺量为3%时达到最大值。当再分散乳胶粉的掺量超过3%时，砂浆的抗压强度和抗折强度随着可再分散乳胶粉的掺量的增加而减小。究其原因，主要是乳胶粉聚合物在水解之后形成的框架体系可以和水泥水化后形成的颗粒相互嵌套，提高了砂浆的力学性能。但是，如果在砂浆中过量掺入分散乳胶粉，一方面过高的保水性会造成砂浆内部的水分积聚过多，而这些水分蒸发之后会形成一些微小的孔洞；另一方面，由于乳胶粉本身具有引气效果，也会造成砂浆内部孔洞出现。从黏结强度来看，其会随着乳胶粉掺量的增加为不断增大，但是在掺量>3%时其增加速率明显趋缓。究其原因，主要是乳胶粉水解后会在黏结部位形成聚合物薄膜提高砂浆和基底的黏结强度，但是，过量掺加对黏结强度的提高效果不明显。

图1 砂浆力学性能随乳胶粉掺量变化曲线

2.3 抗裂性能

根据试验数据，计算获取不同试验方案试件的相对开裂指数，并绘制出如图2所示的相对开裂指数随乳胶粉掺量的变化曲线。由图可以看出，砂浆的相对开裂指数随着乳胶粉掺量的增加呈现出先迅速减小，后逐渐趋于稳定的变化特点。具体来看，当乳胶粉掺量<3%时，相对开裂指数的减小比较迅速，>3%时，减小的幅度较为有限。究其原因，在砂浆中掺入一定量的可再分散乳胶粉，其在水解之后形成的薄膜可以包裹在水泥水化物颗粒的表面，从而将这些颗粒有效粘附在一起，从而起到有效的“架桥”作用，从而有效吸收或抑制砂浆开裂的形成和发展。

图2 相对开裂指数随乳胶粉掺量的变化曲线

4 结 论

(1)水泥砂浆的稠度随着可分散乳胶粉掺量的增大而减小，且减小的幅度不断增大；水泥砂浆的保水率随着可再分散乳胶粉掺量的增加而增大，但是，提高的速率逐渐趋缓。

(2)水泥砂浆的抗压强度和抗折强度随着可再分散乳胶粉的掺量的增加呈现出先增大后减小的变化特征；黏结强度随着可再分散乳胶粉的掺量的增加呈现出不断增大的变化特征。

(3)砂浆的相对开裂指数随着乳胶粉掺量的增加呈现出先迅速减小，后逐渐趋于稳定的变化特点。

(4)结合试验结果，建议在砂浆配制过程中掺加胶凝材料重量3%的可再分散乳胶粉。