聚合物改性高强水泥砂浆的研究(土木结构工程专业优秀论文).pdf

聚合物改性高强水泥砂浆的研究 摘要 本文研究了单掺或复合掺加聚合物胶粉 增稠剂 高效减水剂 矿物掺合料 对水泥砂浆施工性能 水胶比 含气量 保水率 抗折强度 抗压强度和粘结抗 拉强度等性能的影响 探讨了不同组分对聚合物改性高强水泥砂浆的改性机理 并结合其在结构加固工程中的应用 对其组成进行优化 研究结果表明 聚合物胶粉具有减水 引气和保水功能 能够提高新拌砂浆内聚力和触变性 能 显著改善砂浆的施工性能 由于聚合物胶粉的减水和成膜作用 当聚胶比大 于特定掺量时能够提高砂浆抗折强度和粘结抗拉强度 但抗压强度随聚胶比增大 而递减 纤维素醚具有显著地引气和保水功能 能够提高新拌砂浆的结构强度 抗下垂能力和内聚力 能够非常有效地改善砂浆施工性能 但加入纤维素醚会导 致砂浆力学性能降低 复合掺加聚合物胶粉和纤维素醚能产生一定的叠加效应 使新拌砂浆施工性能进一步改善 砂浆力学强度较单掺时稍有提高 高效减水剂能显著改善砂浆性能 但在聚合物胶粉 纤维素醚或其复合改性水 泥砂浆中 不同品种减水剂的适应性存在显著差异 萘系高效减水剂与此类砂浆 适应性差 而改性聚羧酸醚高效减水剂则与此类砂浆适应性较好 改性聚羧酸醚高效减水剂与聚合物胶粉 纤维素醚有很好的适应性可有效地 改善砂浆施工性能 提高砂浆力学强度 但在掺用改性聚羧酸醚高效减水剂的高 强砂浆中 聚合物胶粉 纤维素醚的加入会导致其强度不同程度下降 特别是随 纤维素醚掺量增加其力学强度显著降低 因此配制高强砂浆要严格限制纤维素醚 的掺量 本文试验条件下 在改性聚羧酸醚高效减水剂 聚合物胶粉改性的高强砂浆 中加入适量粉煤灰 硅灰和膨胀剂等矿物掺合料 不仅能进一步改善新拌砂浆施 工性能 还能显著提高砂浆力学强度 适量聚合物胶粉能够起到降低砂浆干缩率 和增强砂浆粘结耐久性的作用 同时 水胶比和砂胶比对砂浆施工性能和力学强 度有明显影响 综合考虑高效减水剂 聚合物胶粉和矿物掺合料对砂浆施工性能和力学性能 的改性作用 经试验优化的砂浆配合比为 c f a s f u e a s w p c p 1 p f 0 7 5 0 1 0 o 0 5 o 1 0 2 o 2 4 0 0 0 3 o 0 2 0 o o l 5 此砂浆不仅具有优良的保水性 能 抹面施工性能 同时力学性能和耐久性优异 综合性能较理想 可应用于钢 丝绳网片一聚合物砂浆加固法中 关键词 高强 聚合物 砂浆 加固 硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r 仕l ee 岱 c to fr e d i s p e r s i b l ee m u l s i o np c w d e r s t 址c k e i l i l 培a g e n t s s u i 蚓r p l a s t i c i z e r l l l i n e r a la d 耐x t u r e s c o 触gf l y 鹊bs i l i c a 缸n ca n du e x p a n s i o na g e n t o nt h e o r k a b i l i 畋w a 主e rt 0b m d e r a i rc o n t e n t w a t e rr e t e n t i o 玛f l e x u r 缸s t r e n g 饥c o m p r e s s i v e s t r e n g t l la l l dt e 邶i l eb o n d i l l gs t r e n g t ho f m o r t 盯 l e r ei 1 1 v e s t i g a t e d i tw 弱d i s c u s s e dw 衄t l l e m o d i f i e dm e c h a m s mo fd i f f e r e n t c o m p o n e n t st 0 也el l i g hs t 呛n g t hc e m e n tm o r t 托t h e c o m p o n e n t sw e r eo m 砌z e da c c o r d i n gt ot ka p p l i c a t i o no fs t r c n 酉1 1 e 1 1 i l l g 鼬m c t u r e r e d i s p e r s i b l ee 咖1 s i o np o w d e r sc a nr e d l l c ew a t e rc o n s u l n m i o na r d 证c r e a s ea i rc o m e n t a 1 1 dw a t e rr 酏e n t i o no f 丘e s hm o r t a r 嬲 e l la si 1 1 c r e a s i n gm ec o h e s i o n 锄d t h i 0 t r o p yo f 舶s h i n o r t a rd s 0i i l c r e 髂e s s ow o r k a b i l i t yo ff r e s hm o r t a r sw e r eo b s e r v a b l ym o d i f i e d o w m gt 0t h e l o w e rw a t c rt ob 砌e r 趾dp o l y m e rf i l m 廿l en e x u r a ls 仃e n g 血a r i dt e n s i l eb o n 1 i i 培s 臼e n g t ho f m o r t a 娼w e r ei n c r e a s e dw h e n l ea d d i t i o no fr e d i s p e r s i b l ee m u l s i o np o w d e r sm o r en l a na c e r t a m 锄 嘶 t h ec o 埘 p r e s s i v es 臼e n g t l lo ft l l em o r t 盯sf a l l sw i t l lt l l ei i l c r e 嬲i r 培o fp o l y m e r t ob i l l d e r c e l l u l o s ee t h e r sc 姐o b s e r v a b l ye n 舰i i la i rv o i da 1 1 di i l c r e a s ew a t c rr c t e n t i o i l t l l e c o l l e s i o na r l dr e s i s t a n c ea g a i l l s tm o p i i l go ft l l e 丘 e s hm o n 盯a r em c r e 私e d w i l i l ei t s w 1 r l 汕i l 时i se 腩c t i v e l y 1 0 d i f i e d b u tm em e c t l a i l i c a lp r o p e r t i e so fm o r t a r v o u l d 僦ld u et 0 t 1 1 ea d d i t i o no fc e l l u l o s em r s t h e 托 e 化d i s a d v a n t a g e o u se c t st 0m e c h l i c 2 l lp r o p e r t i e s c o i n p o s i t er e d i s p e r s i b l ee n m l s i o np o w d e ra n dc e l l u l o s ee m e rc 锄m o d i 匆t h ew o r k a b i l i t o f 矗 e s h1 1 1 0 r t 缸m o r ee 仃 e c t i v e l y 赳l di i ls o m es o r ti i l c r e a u s em e c l l a l l i c a lp r o p e n i e s s u p e 印l a s t i c i z e rc o u l de v i d e n t l ym o d i 矽t h ep e r f o 尬a i i c e b u tt 1 1 ep e r f 0 肌a n c e se x i s t e d o b s e n a b l ed i f f e r e n c ea d d i i 培d i f f e r e n ts u l e r p l a s t i c i z e r s 觚d 托 d i s p e r s i b l ee m u l s i o np o w d e r s o rc e l l m o s ee 也e r s t h er e s u n s 抽d i c a t e d 缸l a tp o l y c a f b o x y l i c a t e b 鹊e ds u p e 印l a s t i c i z e ri sm o r e a d 孕陋b l et l l a i ln a p 圳 1 a l e n e b 嬲e ds u p e 叩l 嬲t i c i z e r t h ec e m e n tm o r t a rm o d i f i e db yp 0 1 y c a r b o x y l i c a t e b 笛e ds u p e 印l 硎c i z e r r e d i s p e r s i b l e 锄l l l s i o np o v d e r so rc e l l u l o e t l l e r sl l a d1 1 i c ew o r k a b i l i 够a i l ds 臼髓g m e n i l l gm em e c h a l l i c a l o fm o r t a lb u t 廿1 em e c l 觚c a lp 氍i p e n i e sr e d u c e d 访t ht 1 1 e i 1 1 c r e a s i n gt l l eq u 乏m t i 妙o f 尬 d i s p e r s i b l ee m l l l s i o np o w d e ro rc e l l u l o s ee t l l e r s ot 1 1 ec e l l u l o 鸵e t l l e rm u s tb ec o n t r o l l e di f y o u 删t 0g e tl l i 曲s t r e n g mm 毗 i nt 1 1 et c s tc o n d i t i o no ft h i sp a p e r 蛐gp 叫埘n y 嬲h0 rs i l i c a 如m eo ru e x p a n s i o n a g e n ti n t 0m e1 1 i g l ls 缸 e n 醇hm o r t a rm o d i f i e db yp o l y c a r b o x y l i c a t e b 弱e ds u 嘎 e 叩l a s t i c 娩e r 趾d r e d i s p e r s i b l ee m u l s i o np o w d e rn o to m yc o u l dm o d i 匆丘 e s hm o r t a rw o r ka b i l i 劬b u ta l s o 如c r e 嬲e dt h ei n e c 叫c a lp r o p 硎e so fh 乏 d e n e dm o r t a r p r c p e rr e d i s p c r s i b l ee m u l s i o n i 聚合物改性高强水泥砂浆的研究 p o w d e rc a nr e d u c et h es 1 1 r 试k a g eo fc e m e n tm o r t 盯a n di i l c r e 笛et l l ed l 玳l b i l i t yt e n s i l eb o n d i n g 蚰孵n g t l l b e s i d e sw a t e rt ob m d e ra 1 1 ds m l dt ob i i l d e ra l s o 缸f e c t 廿l ew o r k a b i l i 够o ff r e s hm o r t 甜 龇l dm e c 蜥c a lp r o p e n i e so fl l a r d e n e dm o r t a l c o n s i d e r h l gc o m p 把h e i l s i v e l yt h ee 任 e c t so fs u p e 印l 碰c i z e r r e d i s p e r s i b l e e m u l s i o n p o w d e ra n dm 硫r a l 础n m eo nm ew o r k a b i l 时o f 舶s hm o r t a r 锄dm em e c h 撕c 址p r o p e n i e so fl 姗r d e n e dm o r t a r t h ee x p e r i m e n t ss h o w e dt h to p t i m u i nc e m e n tm o r t a r 面xr a t i ow a s c f a 寸s f l 甩a s w p c p l p f o 7 5 0 1 0 o 0 5 o 1 0 2 o 2 4 o 0 0 3 o 0 2 o 0 0 1 5 t h cw a t e rr e t e n t i o na n d 仃o v e lf m i s hw o r k a b i l i t o ff r e s hm o r t a r 觚dt 1 1 em e c t l a l l i c a l p r o p e n i e sa n dd u r a b i l i t yo fh a r d e 舱dm o r t 盯a r ea l lv e 呵i l i c e t 1 1 ep o l y l n 盯m o d i f i e d1 1 i 班 s t r e n g t l lc e i n e n tm o r t a rc a i lb eu s e di i lt l l en l e t h o do fs 缸 e n g 也e 1 1 i n gm e m b e r i t t ls t e e l 谢r e m e s ha n dp 0 1 脚rm o n 旺 k 呵w b r d s h i g hs 骶n g m p o 忡 m o r t a r s 他n g m e 血吗 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果 除了文中特别加以标注引用的内容外 本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品 对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担 作者签名 葛寿花 日期 如年心月 2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查 阅和借阅 本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文 本学位论文属于 l 保密口 在年解密后适用本授权书 2 不保密囤 请在以上相应方框内打 作者签名 导师签名 驾寿兔 嘭磊 日期 加譬年d s 月2 日 日期 力必年r 月 乙日 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 引言 19 2 3 年 c r e s o n 第一个申请了聚合物改性水泥体系的专利 他利用水泥填充 天然橡胶胶乳用作铺路材料 1 9 2 4 年 l e f e b u r e 申请了天然橡胶乳液改性水泥砂 浆及水泥混凝土的专利 提出用配合比的方法生产天然橡胶乳液改性水泥基材料 的方法 从此 拉开了聚合物改性水泥基材料的历史性的序幕 用于水泥基改性 的聚合物乳液的种类逐渐增多 从2 0 世纪3 0 年代起的天然橡胶浆 到聚醋酸乙烯 酯乳液 而7 0 年代以后广泛采用丁苯胶乳 氯丁胶乳 丙烯酸酯共聚物乳液等他1 聚合物改性水泥基材料具有优异的物理力学性能 逐渐在桥面 路面 地面 防 腐 粘结等方面获得广泛应用 成为混凝土结构修补和维修中非常重要的材料 目前 美国和日本等发达国家在聚合物改性水泥基材料研究领域处于领先地 位 虽然我国在该领域起步较晚 但也取得了很大进步 正向世界先进水平迈进 起初 人们在聚合物的组成 种类 掺量 共混以及聚合物改性水泥基材料的养 护条件 搅拌方式等方面做过大量的研究 随着科技进步人们开始采用扫描电镜 x 射线等方法对聚合物改性水泥基材料的微观结构进行大量的研究 探索聚合物的 改性机理 1 2 聚合物改性水泥砂浆性能研究进展 聚合物乳液或聚合物干粉具有减水作用 减水率随聚合物掺量 聚灰比 的 增大而提高口 a l l a n 研究了乳液改性水泥灰浆的流变性 改性灰浆表现出明显 的剪切变稀和摇溶性的流变行为 3 王培铭等人研究了丁苯和聚合物干粉对新拌砂 浆保水率的影响 结果表明丁苯乳液具有良好的保水作用 随着聚灰比增大呈单 增趋势 当聚合物掺量为7 5 时 保水率已近9 8 继续增大丁苯掺量 保水率 增长缓慢 羟乙基甲基纤维素醚可以大幅度提高砂浆保水性 可再分散乳胶粉也 可以提高新拌砂浆的保水性 羟乙基甲基纤维素醚和可再分散乳胶粉共掺时 砂 浆的保水性更好 聚合物乳液或干粉改性时 具有表面活性剂的作用 能够在砂 浆中引入大量的气泡 他们还研究了丁苯和羟乙基甲基纤维素醚对新拌砂浆含气 量的影响 认为丁苯有一定的引气作用 但与掺量关系不大 凡加入丁苯乳液的 砂浆 含气率均增加1 倍左右 丁苯掺量为7 5 时 砂浆的含气量最大 羟乙基 甲基纤维素醚具有明显的引气作用 随掺量的增大而增大h 7 1 k i m 等人研究了 加料顺序和搅拌工艺对聚乙烯醇改性水泥砂浆含气量的影响 通过先将水与水泥 聚合物改性高强水泥砂浆的研究 和砂子混合 然后再加入较高浓度的聚乙烯醇溶液 比直接将聚乙烯醇混入水中 时的含气量大大降低 可以使含气量降到比适用消泡剂更低的水平陋1 田甜研究了 消泡剂对水性环氧树脂乳液含气量的影响 认为消泡剂相对于每种水性环氧树脂 乳液均存在一个最佳掺量 此时新拌砂浆含气量最小阳1 王晓明等人研究了羟乙基 甲基纤维素醚和乙烯基共聚物掺量变化对改性水泥砂浆凝结时间的影响 结果显 示羟乙基甲基纤维素醚和乙烯基共聚物都能够使水泥砂浆凝结时间明显延长 乙 烯基共聚物的缓凝效果不如羟乙基甲基纤维素醚不明显 且随掺量增大 凝结时 间有所缩短n0 1 梁乃兴等人研究了丁苯类聚合物乳液对水泥水化硬化的影响 研 究结果表明丁苯类聚合物乳液对水泥的凝结过程有滞缓作用 s d 6 2 2 s 羧基丁苯加 入后有假凝现象出现 水泥砂浆是多孔材料 孔隙是物质在水泥砂浆中迁移的主要通道 孔隙率 孔结构和孔径分布对砂浆渗透性 耐腐蚀性和耐久性以及力学性能有着非常重要 的影响n 1 0 h a m a 等人用压汞法研究了丁苯胶乳 乙烯一乙酸乙烯共聚物乳液和聚 丙烯酸乳液改性砂浆的孔径分布 砂浆的灰砂比为1 3 水灰比根据流动度调节 流动度保持为 1 7 0 士5 m m 养护采用混合养护 测量了孔半径为3 7 5 7 5 0 0 n m 范围的孔径分布 发现所有聚合物改性砂浆的总孔隙率随聚合物掺量增加都呈降 低趋势n2 l 王培铭等人研究了丁苯胶乳d 6 2 3 改性水泥砂浆的孔径分布 砂浆的灰 砂比也为l 3 流动度保持为 15 7 士5 m m 水灰比根据流动度调节 养护为干养 护 试验结果显示聚合物不仅影响砂浆的孔隙率 而且影响砂浆的孔结构 参照 b r u n a u e r 分类法 可以2 0 0n m 为界 将所测孔径分为大孔孔径和小孔孔径两个范围 该砂浆最可几孔径均在小孔孔径范围内 且随着d 6 2 3 掺量的增加 最可几孔径向 尺寸小的方向移动 孔径在4 7 5 0 0 n m 左右范围内 大孔减少 小孔增加 在这个 范围内 总孔隙率略有减小或总体不变哺1 b a r l u e n g a 等人也研究了丁苯乳液改性 砂浆的孔径分布 砂浆的灰砂比为1 3 水灰比为o 5 5 结果表明随着聚合物掺量 增加砂浆的开孔孔隙率减小 闭孔孔隙率增加 砂浆总孔隙率有增加趋势 引 养护条件对聚合物改性水泥砂浆的抗折强度 抗压强度和粘结抗拉强度有一 定的影响 o h a m a 采用三种养护条件对聚合物改性砂浆进行养护 通过测定砂浆 的强度确定最佳养护条件为早期湿养护 湿养护时间为2 7 d 以促进水泥水化 到一定程度 而后进行干养护 以利于聚合物成膜n 引 聚合物改性砂浆是一种重要的有机一无机复合修补材料 为了充分利用聚合 物改性砂浆特有的优点 人们对聚合物改性砂浆的力学性能 物理化学性能做了 大量的研究 李芳等人研究了不同水灰比下羧基丁苯乳液s d 6 2 2 s 对水泥砂浆力学 性能 试验结果表明水灰比对砂浆抗压强度 抗折强度和弹性模量略有影响 提 高聚合物掺量和增大水灰比能够显著提高粘结抗拉强度n 引 钱晓倩等人研究了掺 聚醋酸乙烯水泥砂浆的轴拉和轴压应力一应变关系 抗弯性能以及长期粘结抗弯 硕 学位论文 强度 试验结果表明 掺入聚醋酸乙烯能有效改善砂浆的变形力学性能和粘结抗 弯强度 并具有良好的耐久性n 引 p a s c a l 等人研究发现 固定水灰比情况下 砂浆的刚度和抗压强度随着丁苯乳液掺量的增加而降低 当丁苯乳液掺量大 于l o 时 砂浆抗折强度随着丁苯掺量的增加而增大n 引 李建等人研究了丁 苯乳液改性水泥砂浆的力学性能与体积密度之间的关系 他们认为当丁苯乳 液掺量小于1 0 时 改性水泥砂浆抗压强度 动弹性模量均与体积密度之间存在 着较好的线性对应关系 而抗折强度与其相关性不明显n 引 黄利频等人研究了羟 乙基甲基纤维素醚和乙烯一醋酸乙烯酯共聚物胶粉对砂浆物理力学性能的影响 发现两种聚合物都会导致砂浆抗压强度降低 在特定掺量范围内能使砂浆粘结强 度增大 羟乙基甲基纤维素醚使砂浆抗折强度降低 乙烯一醋酸乙烯酯共聚物胶 粉使砂浆抗折强度提高 羟乙基甲基纤维素醚和乙烯一醋酸乙烯酯共聚物胶粉都 能够降低硬化砂浆的吸水率 两者共掺抗水性更好n9 2 洲 梅迎军等人研究发现掺 入丁苯乳液能够明显降低了砂浆的吸水率 另外砂浆的抗炭化能力也有较大幅度 增强曙 s c h u l z e 研究了乙烯一醋酸乙烯酯共聚物胶粉改性砂浆的抗压强度 抗折 强度和粘结抗拉强度与水灰比和水泥含量的关系 在含气量尽可能相同的条件下 在水泥含量为2 0 一2 9 的范围内 水泥含量对抗压强度影响不大 与普通砂浆 一样 水灰比降低 改性砂浆抗压强度提高口扪 钟世云等人在研究不同掺量的丁 苯乳液 s b r 丙烯酸酯乳液 p a e 和苯丙乳液 s a e 对自流平砂浆不同龄期下的抗 压强度和抗折强度时发现 在新拌自流平砂浆流动度相同的条件下 3 种聚合物改 性砂浆的3d 抗压强度和抗折强度随聚合物掺量增加均表现出抛物线型变化趋势 说明适当的聚合物掺量能够提高自流平砂浆的早期强度 7 天和2 8 天抗压强度均 随聚合物掺量的增加而降低 而抗折强度则在一定范围内波动心引 l i u 等人利用两种试验方法测定四种商品环氧类界面剂对干混凝土和湿混凝 土的粘结抗拉强度 他们认为采用原位试验时环氧类界面剂与干混凝土的粘结抗 拉强度高于湿混凝土 不同的试验方法对测定数据有一定影响心4 l 在潮湿状态下 乙烯一醋酸乙烯酯共聚物胶粉改性砂浆的粘结性能比干燥状态要差 重新干燥后 改性砂浆粘结性能基本能够恢复 此外水泥含量的变化对砂浆粘结性能的影响远 不如聚合物含量的影响大乜引 王培铭等人研究了羟乙基甲基纤维素醚和乙烯一醋 酸乙烯酯共聚物胶粉在四种不同养护条件对砂浆粘结性能的影响 试验结果表明 两种聚合物都能够提高砂浆的抗冻融循环和耐高温性能 两种聚合物按照合适比 例掺加抗冻性和耐高温性更好乜5 1 聚合物改性水泥砂浆具有良好的耐水性 耐久性和耐腐蚀等性能 张国防等 人研究了羟乙基甲基纤维素醚和乙烯一醋酸乙烯酯共聚物胶粉改性砂浆的耐久性 能 研究发现两种聚合物均能够显著改善水泥砂浆的抗氯离子侵蚀能力 但两者 复掺的改性效果不呈现叠加效应 两种聚合物都能够提高砂浆抗炭化能力 两者 聚合物改性高强水泥砂浆的研究 复掺的改性效果有一定的叠加性凹6 钟世云等人研究发现少量氯偏乳液与丁苯胶 乳共混 可以显著降低改性砂浆的氯离子扩散系数 丙苯乳液与丁苯胶乳共混 当质量比为3 2 4 l 时 砂浆的氯离子扩散系数较低 聚合物乳液改性砂浆的氯 离子扩散性与聚合物本身的拉伸强度和断裂伸长率有关 聚合物本身的拉伸强度 越低 断裂伸长率越大 则改性砂浆的氯离子扩散系数越小 s h a k e r 等人研究 发现丁苯乳液可以改善水泥混凝土的耐久性 有效提高混凝土的抗水性 防腐性 和抗硫酸盐侵蚀性 还可以提高混凝土抗氯离子渗透的能力乜引 在建筑工程中 有时单一掺加聚合物不能够满足工程的要求 这就需要在聚 合物改性砂浆中添加其他的外加剂 比如高效减水剂 消泡剂和憎水剂等 复合 掺加外加剂和聚合物对砂浆的改性作用一般不是两者单独掺加时对砂浆物理力学 性能的改性作用的简单叠加 可能会出现相互促进 不相容和削弱外加剂或聚合 物的某些性能指标 r a y 等人研究了4 种乳液 包括丁苯乳液和乙烯一醋酸乙烯 酯共聚乳液 和5 种商品高效减水剂对新拌砂浆和硬化砂浆性能的影响 发现三 聚氰胺甲醛和三聚氰胺萘醛等高效减水剂可以消除乳液改性新拌砂浆缓凝 含气 量高等缺点 木质素磺酸盐会使以上性能进一步恶化 高效减水剂可以使砂浆的 抗压强度 韧性和抗水性提高心9 1 c o l a k 研究发现聚合物和高效减水剂共同加入水 泥浆中可以改变其工作性 其在饱和石灰水中养护不利于砂浆强度的发展 乙烯 一醋酸乙烯酯共聚乳液和一些常用的外加剂共同掺加可以提高混凝土与未改性混 凝土的粘结强度 提高界面断裂能 叫 罗立峰等人研究发现消泡剂和乳液存在不 相匹配的现象 导致砂浆抗折强度严重降低 f u 等人研究发现消泡剂可以显著 降低砂浆孔隙率 但也会导致砂浆粘结强度下降凹引 g a o 等人通过对聚丙烯酸酯水泥砂浆的研究发现 利用硅灰取代部分水泥可 以提高砂浆抗折强度 抗压强度和抗氯离子渗透性 他们认为是由于硅灰的二次 水化 聚合物的减水作用和填充作用使砂浆的孔隙率降低 密度增大 提高了界 面区的最低显微硬度 低聚灰比的苯丙乳液和硅灰 粉煤灰复合改性混凝土有和 易性好 抗压强度高 弹性模量低和极限拉伸大等优点 引 许绮等人研究了矿渣 粉 高效减水剂和羟乙基甲基纤维素醚共同改性水泥砂浆的物理力学性能 试验 结果表明三者共掺可使砂浆体积密度和孔隙率保持在一定的范围内 增加了砂浆 的粘结抗拉强度 又使砂浆有足够的抗压强度 抗折强度和弹性模量 可以作为 混凝土桥面材料及其修补材料阳 3 引 钟世云等人研究发现掺加粉煤灰可以使聚丙 烯酸酯乳液改性砂浆的横向变形降低 砂浆弹性模量提高 固定聚灰比时 也可 以通过改变粉煤灰的细度来改善砂浆的横向变形和弹性模量 6 c h e n 等人研究了 丁苯乳液和甲基纤维素醚复合改性砂浆可以降低水泥净浆的软化温度和热膨胀 性 o 4 甲基纤维素醚和2 0 丁苯乳液复合可以增加砂浆与不锈钢纤维的粘结强 度 再加入硅灰可以大幅度降低砂浆的热传导性阳7 硕士学位论文 熊光晶等人研究了硅酸钠和聚醋酸乙烯脂乳液共同改性水泥砂浆的性能 试 验结果表明 复合两种材料显著改善了砂浆的微观结构 提高砂浆密实度 从而 使混合改性砂浆的抗硫酸侵蚀性 抗折强度和抗压强度显著高于硅酸钠改性砂浆 聚合物改性砂浆 引 梅迎军等人研究了纤维和丁苯乳液共同掺加对砂浆干缩 耐 磨损和抗冲击性的影响 结果表明掺0 3 碳纤维 o 1 聚丙烯纤维均能减小丁苯 乳液改性水泥砂浆早期的干缩率 0 1 3 碳纤维对丁苯乳液改性水泥砂浆早期干缩 的抑制作用好于0 3 聚丙烯纤维 但丁苯乳液改性水泥砂浆的长期干缩率会增大 掺加o 3 钢纤维限制丁苯乳液改性水泥砂浆长期干缩的效果最优 掺入钢纤维 聚丙烯纤维能够显著地改善聚合物水泥砂浆的抗磨耗和抗冲击性能 聚丙烯纤维 能大幅度地改善聚合物水泥砂浆初裂后的抗冲击性能呤钆4 0 1 羟乙基甲基纤维素醚 和乙烯一醋酸乙烯酯共聚物乳胶粉能提高砂浆的保水率 韧性和变性能力 改善 砂浆的施工性能 增强砂浆与各种板材和加气混凝土的粘结强度 十分适合用于 保温砂浆和抗裂砂浆n 钆 1 聚合物改性水泥砂浆是一个十分复杂的过程 人们一直在探索聚合物的改性 机理 并且已经取得很多成果 由于聚合物的种类繁多其改性机理可能会存在差 别 因此 许多学者得出不同结论 其中最著名的是o h 锄a 模型和k o n i e t z k o 模 型 前者认为聚合物形成空间网结构 水泥硬化浆体包裹在聚合物网中间 互不 相连n4 1 后者认为水泥水化产物和聚合物都形成空间网结构 并且硬化水泥浆体 也在聚合物网孔中形成连续结构 两种结构相互交织形成互穿网络结构h 幻 随着 技术进步 利用扫描电镜和x 一射线对聚合物改性水泥基材料微观结构进行研究 推进了聚合物改性水泥基材料理论的发展 m a n s u r 等人用扫描电镜观察经聚乙烯 醇改性的水泥浆 发现在瓷砖和水泥浆粘结界面形成水化硅酸钙单层膜 而普通 砂浆在界面出形成氢氧化钙和水化硅酸钙双层膜h 钉 p o u r c h e z 等人利用电导测定 法测定了羟乙基甲基纤维素醚 羟丙基甲基纤维素醚和羟乙基纤维素醚的分子参 数对水泥水化进程的影响 试验结果表明三种材料都能够延迟水泥水化进程 分 子的羟基取代度是影响水泥水化最重要的参数 羟基取代度越高水泥水化的速度 越小 而纤维素醚的粘度和分子质量对水泥水化没有显著地影响h 例 w a n g 等人 研究发现适量丁苯乳液可以在一定程度上促进水泥水化 水化3 天 7 天和2 8 天 的改性水泥浆体分别在丁苯掺量为5 1 0 和l o 时 水化程度最大 丁苯乳液 促进了改性水泥浆体中铁铝酸四钙与石膏的反应 增加了钙矾石的生成量和稳定 性 减少了水化铝酸钙的生成量 水化3 天的改性浆体中 其 s i 0 4 4 四面体主要 以单聚体和二聚体形式存在 水化2 8 天时出现了三聚体 大于1 0 乳液的加入影 响了a 1 与 s i 0 4 4 四面体三维网络的结合 同时影响了水化产物c s h 凝胶中 s i 0 4 4 四面体的聚合h 引 s u 等人研究了苯丙乳液改性水泥砂浆 认为在乳液和水 泥浆刚搅拌时就有5 0 一7 0 聚合物颗粒被吸附在水泥颗粒表面 形成聚合物膜 聚含物改性高强水泥砂浆的研究 当砂浆中的自由水完全被水化和蒸发消耗掉后 剩余聚合物形成聚合物膜h s i l v a 等人利用软x 一射线研究了羟丙基甲基纤维素醚和乙烯一醋酸乙烯酯共聚物稀溶 液中纯硅酸三钙和铝酸三钙的水化情况 他们认为羟丙基甲基纤维素醚能够延迟 硅酸三钙的水化反应 乙烯一醋酸乙烯酯共聚物颗粒吸附在硅酸三钙颗粒表面形 成复合的微观结构 几个小时后形成聚合物膜 在水化初期 羟丙基甲基纤维素 醚稍微能够延迟铝酸三钙的水化 而乙烯一醋酸乙烯酯共聚物颗粒吸附在铝酸三 钙颗粒表面 阻止了水化硅酸钙的形成h8 4 9 1 钟世云等人用交流阻抗方法研究了 不同砂子粒径和不同砂子体积分数的聚合物改性砂浆在不同龄期的表现 他们发 现聚合物改性砂浆的阻抗谱随龄期延长出现二次明显变化 这种特征分别与聚合 物在砂浆界面过渡区的聚集 凝结 形成紧密堆积的颗粒结构以及聚合物颗粒相 互扩散渗透 形成具有一定力学强度的膜的过程有关 同时 聚合物在界面过渡 区的成膜情况与砂子粒径及其体积分数有关 聚合物改性砂浆的界面过渡区电导 的降低速度比水泥浆基体的快 结合不同聚灰比的聚合物改性水泥浆和乳液成膜 过程的电导研究结果发现这是聚合物在界面过渡区的浓度较高和成膜所致晒0 鲥 f e n g 等人提出聚合物乳液粒子分散在水中 水分蒸发时 粒子逐渐靠近 如果室 温高于聚合物最低成膜温度 粒子在相近靠近时可以变形 以填充粒子之间的空 隙 最后形成透明没有孔隙的膜 这个理论是被广泛接受的聚合物成膜理论哺纠 在水泥砂浆中加入聚合物材料 砂浆的许多性能能够得到改善 比如强度 粘结性能 变性能力 抗渗性 耐腐蚀性 耐磨性 韧性 耐久性和抗冻性等 在实际工程中 不同工程对砂浆性能的要求会有所差别 我们可以根据实际需要 选用合适的聚合物来满足工程需要 聚合物改性砂浆有广泛的应用领域和前景 聚合物改性水泥砂浆是混凝土结构修补和加固的重要材料 可以用于修补和加固 的结构包括水工建筑 海洋港口建筑 普通工业与民用建筑 地下建筑结构 道 路与桥梁建筑 此外 聚合物改性砂浆还可以用于防水材料 瓷砖胶粘剂 界面 剂 结构防腐 装饰材料 桥面路面板等 1 3 本文主要研究内容和意义 建筑物曝露在自然环境中受到各种恶劣条件的侵袭 比如地震 火灾 爆炸 雪灾 冻融循环 酸碱盐侵蚀等 造成建筑结构材料损伤而使得建筑物可靠度降 低 此外 工程地质勘察 结构设计 建筑材料 施工管理等方面也可能存在缺 陷导致建筑物的安全性 耐久性和使用寿命严重降低 到目前为止的初步统计 我国既有建筑物的总量 包括城镇房屋建筑 工业建筑等 约4 4 0 亿平方米 一些 专家估计 约有3 0 一5 0 的建筑物出现安全性失效或进入功能退化期 说明建筑物 的鉴定和加固改造是一项艰巨而有前景的工作 做好这项工作 符合建筑 四节 节能 节地 节水 节材 的工作主线 硕上学位论文 我国在建筑物结构鉴定与加固改造方面做了大量的研究和实践 已取得很多 成果 并于2 0 0 6 颁布了 混凝土结构加固设计规范 g b 5 0 3 6 7 2 0 0 6 规范介绍 了较为成熟的加固方法 增大截面加固法 置换混凝土加固法 外加预应力加固 法 外粘型钢加固法 粘贴纤维复合材加固法 粘贴钢板加固法 增设支点加固 法和植筋加固法等 每种加固方法都有自身的特点和一定的适用范围 粘贴钢板 加固法 外粘型钢加固法 植筋加固和外粘纤维复合材加固法等在温度高于6 0 时结构胶会出现软化现象 耐火耐久性能差 增大截面加固法和置换混凝土加固 法等施工湿作业时间长 影响使用空间 增加结构自重等 因此 在结构加固过 程中应该结合工程实际来选择最佳的加固方法 也正是这种情况 加固方式的多 样性也就变得更加必要 以便在加固工程中有更多的加固方法以供选择 钢丝绳网片一聚合物砂浆加固法是一种新型加固工艺 具有耐火 耐腐蚀 耐老化 易施工等特点 混凝土结构加固设计规范 g b 5 0 3 6 7 2 0 0 6 对聚合物砂 浆的力学性能做了很高要求 为满足此加固方法施工工艺的要求 新拌砂浆应具 有良好的抹面施工性能 研究一种具有面施工性能 强度高 韧性和耐久性好的 水泥砂浆是此加固方法能够充分发挥加固作用和广泛应用的关键要素之一 因此 本文针对 混凝土结构加固设计规范 g b 5 0 3 6 7 2 0 0 6 的要求 将对钢丝绳网片 一聚合物砂浆加固法中所用的砂浆进行研究 聚合物改性高强水泥砂浆的研究 2 1 试验材料 第2 章试验材料与试验方法 2 1 1 水泥 水泥 c e m e n t 简称c 综合考虑材料应用的广泛性 经济性和所配砂浆的 高强度 采用p 0 4 2 5 普通硅酸盐水泥 实测密度为3 0 6 9 c m 3 化学组成和力学 性能指标见表2 1 和2 2 表2 1p 0 4 2 5 水泥的化学组成 2 1 2 砂 普通河砂 s a n d 简称s 过2 5 m m 筛 砂子级配符合 建筑用砂 g b t 1 4 6 8 4 2 0 0 1 2 区颗粒级配的要求 细度模数m x 2 2 实测密度为 2 6 18 9 c m 3 2 1 3 水 水 w a t e r 简称w 自来水 2 1 4 矿物掺合料 粉煤灰 f l ya s h 简称f a 为更好地改善新拌砂浆施工性能和硬化砂浆力 学性能 在砂浆中掺加一定量的超细粉煤灰 实测密度为2 2 0 9 c m 3 硅灰 s i l i c af u m e 简称s f 为进一步改善新拌砂浆施工性能和硬化砂浆 力学性能 在砂浆中掺加适量硅灰 实测密度为2 2 0 9 c m 3 u 一型膨胀剂 u e x p a n s i o na g e n t 简称u e a 为提高砂浆抗裂性能和减小 砂浆干缩 在砂浆中掺加适量u 一型膨胀剂实测密度为3 o g c m 3 2 1 5 高效减水剂 硕士学位论文 目前国内常用的高效减水剂 s u p e r p l a s t i c i z e r 简称s u p 有萘磺酸甲醛缩合 物 简称萘系高效减水剂 氨基苯磺酸盐系列聚合物 磺化密胺甲醛缩合物 简 称密胺系减水剂 以及聚羧酸盐系列高效减水剂 其中萘系高效减水剂是使用最 为广泛 而聚羧酸盐系列高效减水剂是国内外公认的新型 绿色环保高性能减水 剂 其优点是减水率高 混凝土塌落度经时损失小 混凝土强度高 对水泥适应 性好 本文选用萘系高效减水剂 n a p h t h a l e n e b a s e ds u p e r p l a s t i c i z e r 简称n 和 改性聚羧酸醚高效减水剂 p o l y c a r b o x y l i c a t e b a s e ds u p e r p l a s t i c i z e r 简称p c 作 为主要研究对象 两种减水剂均为粉剂 2 1 6 聚合物 2 1 6 1 聚合物胶粉 聚合物 p o l y m e r 简称p 能够提高新拌砂浆保水性和内聚力 改善砂浆施 工性能 增加硬化砂浆韧性 耐久性和粘结强度等性能 为制得品质稳定 使用 方便和高工效的聚合物改性砂浆 本文研究中采用的聚合物均为粉剂 制成干粉 砂浆 可再分散乳胶粉和纤维素醚是砂浆中两种重要的添加剂 市场上有多种成 分的可再分散乳胶粉 其中乙烯一醋酸乙烯酯共聚胶粉不仅能够改善新拌砂浆施 工性能 还具有相对优良的粘结 柔性和机械性能 良好的稳定性和耐久性 同 时也是使用最多 应用经验最多的聚合物之一 本文选用三种聚合物胶粉 分别用p 1 p 2 和p 3 表示 主要成份均为乙烯一 醋酸乙烯酯共聚物 玻璃化温度分别为1 5 1 6 和一7 最低成膜温度为1 4 和0 2 1 6 2 增稠剂 增稠剂 t h i c k e n i n ga g e n t 简称t a 是常用来改善新拌砂浆保水性 抹面润 滑性 结构强度和砂浆得率的添加剂 本文研究中选用纤维素醚 触变润滑剂和 木质纤维三种增稠剂 纤维素醚是改善新拌砂浆施工性能的一种重要添加剂 它能够提高新拌砂浆 的稠度 保水能力和湿砂浆结构强度 提高砂浆得率 显著改善了新拌砂浆施工 性能 常用的纤维素醚有离子型的羧甲基纤维素盐和非离子型的甲基纤维素醚 甲基羟乙基 丙基 纤维素醚 羟乙基纤维素醚等 本文选用两种纤维素醚 分 别用m 1 和m 2 表示 主要成份均为甲基羟乙基纤维素醚 触变润滑剂 简称c b 是一种能够改善砂浆施工性能的外加剂 本文采用的 触变润滑剂是基于层状硅酸盐的触变润滑剂 其微观结构是一种厚1 纳米的硅酸 盐小片构成的 这些小片的表面带负电荷 而边缘带正电荷 因而可以产生特别 的效果 可以控制砂浆粘度 屈服点和稳定性 从而提高抗流挂性能 润滑性能 聚合物改性高强水泥砂浆的研究 克服粘刀现象和延长开放时间等优点 本文采用的触变润滑剂为粉剂 木质纤维 简称p w 是一种具有增稠作用的外加剂 木质纤维在砂浆搅拌 过程中能够形成三维结构 具有显著的交联作用 提高砂浆柔性 此外还能具有 抗裂 降低收缩和抗下垂等作用 本文选用木质纤维平均长度为5 0 0 历 灰白色 2 1 7 纤维 纤维 为提高砂浆抗裂性能 韧性和劈裂抗拉强度 在砂浆中掺加一定质量 的纤维 本文所研究的砂浆应具有较好的抹面施工性能 所以采用刚度很小的有 机纤维 此纤维还应在搅拌过程中具有很好的分散性 本文采用束状单丝聚丙烯 纤维 p 0 1 y p r o p y l e n ef i b e r 简称p f 长度约1 0 m m 密度为o 9 1 9 c m 3 2 2 试验方法 2 2 1 搅拌方式和养护制度 根据施工需要 试验过程中新拌砂浆的流动度控制在 16 5 士5 m m 将粉末 材料和纤维加入搅拌锅内慢速搅拌3 0 s 使纤维分散均匀 再加入水慢速搅拌5 m i n 调节流动度为 1 6 5 士5 m m 并且以此确定用水量 养护制度按 聚合物改性水泥砂浆试验规程 d l t 5 1 2 6 2 0 0 1 的规定进行 在温度为 2 0 士2 相对湿度 9 0 的养护室养护2 d 再在温度为 2 0 士2 的水中养护5 d 然后在温度为 2 0 士2 相对湿度兰6 0 的养护室内干养护2 1 d 2 2 2 砂浆配合比 为表示方便 聚合物胶粉掺量与水泥或胶凝材料 b i n d e r 简称b 包括水 泥 粉煤灰 硅灰和膨胀剂 的质量比 统称为聚胶比 用朋表示 用水量为 所掺加水的质量与胶凝材料的质量之比 称为水胶比 用聊表示 高效减水剂 掺量用s 印佃表示 砂的质量与胶凝材料的质量之比称作砂胶比 用 蚴表示 固 定砂胶比为2 砂浆基本配合比为 c s w p f 1 2 w 0 0 0 15 其中用水量由新 拌砂浆流动度控制 纤维为聚丙烯纤维 固定其掺量为胶凝材料质量的0 1 5 2 2 3 新拌砂浆的性能指标 2 2 3 1 新拌砂浆工作性能 新拌砂浆工作性包括新拌砂浆保水性 内聚力 抹面润滑性和抗流挂性能等 新拌砂浆内聚力提高使砂浆具有较好粘结力和结构强度 砂浆抹面施工时不应干 散或流浆 提高砂浆得率 砂浆不应该很粘稠 易于抹面 润滑性能好 砂浆应 具有较好的保水性 保水性较差的砂浆易产生裂纹 且在界面粘结处易泌水影响 砂浆粘结强度 为方便对砂浆工作性的描述 把砂浆施工性能分为四级 差 砂 硕十学位论文 浆泌水 干散 流浆或太粘 一般 介于差和好之间 好 几乎不泌水 抹面润 滑性较好 抗流挂性较强 很好 无泌水 抹面润滑性好和抗流挂性强 2 2 3 2 流动度 砂浆流动度 f l u i d i t yo fc e m e n tm o r t a r 简称f l 测定按 水泥