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超微掺量水溶性高分子粉末在砂浆中的应用 农金龙 易伟建 黄政宇 湖南大学土木工程学院, 长沙 480012 摘 要 通过 0005 08 超微掺量水溶性高分子粉末聚环氧乙烷 简称NP在砂浆中的应用, 试验研 究 NP 砂浆的拌合物沉入度, 密度, 抗压、 抗折强度, 粘结性能的变化规律及其粘结界面的微观形貌和结构。 关键词 超微掺量; 水溶性高分子粉末; 聚合物砂浆; 沉入度; 密度; 强度 APPLICATION OF WATER -SOLUBILITY POLYMER POWDERS IN THE MORTAR WITH SUPER MICRO -DOSAGE Nong Jinlong Yi Weijian Huang Zhengyu College of Civil Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China Abstract It is studied that microcosmic pattern and the rules of change in mixturesimmersion, density, mortars compressive, flexural and bond strengths, via the application of 0005 - 08 water - solubility polymer powders poly6ethylene oxide NP in the mortar. Keywords super micro -dosage; water -solubility polymer powders;polymer modified mortars;immersion;density; strengths 第一作者 农金龙, 男, 1975 年11 月出生, 博士研究生。 E- mail nongjinlongsina. com 收稿日期 2000- 00- 00 聚合物乳液和粉末在砂浆中应用广泛, 但是, 大 部分砂浆引气量随之增加, 早期包括粘结强度在内 的有代表性强度指标增长速度缓慢, 强度偏低 [ 1] 。 长期的抗压强度随聚合物用量增加而大幅度下降, 长期的抗折强度没有固定的规律, 有些聚合物砂浆 大幅度提高, 有些则降低 [ 2] 。聚合物乳液和粉末在 砂浆中用量一般占水泥重量的 20 [ 3- 4] 。本文主要 研究 0005 08超微掺量高水溶性高分子粉末 聚环氧乙烷 NP 在砂浆中的应用。 1 材料与试验 11 原材料及其性能 水泥 C 湖南韶峰水泥集团有限公司生产的 韶峰牌强度等级为 425 MPa 的普通硅酸盐水泥。 砂 S 和水 福建平潭产的水泥强度试验用标 准砂。拌合水全为自来水。 两参照聚合物乳液 丁苯胶乳 SBR 和丙烯酸 乳液, 市售胶乳。 水溶性高分子粉末聚环氧乙烷 简称NP 市售 粉末。 12 试验 121 测定砂浆流动性和密度 测定步骤按 JGJ 70 1990建筑砂浆基本试验 方法进行。 122 测定砂浆抗压强度和抗折强度 测定砂浆抗压强度和抗折强度, 具体操作步骤 按GB 177 85水泥胶砂强度检验进行。部分砂 浆试件做三种不同养护制度的强度试验, 三种养护 制度为 A 脱模后在温度为 20 3 , 温度为 90 以上的养护室空气中养护至测试期; B 脱 模后在温度为 20 3 , 温度为90 以上的养护 室中养护至7 d, 之后在室内自然空气中养护至测试 期; C 脱模后一直在室内自然空气中养护至测 试期。其余砂浆试件仅做其最适合的养护制度下的 强度试验, 以便得到砂浆最佳性能的试验数据, 方便 各类砂浆做对比和分析。 123 砂浆粘结性能试验 制备 8字型老砂浆试件, 拉断后重新浇上试验 新拌砂浆, 选用适合的养护制, 龄期测定新老砂浆抗 拉粘结强度。同批次每龄期试件数量为6 个。 2 结果与讨论 21 不同养护制度下的强度对比 养护制度对砂浆强度存在影响。一为了确定 86 Industrial Construction Vol39, No 10, 2009工业建筑 2009 年第 39 卷第 10期 NP 砂浆适宜的养护制度, 二为了对比不同材料在不 同养护制度下的强度, 本文选定普通砂浆、 NP 砂浆、 丁苯砂浆, 做在不同养护制度下的强度对比试验。 砂浆配比见表 1。 表 1 养护制度试验砂浆拌合物配比 Table 1 Mixture proportions of the mortars for the tests of the curing systems 种类水泥 砂子 水 聚合物 普通砂浆1 2 5 0 55 0 NP 砂浆1 2 5055 0 0008 SBR 砂浆1 25 040 01 不同养护制度下几类砂浆的粘结强度对比见图 1, 抗折强度对比见图 2, 抗压强度对比见图3。 养护制度A;养护制度 B; 养护制度 C 图 1 不同养护制度下砂浆粘结强度对比 Fig. 1 Contrast to bond strength of mortars in various curing systems 养护制度A;养护制度 B; 养护制度 C 图 2 不同养护制度下砂浆抗折强度对比 Fig. 2 Contrast to flexural strength of mortars in various curing systems 养护制度A;养护制度 B; 养护制度 C 图 3 不同养护制度下砂浆抗压强度对比 Fig.3 Contrast to compressive strength of mortars in various curing systems 由图 1- 图 3 可知, 为提高强度, 普通砂浆、 NP 砂浆和丁苯砂浆较适合的养护制度分别为 A、 A 和 B, 较不适合的养护制度为 C、 C 和 A。在 A 养护制 度下, 普通砂浆、 NP 砂浆的强度相对较高, 是因为这 两类砂浆长期在湿度较大环境能很好水化; 丁苯砂 浆的粘结强度偏低, 是因为这类聚合物长期在湿度 较大环境不能很好成膜硬化, 抗折强度和抗压强度 也较低。在 B 养护制度下, 丁苯砂浆早期水泥水化 可进行, 在自然空气中保水性较好, 7 d 后水化可继 续, 充分发挥水泥水化物粘结作用, 同时聚合物也可 很好固化。在 C 养护制度下, 普通砂浆因其保水性 差, 砂浆水泥水化受阻, 特别是其抗压、 抗折强度受 严重影响; 而NP 砂浆和丁苯砂浆受影响较少。 就NP 砂浆保水性而言, 可以对比 NP 砂浆和普 通砂浆在 C 养护制度下的强度。NP 砂浆 7, 28 d 的 粘结、 抗折、 抗压强度分别为普通砂浆的 172 倍、 2 倍、 126 倍、 124倍、 122 倍、 123 倍。同配比, 同样 干燥养护条件下, NP 砂浆的强度显著高于普通砂 浆, 可见其保湿性能优良, 具有聚合物砂浆的优点。 就NP 砂浆对老砂浆基质的粘结性能而言, 可 以对比NP 砂浆和普通砂浆、 丁苯砂浆在不同养护 条件所获的最高粘结强度。NP 砂浆 7, 28 d 的最高 粘结强度分别为普通砂浆的 179 倍、 172 倍, 丁苯 砂浆的 147 倍、 171 倍。由此可见,NP 砂浆与聚合 物砂浆相似, 同样拥有优良的粘结性能。 由图 1 图3 还可知, NP 砂浆在相同养护条件 下 7, 28 d 的强度都不比相对应的普通砂浆的低。 可见,NP 对砂浆没有缓凝和降低长期抗压、 抗折强 度的作用。而水灰比较 NP 砂浆和普通砂浆降低了 015 的 SBR 砂浆的长期抗压强度却显著下降, 降幅 可达 229。 综合以上试验结果, 养护制度对不同砂浆有不 同影响效果, 普通砂浆和 NP 砂浆较适合于 A 养护 制度, 丁苯砂浆适合于 B 养护制度。本论文下面试 验中, 所选定的养护制度不加说明的, 均指其较适合 养护制度。 22 不同配比下强度变化趋势的对比 由沉入度试验知道,NP 掺量小于02 时, 对砂 浆有润滑作用, 但能力有限, 根据保持相近稠度的原 则, 水灰比变化幅度不会太大, 因此, NP 掺量在 0005 015 时, 试验中 NP 砂浆仍然维持跟参 照普通砂浆的水灰比一样。SBR 和丙烯酸每类砂浆 都通过降低水灰比控制稠度值, 使其跟对照的普通 砂浆的一致, 以便不同配比的 SBR 和丙烯酸砂浆具 有相近的工作性, 不至于出现砂浆太稀或太稠的情 况, 而使结果失去比较性。同时, 也为了尽可能减少 聚合物砂浆引气量, 提高砂浆强度性能, 以较优强度 值来比较, 对比分析各类砂浆强度变化趋势。 砂灰比 25 和 15 的不同NP 掺量的 NP 砂浆试 87 超微掺量水溶性高分子粉末在砂浆中的应用 农金龙, 等 验结果分别如图4 和图 5。由图4 和 5可知, 在砂灰 比相同, 随聚灰比的变化, 早期和长期粘结强度都较 a 粘结强度; b 抗折强度; c 抗压强度 7 d; 28 d 图4 NP 掺量对砂浆强度的影响S C 2 5 Fig. 4 Effect of NP -cement ratio on strengths of NP mortar S C 2 5 a 粘结强度; b 抗折强度; c 抗压强度 7 d; 28 d; 120 d 图5 NP 掺量对砂浆强度的影响S C 1 5 Fig. 5 Effect of NP -cement ratio on strengths of NP mortar S C 1 5 好, 几乎全部比参照的普通砂浆的要高, 尤其在 NP C 为008 时更突出, 而对早期和长期的抗压和抗 折强度影响不大。 砂灰比为 25 时, SBR 掺量对砂浆强度的影响 的试验结果见图 6。图 6 说明, 丁苯砂浆在砂灰比 保持 25 不变时, 随聚灰比增加, 对抗折强度无明显 改变, 掺量达到一定量 10 以上对粘结强度有提 高, 并随聚灰比增大而增加, 早期和长期的抗压强度 显著偏低, 但还是达到 30MPa 的抗压强度水平。 7 d; 28 d; 120 d 图 6 SBR 掺量对砂浆强度的影响 s c 2 5 Fig. 6 Effect of SBR -cement ratio on strengths of SBR - mortar S C 2 5 砂灰比为 2 时, SBR 掺量对砂浆强度的影响的 试验结果见图 7。图 7说明, 丁苯砂浆砂灰比保持 2 不变时, 聚灰比在一定范围内变化, 其粘结强度较相 应的普修补砂浆的都要高, 抗折强度随聚灰比增加 而增大, 早期的抗压强度波动较大, 长期的抗压强度 变化不大, 达到 35 MPa 的抗压强度水平, 但还是比 参照的普通砂浆的低。 由以上可知, 丁苯改性可提高砂浆抗折强度, 降 低抗压强度, 但还是保持了一定的抗压强度水平, 同 时, 可显著提高界面粘结强度, 其后期粘结强度及抗 压、 抗折强度增长速度更为显著。丁苯聚合物对砂 浆抗压、 抗折强度的折损依靠丁苯的减水能力, 显著 降低砂浆水灰比而得以补偿, 使丁苯砂浆保持一定 水平的抗压、 抗折强度。就以砂灰比 S C 等于 25 88 工业建筑 2009 年第 39 卷第 10期 砂浆为证, 普通砂浆水灰比为 055, 而丁苯砂浆聚 灰比 P C 为 01 时, 据稠度相近原则, 其水灰比为 03, 降幅 达 45 ; P C 为 02 时, 其水灰比仅为 023, 降幅达 58 ; P C 为025 时, 不需另外加水, 仅 7 d; 28 d; 120 d 图7 SBR 掺量对砂浆强度的影响 s c 2 0 Fig.7 Effect of SBR -cement ratio on strengths of SBR - mortar S C 20 乳液里的水就使水灰比为 028, 远远满足砂浆工作 性要求。 3 结 论 1 聚合物 NP 在较佳的超微掺量 0005 008 的范围内, 增加砂浆稠度, 没有明显改变拌合 物密度, 没有增加砂浆引气量。 2NP 砂浆有良好的保湿性能。 3NP 砂浆跟其他三类聚合物砂浆一样, 都拥有 优良的粘结性能, 同时还具有其他聚合物砂浆所没 有的优越的性能, 即早期强度增长速度较快, 长期抗 压、 抗折强度比参照的普通砂浆的没有显著下降, 几 乎维持在同一水平的强度等级。 参考文献 [ 1] Jenni A, Zurbriggen R, Holzer L, et al.Changes in Microstructures and Physical Properties of Polymer -Modified Mortars During Wet Storage [ J] . 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Development of Polymer Films by the Coalescence of Polymer Particles in Powdered and Aqueous Polymer -modified Mortars [ J ] .Cement and Concrete Research, 2003, 33 9 1715- 1721. 上接第 34页 核心区剪切破坏。试件达到通裂阶段后, 变形急剧 增大, 强度、 刚度退化明显, 建议对于该类节点以通 裂阶段控制设计。 2 异型节点大小梁滞回曲线形状相差显著, 异 大梁的滞回曲线呈 捏缩效应的反 S 形, 小梁的滞 回曲线呈较为饱满的弓形, 作为梁柱组合体而言, 异 型节点试件的抗震耗能能力较差。 3 框架异型节点试件中, 柱截面尺寸变化较少 的情况 如截面尺寸变化小于 1 6 柱高 可忽略其不 利作用, 按变梁截面异型节点进行分析。 4 框架变梁截面异型节点试件中, 当大小梁截 面高差不大于 1 6 柱高时, 可参照常规节点进行分 析; 当大小梁截面高差在 1 6 柱高到 2 5 梁高这一范 围内时, 随着大小梁高差的增大, 组合体的力学性能 在较差的基础上逐渐改善; 当大小梁截面高差在 2 5 1 2 大梁梁高这一范围内时, 随着大小梁高差 的增大, 组合体的力学性能将逐渐劣化; 当大小梁截 面高差大于 1 2 大梁梁高时, 建议按中间层边节点 考虑。 5 轴压比增大对异型节点通裂阶段后试件的抗 震性能产生不利影响, 对该类节点进行抗震设计时, 建议轴压比不大于 03。 参考文献 [ 1] GB 50010 2002 混凝土结构设计规范[ S] . [ 2] GB 50011 2001 建筑抗震设计规范[ S] . [ 3] 吴涛, 刘伯权, 白国良, 等. 大型厂房钢筋混凝土框排架结构中 异型节点的抗震性能和设计方法研究[ J] . 土木工程学报, 2006, 39 4 1- 5. [ 4] 框架节点专题研究组. 低周反复荷载作用下钢筋混凝土框架梁 柱节点核心区抗剪强度的试验研究[ J] . 建筑结构学报, 1983, 4 6 1- 17. 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