可再分散性乳膠粉(SWF)是聚合物改性砂漿中的主要組分

探討了SWF的作用機(jī)理，研究了SWF摻量對(duì)砂漿粘接強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彎折強(qiáng)度和抗凍融能力等影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)w(SWF)≥20%時(shí)(占干聚合物改性砂漿的質(zhì)量分?jǐn)?shù))，其綜合性能得到顯著改善。

0 前言

    可再分散性乳膠粉(SWF)的研究始于1934年德國的聚醋酸乙烯酯(PVAc)類膠粉和二戰(zhàn)期間日本的粉末乳膠，它是由高分子聚合物乳液經(jīng)噴霧干燥和后續(xù)處理等工序制備而成的粉狀熱塑性樹脂，通常為白色粉末。由于其在增加干拌砂漿的內(nèi)聚力、粘聚力和柔韌性等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，因而在聚合物水泥基、石膏基等建筑材料中得到廣泛應(yīng)用。SWF的主要品種有均聚物(如VAc類)和共聚物(如VAc/乙烯類、VAc/叔碳酸乙烯酯/丙烯酸類)等，目前應(yīng)用較廣泛的產(chǎn)品為VAc/乙烯類共聚物，其在全球領(lǐng)域占有領(lǐng)先地位，并代表了SWF的技術(shù)特性，也是目前砂漿改性的最佳技術(shù)解決方案。

    當(dāng)前國內(nèi)對(duì)SWF的研發(fā)總體上尚處于起步階段。山西三維集團(tuán)股份有限公司引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)備，通過自主研發(fā)，于2005年已成功推出SWF-01、SWF-04和SWF-05等系列產(chǎn)品，并在工程應(yīng)用中取得了良好的效果。本研究主要探討了SWF的作用機(jī)理及其對(duì)砂漿強(qiáng)度和其它力學(xué)性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

    1.1實(shí)驗(yàn)原料

    可再分散性乳膠粉(SWF-05)，工業(yè)級(jí)，山西三維集團(tuán)股份有限公司；羥丙基甲基纖維素醚(HPMC)，工業(yè)級(jí)，上?；輳V精細(xì)化工有限公司；水泥(42.5#)，工業(yè)級(jí)，太原獅頭水泥廠；石英砂(40～70目)，工業(yè)級(jí)，夏縣水頭石英砂廠；重鈣(250目)，工業(yè)級(jí)，浙江湖州重鈣粉廠。

    1.2實(shí)驗(yàn)儀器

    DY-208型全自動(dòng)水泥強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)，無錫東儀制造有限公司；LBY-2L型拉撥儀，中國建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心。

    1.3實(shí)驗(yàn)制備

    1.3.1改性砂漿配方

    以干砂漿粉料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，各物料配比為w(HPMC)=0.2%，w(水泥)=30%，w(石英砂)=60%，w(重鈣)=0.5%，SWF摻量如表1所示。

    1.3.2試樣制備

    按照配方稱取各種物料，混合均勻后加入20%的水?dāng)嚢?span>3min，靜置10min，繼續(xù)攪拌3~5min得到新拌砂漿。在水泥基標(biāo)準(zhǔn)試塊上分別制作40mm×40mm×5mm凸塊試樣6組、40mm×40mm×160mm壓縮強(qiáng)度、彎折強(qiáng)度試樣9組。

    1.4性能測(cè)試

    粘接強(qiáng)度、彎折強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和抗凍融能力，按照DBJ-63-2002標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

    2.1 SWF及其改性砂漿的特性及作用機(jī)理SWF主要由聚合物樹脂、內(nèi)外添加劑、保護(hù)膠體和抗結(jié)塊劑等組成。各組分的特性及作用機(jī)理為：①聚合物樹脂位于膠粉顆粒的核心部分，也是SWF發(fā)揮作用的主要部分；②內(nèi)添加劑起著改性樹脂的作用(如降低樹脂的成膜溫度等)；③外添加劑是為了進(jìn)一步拓寬SWF性能而添加的助劑(如在某些助流的膠粉中添加超級(jí)減水劑等)；④保護(hù)膠體是在SWF顆粒表面包裹的一層親水性物質(zhì)，絕大多數(shù)為聚乙烯醇(PVA)；⑤抗結(jié)塊劑是一種細(xì)礦物填料，主要作用是防止在儲(chǔ)運(yùn)過程中膠粉結(jié)塊。

    本實(shí)驗(yàn)采用的白色SWF-05，具有較好的流動(dòng)性、再分散后粒度均勻且分散性良好等特點(diǎn)。該乳膠粉顆粒與水混合后，可以恢復(fù)到原始乳液狀態(tài)，并保持有機(jī)膠粘劑所具有的特性與功能。SWF在砂漿中的作用受水泥水化過程和成膜過程的控制。水泥水化和乳膠粉成膜的復(fù)合體系形成過程分四個(gè)步驟完成：①當(dāng)乳膠粉與水泥砂漿攪拌均勻后，再分散后的細(xì)小聚合物顆?？删鶆虻胤稚⒃跐{體中。②通過水泥的初期水化逐漸形成水泥凝膠，液相被水化過程中形成的氫氧化鈣所飽和，而聚合物顆粒沉積在水泥凝膠/未水化水泥顆粒混合物的部分表面。③隨著水泥的進(jìn)一步水化，毛細(xì)孔中的水分減少，聚合物顆粒逐漸被限制在毛細(xì)孔中，在水泥凝膠/未水化水泥顆粒混合物和骨料表面形成緊密的堆積層。④在水化反應(yīng)、基層吸收和表面蒸發(fā)等作用下，水分進(jìn)一步減少，已形成的堆積層聚集成為連續(xù)薄膜，將水化反應(yīng)產(chǎn)物粘接在一起形成一個(gè)完整的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。水泥水化和SWF成膜形成的復(fù)合體系，其共同作用的結(jié)果可使砂漿的性能得到明顯改善。

    2.2 SWF改性砂漿的粘接強(qiáng)度在(23±1)℃、濕度為(50±10)%的標(biāo)養(yǎng)條件下，SWF摻量對(duì)改性砂漿粘接強(qiáng)度的影響如表2所示。

    由表2可知，在砂漿中摻入少量的SWF，可以明顯改善砂漿的粘接強(qiáng)度；當(dāng)w(SWF)=0.5%時(shí)，標(biāo)養(yǎng)7d的粘接強(qiáng)度比未摻加SWF的空白砂漿標(biāo)養(yǎng)28d的粘接強(qiáng)度還要高；隨著SWF摻量的增加，粘接強(qiáng)度持續(xù)增長，當(dāng)w(SWF)≥2%時(shí)粘接強(qiáng)度的增長幅度較大。

    2.3 SWF改性砂漿的彎折強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度

    表3列出了SWF改性砂漿彎折強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和壓折比的測(cè)試結(jié)果。

    由表3可知，改性砂漿的壓縮強(qiáng)度和彎折強(qiáng)度都隨著SWF摻量的增加而增大；摻加了SWF后，改性砂漿的壓折比均有所降低(＜3.0)，即柔韌性均得到明顯改善。這是由于將SWF摻入水泥砂漿中具有一定的減水作用，并且減水率隨著其摻量的增加而增大；另外聚合物與水泥形成的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了物料之間的粘接，堵塞了砂漿內(nèi)的部分孔隙。因此，硬化后聚合物改性砂漿的性能得到改善。

    2.4 SWF改性砂漿的抗凍融能力將試樣在(23±1)℃、濕度為(50±10)%的條件下標(biāo)養(yǎng)14d后，其抗凍融能力的測(cè)試結(jié)果如表4所示。

    由表4可知，SWF可以顯著改善砂漿的抗凍融能力；隨著SWF摻量的增加，改性砂漿的抗凍融能力逐漸提高。這是由于SWF具有一定的引氣作用，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)得知，當(dāng)w(SWF)=10%時(shí)(占聚合物砂漿質(zhì)量分?jǐn)?shù))，引氣量為3%。將其摻入體系中可在砂漿中產(chǎn)生適量均勻、穩(wěn)定而封閉的氣泡，并且這些氣泡可均勻分布在砂漿中。當(dāng)孔隙內(nèi)自由水凍結(jié)時(shí)，氣泡被壓縮，從而明顯減輕了冰凍給孔隙帶來的膨脹壓力；當(dāng)冰凍自由水融化時(shí)這些氣泡可恢復(fù)原狀。因此，孔隙內(nèi)的自由水反復(fù)凍融后，不會(huì)對(duì)孔壁產(chǎn)生很大的壓力。另外，這些氣泡起到了類似滾動(dòng)的效應(yīng)，可使混凝土的流動(dòng)性明顯改善；在水泥等用量不變的情況下，可以彌補(bǔ)部分因引氣作用而導(dǎo)致的強(qiáng)度損失，從而獲得了良好的抗凍融能力。

3 工程應(yīng)用

    2006年5月在大連蘭天混凝土攪拌站配制SWF-05聚合物改性砂漿，并將其用于哈爾濱市西環(huán)高速路面的修補(bǔ)；養(yǎng)護(hù)7d后，對(duì)修補(bǔ)砂漿進(jìn)行銑刨、鑿除檢查。結(jié)果表明，鑿除的砂漿可粘接舊混凝土；被修復(fù)的高速路面，至今工程狀況良好，沒有出現(xiàn)砂漿脫落、裂縫等現(xiàn)象。該修補(bǔ)砂漿的施工配比為m(水泥)∶m(石英砂)∶m(SWF-05)∶m(水)=1∶2∶0.05∶0.4。

4 結(jié)論

    (1)由于SWF具有良好的分散性和成膜性，故可明顯改善水泥砂漿的粘接性能。

    (2)在保持砂漿用水量不變的情況下，利用SWF的減水作用，改性砂漿的柔韌性隨著SWF摻量的增加而得到改善。

    (3)利用SWF的引氣作用，可明顯改善水泥砂漿的孔隙結(jié)構(gòu)，并且總孔隙率隨著SWF摻量的增加而提高；由于增加的主要是閉孔結(jié)構(gòu)的、互不相連的微小細(xì)孔，故改性砂漿的抗凍融能力明顯提高。

    (4)工程應(yīng)用實(shí)例表明：SWF-05及其改性砂漿的綜合性能良好，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。