表1 水灰比與流動度一定條件下各水泥砂漿用量比

砂漿類別	編號	摻量（%）	水泥：砂子：水	流動度（mm）	減水率（%）
普通	N1	0	1:2.6:0.5	133	0
摻加聚羧酸	J	1.5	1:3.2:0.5		18.85
摻加WSP	W1	2	1:3.0:0.5		13.46
	W2	4	1:3.2:0.5		20.00
	W3	6	1:3.3:0.5		22.11
	W4	8	1:3.6:0.5		27.30

 

表2 復合砂漿與同條件下普通水泥砂漿的抗折強度比較

砂漿類別	編號	抗折強度（MPa）			相對普通砂漿強度提高率（％）
		3天	7天	28天	3天	7天	28天
普通	N1	4.05	4.82	6.52	0	0	0
摻加聚羧酸	J	3.42	4.65	6.34	-15.6	-3.5	-2.8
摻加WSP	W1	3.35	4.76	6.73	-17.3	-1.2	3.2
	W2	3.80	4.58	7.17	-6.2	-5.0	10.0
	W3	3.88	4.56	6.32	-4.2	-5.4	-3.1
	W4	3.78	4.56	5.74	-6.7	-5.4	-12.0

 

表3 復合砂漿與同條件下普通水泥砂漿的抗壓強度比較及壓折比

砂漿類別	編號	抗壓強度（MPa）			相對普通砂漿強度提高（％）			壓折比降低（％）
		3天	7天	28天	3天	7天	28天	3天	7天	28天
普通	N1	15.3	24.3	41.7	0	0	0	0	0	0
摻加聚羧酸	J	12.5	21.5	34.6	-18.3	-11.5	-17.0	3.4	8.3	14.6
摻加WSP	W1	15.3	23.2	31.6	0	-4.5	-24.2	-20.9	3.4	26.7
	W2	15.1	21.8	32.5	-1.3	-10.3	-22.1	-5.0	5.6	29.2
	W3	14.8	20.0	28.7	-3.3	-17.7	-31.2	-0.8	13.5	28.3
	W4	13.6	19.2	26.3	-11.1	-21.0	-36.9	-4.8	16.5	28.4

    注：表2、表3中強度負號表示與普通砂漿相比，強度降低，表3中壓折比負號表示壓折比提高。

 

    根據試驗結果，分別繪出圖1－圖4。

 

    1）由圖1、圖2，在砂漿中摻入2%、4%、6%、8% (WSP與水泥的質量比即聚灰比)后的WSP抗折、抗壓強度在一定程度上有所提高，摻量為4%時強度最大，強度提高率隨齡期的增長有所下降。表明，WSP摻量存在最佳值，最佳摻量在4％左右。

    2）由圖3，WSP水泥砂漿早期強度一般，28d齡期時，抗折強度較普通砂漿提高10％；聚羧酸砂漿抗折強度略低。由此可知，在相同流動度和水灰比條件下，摻入聚羧酸能夠大幅度減少水泥用量，但對提高水泥漿體的抗折強度作用不大；WSP在最佳摻量時，在大幅度減少水泥用量的同時能較大地提高水泥漿體的抗折強度。

    3）水灰比相同，隨WSP摻量的增加，減水率增大。

    4）隨著聚灰比的增大，壓折比也增大。由圖4，隨齡期的增長，普通砂漿的脆性增加，而隨著WSP摻量的增大，脆性逐漸減小。聚羧酸和WSP的摻入均可以降低壓折比，提高柔韌性。

    5）WSP相比聚羧酸，減水率更高，和易性好，流動性持久，保水性良好，且強度不降低。

 

    微觀結構通過SEM照片進行分析，普通、摻加聚羧酸及摻加WSP的水泥砂漿7天齡期的SEM照片分別如圖5、圖6、圖7所示。

    水泥砂漿是一個多相多孔的體系，加入WSP后，其微觀結構，特別是孔結構發生了變化，由SEM照片可以觀察。由圖5，普通砂漿中有大量針狀的鈣礬石晶體和一些絮狀的水化硅酸鈣凝膠，未水化水泥仍以顆粒形式單獨存在，水化產物在其表面生長，存在較多孔隙且之間的連接稀少。由圖6顯示的聚羧酸水泥砂漿的水化結構中，一些絮狀物形成，多而雜，它們之間有薄弱連接，但不規則。當摻入WSP，由圖7觀察到聚合物WSP的成膜情況，針狀的鈣礬石晶體之間被許多膜狀物粘結在一起，很多條形物聚集成為環形網狀結構，許多膜狀物越過孔隙，起到架橋和填充作用，孔隙體積變小，聚合物的相互交錯形成網狀結構。照片顯示，WSP在水化早期就開始逐漸形成大量的膜狀聚合物網絡和聚合物鍵橋，使得其后期的抗折強度以及韌性等有很大改善。

    圖8與圖9對比發現，聚合物的摻入明顯改變了骨料－漿體界面過渡區的形貌。普通砂漿，骨料－漿體界面過渡區較松散；摻入WSP，聚合物的成膜反應不僅在水泥漿體中形成了聚合物鍵橋和膜狀聚合物網絡，而且聚合物的黏附特性使得骨料顆粒的表面包裹著一層呈集聚態的聚合物膜。此時，骨料與聚合物改性水泥漿體的界面連接已經不再是水泥水化產物與骨料凹陷區域的直接嚙合搭接，而是聚合物膜與包裹在骨料顆粒表面的聚合物以聚合物鍵橋的方式搭接。此外，聚合物成膜反應所形成的聚合物網絡結構以聚合物鍵橋和有孔聚合物膜相互交錯的形式分布在整個水泥漿體中，在應力作用時可以發揮緩沖效應，對荷載作用下漿體裂縫的產生與發展具有抑制作用，從而在根本上改善硬化水泥漿體的性能。

 

    1) WSP使水泥砂漿力學性能得到一種全新的改善，抗折強度提高10%以上，壓折比降低達25%，有效提高了水泥砂漿的柔韌性，并在更大程度上降低了水泥用量，具有較高的經濟效益。微觀結構分析表明，水泥砂漿摻入WSP后，形成空間網狀纖維結構，使得其微觀結構得到改善。

    2) 通過試驗得出WSP的最佳摻量值，為WSP在實際施工的推廣應用提供了參考依據。

 

[1]  汪瀾. 水泥混凝土——組成性能應用[M]. 中國建材工業出版社,2005.

[2]　Ollitrault-Fichet R,Gauthier C,Clamen G,and Bochl P. Microstructural aspects in a polymer-modified cement［J］．Cement and concrete Reserch,1998,28(12):1687-1693．

[3] R. D. Maksimov, E. Z. Plume and J. O. Jansons．Comparative Studies on the Mechanical Properties of a Thermoset Polymer in Tension and Compression［J］．Mechanics of Composite Materials，2005，41（5）：425-436．

[4]  朱宏軍,程海麗,姜德民. 特種混凝土和新型混凝土[M].化學工業出版社,2004,3.

[5]  李亞杰,方坤河. 建筑材料[M].中國水利水電出版社,2007,1.

[6]  遲培云, 呂平, 周宗輝. 現代混凝土[M ]. 上海:同濟大學出版社, 1999.

[7]  張巖.WSP聚合物混凝土力學性能試驗研究[D], 西安:西安理工大學,2008,3.

 

 

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)