乳液改性水泥砂浆的性能研究与应用
华卫东1，2，姜洪义1，周子夏2，赵营3
（1.武汉理工大学，湖北武汉430070；2.核工业北京地质研究院，北京100029；3.北京金隅混凝土有限公司，北京100165）
目前，国外对聚合物改性水泥砂浆的研究已较为深入[1-4]，国内从20 世纪80 年代起，也对聚合物改性水泥砂浆进行了大量的研究[5-8]。但是，大多数聚合物改性水泥砂浆的实际施工性较差，不能机械搅拌，并且容易出现厚涂、开裂等问题。本研究采用BY200 丙烯酸乳液（下称BY200 乳液）对水泥砂浆进行改性，试验结果表明改性的水泥砂浆施工性良好，且由于BY200 乳液用量的不同，改性水泥砂浆的物理力学性能也不同，可应用于防水、防腐等不同领域。
1 实验部分
1.1 原材料
BY200 乳液：丙烯酸乳液，固含量为45%，黏度为100~1 000 mPa·s，北京中核北研科技发展有限公司；水泥：P.O.42.5 水泥，冀东水泥厂；砂子：0.3 mm 石英砂；水：自来水。
1.2 试验方法
1.2.1 配比
不同BY200 乳液用量改性水泥砂浆的配比，见表1。
1.2.2 施工性检测
按表1 配比称料，采用JJ-5 水泥胶砂搅拌机低速档搅拌5 min，然后倒入350 mm×350 mm×30 mm钢模具中，刮平。观察机械搅拌5 min 后改性水泥砂浆浆料的状态，以及刮平固化7 d 后，砂浆表面有无开裂、粉化现象。
1.2.3 抗压强度、抗折强度、粘结强度测试
7 d 养护制度为3 d 水泥标准养护箱养护+2 d水养护+2 d 干养护；28 d 养护制度为3 d 水泥标准养护箱养护+4 d 水养护+21 d 干养护。抗渗仪高测试压力为4 MPa，当试样抗渗压力≤1.5 MPa 时，其测试结果为抗渗仪压力值。当试样抗渗压力＞1.5 MPa时，7 d 抗渗压力测试结果为1.5 MPa 恒压2 h 后试样断面的渗透高度；28 d 抗渗压力测试结果为从1.5MPa 增压至3.0 MPa（增压级差为0.5 MPa）后恒压2h 仍未渗透的试样，测试其断面的渗透高度。其他成型、养护和测试措施分别按JC/T 984—2005《聚合物水泥防水砂浆》进行。
2 结果与讨论
2.1 改性水泥砂浆的施工性
不同BY200 乳液用量改性水泥砂浆的施工性测试结果见表2。由表2 可知，不同BY200 乳液用量改性水泥砂浆的施工性良好，机械搅拌5 min 后浆料的状态均正常，未出现乳液破乳、增稠等不良现象，说明BY200 乳液与水泥的适应性良好；固化7 d 后砂浆表面无开裂、粉化现象，这是因为BY200 乳液在改性水泥砂浆表面形成了保护膜，降低了表面浆料的失水速度，有利于水泥的水化。
2.2 改性水泥砂浆的物理力学性能
不同BY200 乳液改性水泥砂浆的7 d 抗压强度、28 d 抗压强度、7 d 抗折强度、28 d 抗折强度、7 d粘结强度、28 d 粘结强度、7 d 抗渗压力和28 d 抗渗压力的测试结果见表3 和图1。
表3 乳液改性水泥砂浆的粘结强度和抗渗压力
由表3 和图1 可知：不同BY200 乳液用量改性水泥砂浆的抗压强度、抗折强度和粘结强度均随养护时间的延长而增加。相比1#～3# 样品，4# 样品的各项指标明显偏低，这是因为4# 样品水灰比过大，过多的加水量使缺陷增多，强度下降。比较1#～3# 样品，随着BY200 乳液用量的增加，改性水泥砂浆的抗压强度、抗折强度和粘结强度增加均较明显。不同BY200乳液用量改性水泥砂浆的强度变化是以下几个因素综合作用的结果：1）BY200 乳液对水泥砂浆有减水作用，能增加其密实性，有利于强度增加；2）乳胶粒子对水泥水化有缓凝作用，可降低初期强度并增加长期强度；3）乳胶粒子不但改善了水泥水化浆体和砂子的表面粘结能力，而且具有一定的粘结能力。
不同BY200 乳液用量改性水泥砂浆的抗渗压力也随养护时间的延长而增加。BY200 乳液的用量增加，改性水泥砂浆的抗渗压力先增加后减小，原因是乳胶粒子能填充水泥砂浆的空隙，增加其抗渗压力；当乳液用量达到一定程度后，其填充空隙的作用降低，改性水泥砂浆的抗渗压力变化不大；继续增加乳液用量，综合考虑水压力对改性水泥砂浆的刚性要求，其抗渗压力会降低。相比1#～3# 样品，4# 样品的抗渗压力明显较低，这是因为4# 样品的用水量大，结构疏松，同时没有乳胶粒子填充水化浆体的空隙。
3 BY200 乳液改性水泥砂浆的应用
3 BY200 乳液改性水泥砂浆的应用
3.1 防水砂浆
BY200 乳液改性水泥砂浆可用作聚合物水泥防水砂浆。JC/T 984—2011《聚合物水泥防水砂浆》主要的物理力学指标为抗压强度、抗折强度、粘结强度和抗渗压力，BY200 乳液改性水泥砂浆的上述指标均超过JC/T 984—2011 的要求。综合性价比，建议采用1# 样品的配比，并添加相应的改进施工性的助剂配制BY200 乳液改性水泥防水砂浆。
3.2 防腐砂浆
BY200 乳液改性水泥砂浆可作为防腐砂浆。CECS18∶2000《聚合物水泥砂浆防腐蚀技术规程》中防腐砂浆的主要物理力学指标为抗压强度、粘结强度，BY200 乳液改性水泥砂浆的上述指标均超过CECS18∶2000 的要求。综合耐腐蚀性和物理指标要求，建议采用3# 样品的配比，并添加相应的改进施工性的助剂配制BY200 乳液改性水泥防腐砂浆。
3.3 界面粘结砂浆
BY200 乳液改性水泥砂浆可作为界面剂或瓷砖胶粘剂等有高强粘结要求的材料。JC/T 547—2005《陶瓷墙地砖胶粘剂》和JC/T 907—2002《混凝土界面处理剂》对粘结砂浆主要的物理力学指标为粘结强度，其高要求也仅为1.0 MPa，BY200 乳液改性水泥砂浆的粘结强度已超过JC/T 547—2005 和JC/T907—2002 的要求。综合工程实际、性能指标和经济性，建议普通粘结砂浆采用1# 样品的配比，并添加相应的改进施工性的助剂配制；高性能粘结砂浆采用3# 样品的配比，并添加相应的改进施工性的助剂配制。
3.4 修复砂浆
建筑物及构筑物绝大多数都以混凝土为主体结构，性价比高的混凝土修复材料就是聚合物改性水泥砂浆，BY200 乳液改性水泥砂浆的各项物理力学指标可满足沿海工程、道路、桥梁和高楼大厦等多种修复加固工程的技术要求。综合性价比，建议普通修复砂浆采用1# 样品的配比，并添加相应的改进施工性的助剂配制；高性能修复砂浆采用3# 样品的配比，并添加相应的改进施工性的助剂配制。
