聚合物砂浆和混凝土, 是在搅拌砂浆和混凝土时掺入聚合物, 改善作为胶结材料的水泥浆体所固有的弱点, 以提高其强度和耐久性。这种砂浆和混凝土所用的材料, 除一般使用的各种水泥、细集料、粗集料之外, 还有水溶性聚合物, 这些聚合物的种类有天然及合成的乳胶。本实验所用聚合物为荷兰产的聚丙烯酸酯类乳液, 产品名为FORTON,北京有机化工厂产的VAE, 产品名为707 乳液。作为与水泥混合使用的这些水溶性聚合物, ( 1) 必须掺用对水泥水化反应无害的表面活性剂, 使其在物理上和化学上获得足够稳定性; ( 2) 掺加合适的消泡剂经过搅拌使气泡能够很快消失。由于作为稳定剂的表面活性剂种类和掺量不同, 尽管是同样的水溶性聚合物, 其增强效果也不尽相同; 同时所加消泡剂也是一种表面活性剂, 对混合体系也有一定针对性, 不同的消泡剂、不同的掺量对体系的消泡效果也不尽相同。在荷兰, 使用FORTON 制成的聚合物混凝土制品具有很好的抗折强度、抗拉强度、防水性能、胶结性能、抗冲击性能等, 广泛应用于建筑领域。我们将该产品引入国内, 曾在铁路混凝土工厂试制, 发现很多问题, 由于种种原因, 试验中断。为此, 我们进行以下实验, 比较FORTON 和707 的添加效果, 以聚合物水泥砂浆中消泡剂的添加效应来窥视消泡剂对混凝土质量指标的影响, 并选择一种有一定针对性的消泡剂。
1 实验设计
111 试验方案
按照正交设计法, 我们选三水平四因子试验,
用L9( 3 4) 正交表安排试验方案。
因子: A= 消泡剂种类B= 消泡剂用量
C= 聚合物种类D= 聚合物用量
水平: A1= 磷酸三丁酯A2= 有机硅
A3= 有机硅
B1= 5%o B2= 11j
B3= 18%o
C1= 707 C2= FORTON
C3= 707
D1= 4.6% D2= 7.4%
D3= 11%
112 试验材料
水泥: 525 # P # O 河北产, 太行山牌砂: 标准砂, 中国标准砂厂产聚合物: 707, 北京有机化工厂产FORTON, 荷兰产消泡剂: 磷酸三丁酯, 北京化工二厂产有机硅, 北京有机化工厂产
113 实验
113 实验
水泥540 g 砂1 350 g 水灰比0144
试样4x4 x 16 cm三联模
采用自然干养护, 分别做3 天、7 天、28 天抗
折强度、抗压强度。
2 实验数据
3 数据分析
311 比较不同消泡剂对试样指标的显著性
由表1 中A 因子的三个水平值来看, 消泡剂种类不同, 影响试样的指标值变化较大, 且明显看出有机硅的影响大于磷酸三丁酯, 说明有机硅对试样抗折强度有较大贡献。
由表2 中A 因子的三个水平值来看, 一水平值最高, 说明磷酸三丁酯对试样的抗压强度有较大贡献, 是影响体系抗压强度的显著因子。
312 比较消泡剂用量对水泥砂浆强度指标的影响
由表1 和表2 中B 因子三个水平值来看, 相互比较接近, 可见消泡剂的用量不是影响体系强度指标的显著因子, 但从数值看, 有机硅用量增加,无论对抗折强度, 还是抗压强度都产生正影响。
313 比较不同聚合物种类, 试样强度指标的差异由表1 C 因子的三个水平和表2 C 因子的三个水平值来看, 聚合物种类是影响试样强度指标的显著因子。从表1 的数值可知, FORTON 对抗折强度的提高有较大的贡献, 优于707 对抗折强度的影响。虽然抗压强度值较低, 但仍然能够符合普通水泥制品的强度指标。
313 比较不同聚合物种类, 试样强度指标的差异由表1 C 因子的三个水平和表2 C 因子的三个水平值来看, 聚合物种类是影响试样强度指标的显著因子。从表1 的数值可知, FORTON 对抗折强度的提高有较大的贡献, 优于707 对抗折强度的影响。虽然抗压强度值较低, 但仍然能够符合普通水泥制品的强度指标。
314 比较聚合物用量对试样强度指标的影响
从表1 和表2 的D 因子的三个水平值看, 聚合物用量增加, 抗折强度明显增加。抗压强度略有下降。
4 结论
411 有机硅对试样的抗折强度增加有较磷酸三丁酯更显著的效果。
412 若从提高试样的抗折强度考虑, 应选用A 3B 1C 2D 3 的组合。即用有机硅, 加量为5%o ,有机硅对FORTON 有较好的针对性。
413 若考虑使用国产原料, 来源方便, 价格便宜, 参考表3 的实验数据, 该实验数据是表1 中实验号为6、7、8、9 实验的重复实验。为提高水泥制品的抗折强度、抗冲击性能, 宜采用8 号实验方案, 即A 3B 2C 1D 1。用有机硅为消泡剂, 加量为11%o , 以707 乳液为改性剂, 加量是4.6% 。该配方重现性很好, 试样的抗折强度指标值都很高。
414 若考虑提高抗压强度, 对抗折强度要求不高时, 可考虑使用磷酸三丁酯为消泡剂, 适宜的配方为A 1B 3C 1D 1。即用磷酸三丁酯为消泡剂, 加量为18%o , 以707 聚合物乳液为改性剂, 加量是4.6% 。
414 若考虑提高抗压强度, 对抗折强度要求不高时, 可考虑使用磷酸三丁酯为消泡剂, 适宜的配方为A 1B 3C 1D 1。即用磷酸三丁酯为消泡剂, 加量为18%o , 以707 聚合物乳液为改性剂, 加量是4.6% 。
聚合物为水泥砂浆和混凝土的改性剂时, 在很大程度上能影响水泥砂浆和混凝土的工作度, 原因是其流变性能发生很大变化。通常随着聚合物/ 水泥比的增加, 水灰比宜适当减小, 本实验的水灰比为0.44, 没有因为聚合物的加入而减小水灰比,因此试样的抗压强度受到一定影响, 它并不说明消泡剂对试样强度指标的负作用。相反, 由于水泥水化产物雪硅钙石是Si- O 键为主要骨架与CAO 组成的复杂结构, 而有机硅也具有Si- O 的键机构, 由于结构上的相似性, 有机硅不仅能以其长链结构增加水泥砂浆、混凝土的韧性, 当适当调节水灰比后, 有机硅能填充在水化产物的层间, 对水泥砂浆、混凝土的抗压强度会产生增强作用。表3 实验9 告诉我们, 只要选择好消泡剂, 调节一定的水灰比, FORT ON 是一种很好的水泥与混凝土的改性剂, 有很好的使用前景。
