聚合物快速修补砂浆的开发研究

聚合物快速修补砂浆的开发研究

王巍张志伟

1天津市交通科学研究院300300；2中铁十八局集团第五工程有限公司300222

摘要：现阶段，混凝土材料依然是我国主要工程建设项目中最常用的施工材料之一。随着时间的逐渐推移，部分运用混凝土材料施工的工程表面可能会出现裂缝以及破损等现象，亟需能够进行快速修补的材料，于是聚合物快速修补砂浆应运而生。文章主要运用快硬低碱度铝酸盐水泥作为主要的胶凝材料，并对水泥水化抑制剂、水化硬化剂进行适当的调控，同时运用高性能减水剂、聚合物改性以及纤维抗裂等技术，最终研制出了一种聚合物快速修补砂浆材料。试验结果显示，该材料具备快硬不速凝以及高承载等性能，稳定性较好，能够应用于普通混凝土表面缺陷的快速修补，值得大力推广应用。

关键词：聚合物；快速修补砂浆；水泥混凝土

一、原材料构成

（1）胶凝材料：为满足超早强快速修补的要求，根据早强型水泥的性能特点，选择快硬低碱度铝酸盐水泥作为超早强快速修补砂浆的主要胶凝材料，其用量占总胶材用量50%～80%；硅酸盐水泥主要目的是保证后期强度稳定的增长，其用量在15%～20%；硅灰用量为3%～5%；膨胀剂用量5%～8%。

（2）骨料：为了提高超早强快速修补砂浆强度、外观及其与新老混凝土界面粘结强度，选用了洁净、粒径优良的20～100目的白色石英砂作为骨料。

（3）辅助功能材料：聚羧酸系粉状高效减水剂，主要使超早强快速修补砂浆材料具有良好的修补施工和易性；水泥水化抑制剂，即为研制的复合缓凝剂，其主要功能在30min内保持超早强快速修补砂浆材料具有良好的修补施工和易性，以满足工程施工要求；水泥水化硬化剂，即为研制的复合早强剂，主要使超早强快速修补砂浆材料在30min后快速凝结硬化，达到2h抗压强度大于20MPa的要求，同时提高1d强度；聚合物胶粉的主要功能不仅提高硫铝酸盐水泥基材料自身粘结性能，而且还要与补偿收缩材料协同作用解决硫铝酸盐水泥基材料与硅酸盐水泥基材料界面的相容性问题。

二、聚合物快速修补砂浆研制主要思路

（一）胶材体系

由交通工程快速修补改造工程要求可知，聚合物快速修补砂浆必须具有快硬而不速凝的特点，小时强度高，因此，研究过程中通过低碱硫铝酸盐水泥水化获得较高的小时强度，并依靠硅酸盐水泥的继续水化保证后期强度的增长，利用硅灰等掺合料起填充效应、增强效应、增缩效应，通过氧化钙类膨胀剂与聚合物胶粉协同作用调控修补砂浆的线膨胀系数及粘结耐久性。

（二）调控技术

通过调控水泥水化抑制剂和水泥水化硬化剂的措施，解决了硫铝酸盐水泥水化硬化过程既要缓凝又要快硬早强的对立矛盾，实现了缓凝与超早强的和谐统一。通过利用高效减水剂、抗裂纤维、增稠保水组分等优化超早强修补砂浆材料的施工和易性及抗裂性能。

（三）性能提升

研究过程中从硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥矿物的水化产物晶体特征，选用改性聚氧化乙烯胶粉和新型氧化钙类膨胀剂，调整超早强修补砂浆材料与普通混凝土线膨胀系数相统一，从而实现硫酸盐水泥基材料与普通混凝土界面的高粘结和粘结耐久性。

三、快速修补砂浆基础配比及主要性能试验结果

（一）聚合物修补砂浆的常规性能

根据以上聚合物快速修补砂浆主要研制思路，配制的聚合物快速修补砂浆水料比为0.13，灰砂比为1.25，减水剂、水化抑制剂、水化硬化剂、改性聚氧化乙烯胶粉及6mm聚丙烯纤维掺量分别占胶凝材料质量的2.5%、0.25%、0.03%、3.0%、0.02%。按此配比制备的聚合物快速修补砂浆常规性能测试结果见表1。

由表1可知，研制的聚合物快速修补砂浆材料具有较好的超早强性能，且小时承载力高，粘结性能较好，适用于混凝土工程表面缺陷的快速修补施工。

（二）聚合物修补砂浆的粘结性能

采用3tSANS试验仪器进行测试，加载速度为25N/s。试验过程中主要采用干养和水养2种养护方式来研究超早强修补砂浆的粘结性能，试验结果见表2。

由表2可知，基体（需修补试件）试件抗弯强度在7.4MPa左右，抗压强度在68MPa左右。从修补效果分析，在干养条件下，修补后3h抗弯强度能达到基体的33.87%，7d可达到基体的62.93%；在水养条件下，修补后3h抗弯强度能达到基体的33.88%，7d可达到基体的79.06%。

综上所述，在聚合物快速修补砂浆的制备过程中，可以得到如下结论：①以快硬硫铝酸盐水泥作为主要胶凝材料，通过调控水泥水化抑制剂和水化硬化剂的措施，赋予了胶凝材料体系具有快硬而不速凝及高承载的特性，研制出聚合物快速修补砂浆材料。②四点弯折粘结强度表明聚合物快速修补砂浆与旧混凝土界面具有良好粘结性能；③研制的聚合物快速修补砂浆材料虽然具有较好的超早强性能、小时承载力高、高体积稳定性、良好的粘结性能和粘结耐久性能，但用于交通工程混凝土路面快速修补时，其在动载条件下的粘结耐久性能还有待进一步深入研究。

参考文献：

[1]黄梅,李渠江.聚合物改性的道路快速修补砂浆研究[J].四川建材,2012,06.

[2]陈嘉林,刘义兴,王伟坤.聚合物水泥快速修补防水砂浆的研究[J].中国建筑防水,2013,13.

[3]王耀增.高性能水泥基快速修补料的性能研究[D].哈尔滨工业大学,2015.