高分子聚合物混凝土表面增强剂的配合比研究

韩春华

摘要：以丙烯酸酯共聚乳液为基础原液，外掺硫酸钠、滑石粉、成膜助剂和消泡剂等材料，试配高分子聚合物混凝土表面增强剂，通过混凝土回弹强度试验分析了不同外加剂掺量对C30混凝土结构表面强度的影响，最终确定高分子聚合物混凝土表面增强剂的最佳配比。试验结果表明，外加剂的掺入可有效提高混凝土表面强度，且丙烯酸酯共聚乳液固含量为10%，硫酸钠、滑石粉、成膜助剂及消泡剂的掺量分别为3%、3%、0.6%及0.6%时，高分子聚合物对混凝土表面强度的增强效果最优，配比为最佳。

关键词: 混凝土;表面增强剂;配比试验;回弹强度;

引言

江苏省南通地处黄海地区南端,在长江流域入海口的东岸,拥有海岸线约二百一十km,沿岸地带面积约一点三万km二,是中国长江三角洲地区主要的港口城市,有着丰富的临海建设经验和海堤建设技术。经实践应用的证明,在施工过程中往往出现水泥表层硬度偏少、水泥表面开裂的情况发生。水泥使用的混凝土材料质量不过关、外掺料中杂物过多、水泥配合比设置不当、水泥的输送方式和在施工过程中不正确作业等,都可能造成水泥表层硬度的下降,从而导致水泥表层起粉,形成了"蜂窝麻面";但水泥凝结硬化前的水份挥发太快、建筑物的水化热太高、水泥配筋率偏低、水泥施工环境较差等情况的存在也容易造成水泥表层发生裂纹。许多研究显示],高分子的多聚物质(如丙烯酸、环氧树脂、硅酸乙酯、有机硅树脂、聚氨酯等一类或或多种材料的混合物)能明显减少水泥的效应,提高抗渗碳稳定性,改善水泥的耐氯化物的渗透性、不易老化性能,克服水泥表层温度偏低及表层裂纹的现象,显著增强海堤建筑水泥的耐久性。

1混凝土表面增强剂

1.1产品简介:本产品应用于欧洲以领先科学技术所制造的一类白色、可溶解水的结晶粉末。与相应配比的水溶液混匀并喷洒至混凝土表层时,可迅速渗入至建筑物内,与建筑物中未水化的钢筋及水化物质反映,产生大规模致密性的钢筋化物质,阻塞毛细小孔洞,增强钢筋密实,大大提高钢筋表层的力度、柔韧性、耐化学腐蚀力量。

1.2产品特性:内含的高性能润湿剂,使溶剂迅速渗入水泥表层下约3mm~10个mm,并产生更高密度的表面;增加水泥回弹值百分之十~百分之二十,3~7天后有显著效果,且水泥的长期强度保持稳定;表层的坚硬特性源自于水泥基体内部的基本类型,这些复杂化学反应物质能增加硬度和"深层"保护,可以抵抗繁忙交通和其它各种各样的磨损;由"二次水化"而形成的水化物质则可致密表层水泥,从而避免了混凝土表层的起沙、起尘等现状;本产物还能增加混凝土表面的密实程度,从而极大地提高了水泥抗击外部不利介质的侵蚀性能。

1.3产品特性:提升砼表层的强度、硬度、耐磨性能。处理后的砼表面变得紧密牢固,不易翻沙、飞尘,色泽均匀。安装简单、便捷,直接涂刷,省时省工,成本低。水泥表面与砼的表面性能不改变。

1.4产品应用:各种起灰、起砂混凝土地板、及外墙的加固处理;新混凝土、砂浆地板涂刷及延长使用期限;混凝土墙板、梁等结构的回弹系数的增加;以及海工砼的表面抗腐蚀特性的改善。

2配比研究试验

该文通过以丙烯酸酯共聚乳剂为基本原液,通过添加各种掺入的硫酸钠、滑石粉、成膜物质助剂和消泡剂等物料,并利用对水泥回弹强度测试确定了其主要组成成分的添加与配比,从而得出了高分子材料多聚物混凝土表面强化剂的最终配比
2.1原材料

丙烯酸酯共聚乳液:由深圳市吉田化学公司生产的E0503-X水性涂料丙烯酸酯乳液,p H值约为5~7,乳白色或蓝光液体,固含量约为百分之三十七,最大粘度约为1200~1600 CPS。

硫酸钠:中国国药集团公司生化药剂有限公司生产,主要成份是Na2SO4,p H值范围是5.0~8.0,固含量为≥百分之九十九点零。

滑石粉:主要成份为Si O2等和Mg O2,其中Si O2等的含量为百分之六十,Mg O2含量为百分之三十一,水含量为百分之九,白色粉末状,细化性强三百二十五,烧失率百分之六。

成膜物质剂:由润宏化学公司提供的成膜助剂,主要成份是十二碳醇酯,浓度达到了百分之九十九点零。

消泡剂:法兰蒂斯工业公司生产的聚醚改性消泡剂,为乳白色水性液态,分子密度为1.01±0.02kg/m3。

材料:由南通华新水泥公司设计制造,标号为四十二点五的普通硅酸盐混凝土[4]。

粗骨料:天然瓦砾,一般大小约为5~30mm,表观密度约为二千七百kg/m3。

细骨料质量:采用本地河沙,细度模数Mf=2.78,表观密度约为二千六百五十kg/m3。

减水剂:由江苏苏博特新型建筑材料有限公司设计制造的PCA(I)聚羧酸型有效减水剂,减水效果为百分之二十五,掺量约为原水泥质量的百分之一。

2.2试验方法

混凝土回弹强度测试:为消除材料自身强度发展变化对砼结构表层硬度变化的影响,以已养护成型大于一年的C三十砼结构钢筋(2m×0.5m×0.5m素混凝土梁)为测试目标,根据《回弹法测试钢筋耐压强度工艺标准》(JGJ/T23-2011)中的测试方法,开展了砼结构回弹强度测试。测试仪器采用了上海市乐傲仪器设备公司设计制造的ZBL-S201型数显回弹仪。在测试时,一直以回弹仪的主轴垂直于砼的测试表面进行水平弹击测试,将测区中的十六个回弹数据减去三次平均值和三次平均值后,以平均回弹数据为Rm表征砼的表面硬度。

高分子多聚物砼表面强化剂的添加工艺是:采取人工涂刷方法,在涂抹前先用普通砂布将砼结构试块表面擦拭光滑,然后再用树脂工艺刷将表面强化剂分二次均匀地涂刷于砼结构试块表面,前后间歇二十min,每一次涂刷厚约零点五mm,使砼结构试块表面始终保持湿润状态,涂刷厚度最终控制在0.8~1.2mm,平均涂刷剂量约为1~2kg/m2之高。

2.3配合比设计

以丙烯酸酯共聚乳剂中原有的固浓度为基准,加水稀释成固浓度为百分之五和百分之十的液态,再先后添加次硫酸钬钠(掺量为百分之一、百分之三、百分之五),滑石粉(掺量为百分之一、百分之三、百分之五),成膜助剂和消泡剂(掺量均为百分之零点二、百分之零点四、百分之零点六)等材料混匀后,将高分子材料的多聚物乳剂涂刷于砼表层,并计算养护龄期别为1d、7d、14d、28d、56d时的回弹强度,由此确定了高分子聚合物砼表面强化剂中各组成成分的最优预测掺量,并求得了最终配制比。

3试验结果分析

3.1高分子材料聚合物对水泥表层硬度的影响

首先,计算砼表面的初始返弹值,然后分别将固含量为百分之五和百分之十的丙烯酸酯共聚乳剂涂刷于砼结构试件表面,再分别计算其在自然条件下养护1d、7d、14d、28d、56d时的砼回弹数值。

将水泥表面强度增长率,界定为涂布丙烯酸酯或共聚乳剂的水泥表层硬度返弹值,和水泥表层硬度初始返弹值相互之间的差值,则为其随养护龄期而发生变化的情形。

3.2次硫酸钠的掺杂量对高分子聚合物混凝土中表面强化剂作用效果的影响

科学研究已经证实,将硫酸钠和混凝土水化后生成的氢氧化钙溶液发生反应,所得到的沉淀物能充填混凝土中的孔隙,因而增强了混凝土的紧实性。为了提高水泥的表面硬度,向丙烯酸酯共聚乳液中添加了硫酸钠,再用水泥回弹测试确定了硫酸钠的最终掺量。

3.3滑石粉的掺杂量及其对高分子聚合物混凝土表面强化剂作用有效性的影响

科学研究已经证实,滑石粉在经高分子聚合物乳液包覆后,可明显提高聚合物乳液的耐冲击力和耐拉伸能力,进而增强了成膜物的弯曲刚度和粘附力,但同时由于滑石粉不能和硫酸钠产生其他化学反应,于是在高分子聚合物乳液混凝土表面强化剂中加入了滑石粉,进而研究其最佳配比。

3.4成膜物质助剂与消泡器掺量对高分子聚合物混凝土表面强化剂应用效果的影响
研究结果说明:
成膜助剂能显著提高乳胶剂颗粒的黏聚度和流动性,从而增加成膜物质的生长速度;消泡器还能减小泡沫表面张力,从而控制温度并减少气泡形成,增加了乳液的分散性和稳定性。所以建议将成膜助剂和消泡器加入新型高分子合成混凝土表层结语

通过回弹试验研究了丙烯酸酯共聚乳液中加入不同掺量的硫酸钠、滑石粉、成膜助剂和消泡剂等对混凝土表面强度的影响。综上所述在混凝土表面抹高分子聚合物表面增强剂能够提高混凝土的耐久性。

参考文献

[1]刘洋.混凝土表面增强剂[J].江西建材,2014(12):326.

[2]朱燕,孙悦,梅华.高分子聚合物混凝土表面增强剂的配合比研究[J].南通职业大学学报,2021,35(03):95-99.