聚合物对防水干粉砂浆性能的影响
0 前言
防水干粉砂浆, 是以水泥、填料为主要组成材料的防水材料。通过掺加聚合物、外加剂、掺合料或特种水泥拌制的干粉砂浆, 形成具有防水功能的涂料或涂层[1]。要使防水干粉砂浆具有更优异的性能, 对砂浆进行改性势在必行。改性的一个主要途径就是往普通砂浆中添加聚合物[2]。本文就聚合物改性防水干粉砂浆的性能进行研究, 以求开发出高分子聚合物和无机材料的有机结合配置出具有较高性能的复合材料。
1 主要试验原料
( 1) 水泥: 试验所用水泥为坚固水泥厂生产的42.5 级水泥。其化学组成如表1。
( 3) 可再分散性乳胶粉: 试验中采用EVA 型可分散性聚合物。其性质见表3。
( 4) 聚丙烯酸酯乳液: 试验中的聚丙烯酸酯乳液采用单体预乳化法, 聚合温度控制在80~90℃, 反应完成后调节pH 为8~9, 所得产物为乳白并呈珠光色乳液, 粘度为0.15Pa·s, 未聚合单体含量小于1.0%, 理论计算其最低成膜温度为- 3.0℃, 稳定期大于180d。
此外, 还加有FDN 减水剂和UEA 膨胀剂。
2 试验方法
利用理论力学、流体力学、物理化学等知识来研究防水砂浆的各种性能。按照JGJ 70- 90《建筑砂浆基本性能试验方法》和GB/T 17671- 1999《水泥胶砂强度检验方法( ISO) 法》进行试验。基准砂浆的水泥与砂的质量比为1∶2.5, 添加不同量的聚合物, 对砂浆性能的进行测试、分析, 从而总结出聚合物对砂浆改性的效果及机理[3]。
3 试验结果及分析
3.1 不同可再分散性乳胶粉掺量对砂浆性能的影响
在水灰比和聚丙烯酸酯的加入量不变的前提下, 改变可再分散性乳胶粉的加入量, 可明显看出砂浆性能的变化。( 图1~5) 。
随着可再分散性乳胶粉量的增加, 砂浆的稠度值先增大,后减小, 这是因为聚合物乳胶粉为粉末状聚合物, 入水溶解, 分子量很大, 粘度也很大, 导致砂浆的粘聚性增加, 流动性下降,稠度增大。但砂浆的分层度变化不大, 保证了砂浆的和易性和施工性能。理论上讲, 可再分散性乳胶粉的加入量, 对强度的影响不大。但本试验中由于加入了聚丙烯酸酯, 使得砂浆的强度发生了如下变化: 砂浆的抗压、抗折和粘结强度都随乳胶粉的加入量的增加, 得到了不同程度的提高。试验结果还可以看出,可再分散性乳胶粉掺量的变化对砂浆的抗渗性能影响不大, 都能满足砂浆防水的要求。
3.2 不同聚丙烯酸酯乳液掺量对砂浆性能的影响
由试验数据( 图6~10) 可知, 掺入聚合物乳液后, 砂浆的稠度随聚合物量的增加而增大; 抗折强度、粘结强度都有不同程度的提高, 但抗压强度却随聚合物的掺量增加而减小。造成抗压强度下降的原因是, 聚合物乳液在水泥水化产物中聚合后,成为水泥砂浆的组成相, 其弹性模量远低于水泥石及骨料的弹性模量。另外, 聚合物水泥砂浆的抗拉强度提高后, 抗压破坏的形式一般为剪切破坏[4]。聚合物因剪切强度低而成为剪切面上的软弱夹层, 降低了抗剪强度, 从而使抗压强度降低。此外, 砂浆的7d 抗折强度增加在聚合物掺量较少时较慢。这种现象可以从浆体中孔的数量和结构上得到解释, 掺入聚合物后, 孔的数量相对减少, 连通性也受到限制, 使水分渗透到砂浆内部的渗透路径延长, 达到吸水和所需的时间相对就会增加, 从而影响砂浆的早期强度。
随着聚合物的掺量增加, 能够提高砂浆的抗渗性。解释如下: 一方面, 由于聚合物胶乳本身的堆积填充作用及封闭成膜作用, 使砂浆硬化体中较大的、连通的孔隙被填充或被连续的聚合物膜封闭, 使砂浆中对抗渗性起不良影响的孔的数量减少, 抗渗性能提高; 另一方面, 聚合物通过自身的有机成分与无机材料之间发生一系列物理化学反应, 在砂浆内形成致密的防水胶结层, 从而起到防水抗渗的作用。
4 机理分析
4.1 可再分散性乳胶粉改性干粉防水砂浆机理分析
干粉砂浆混合料加水搅拌时, 可再分散性乳胶粉颗粒自行分散, 使砂浆组分单独流动。水泥凝结固化的同时, 乳胶粉遇水立即分散乳液, 并聚集于砂浆孔隙中。随干燥过程的进行, 乳液再次脱水, 聚合物在孔隙四周形成了连续的薄膜, 加强了这些薄弱部位[5- 7]。同时乳胶粉对空气产生诱导效应, 使砂浆具有良好的疏水性和透气性和可压缩性, 改善了砂浆的施工和易性( 如图11) 。另外, 柔性聚合物的加入提高了刚性水泥基体的变形能力, 使抗弯强度和粘结强度大大提高。
4.2 聚丙烯酸酯乳液改性干粉防水砂浆机理分析
当聚丙烯酸酯乳液与水泥砂浆一起拌合时, 乳液均匀的分散于水泥浆相中, 由于水泥的水化凝胶逐步形成, 聚合物颗粒部分沉积在水泥凝胶—未水化的水泥颗粒混合物表面。由于水泥凝胶结构的增大导致排水, 聚合物颗粒逐步约束在毛细孔中, 随着水泥的进一步水化, 毛细水减少, 聚合物颗粒絮凝, 形成聚合物颗粒连续密堆积层, 粘结到混合物和砂浆表面的硅酸盐层上。在这种情况下, 混合物中的孔由聚合物颗粒填充。通过水泥水化使水排出, 水泥水化物表面上的密堆积聚合物颗粒聚结成连续膜, 这个膜把水泥水化物粘结在一起形成一个整体网络, 网络中聚合物形成的膜贯穿于整个水泥水化相, 形成具有结构密封性能优良的聚合物水泥砂浆[7(] 如图12) 。
5 结论
通过以上的试验, 得出以下结论:
( 1) 加入适量的聚合物, 可以改善砂浆的施工性能, 提高砂浆的抗折强度, 增大砂浆的粘结力。
( 2) 加入聚丙烯酸酯乳液, 可使水泥砂浆的抗渗性提高。