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早强剂对修补砂浆力学性能的影响

时间:2020-03-21 02:51:32 所属分类:建筑科学 浏览量:

波特兰水泥发明于1824年,至今已有近200年的历史。因混凝土具有坚固、价廉、耐久等优点,使其在大体积结构方面深受欢迎[1]。随着混凝土材料生产技术及科研水平的快速发展和不断提高,混凝土的应用范围也越来越广泛,混凝土具有原材料广泛、易于施工、适应性

  波特兰水泥发明于1824年,至今已有近200年的历史。因混凝土具有坚固、价廉、耐久等优点,使其在大体积结构方面深受欢迎[1]。随着混凝土材料生产技术及科研水平的快速发展和不断提高,混凝土的应用范围也越来越广泛,混凝土具有原材料广泛、易于施工、适应性强、耐久性好等其他材料无法企及的优点。混凝土发展的同时,环境也是在千变万化,恶劣的环境会对混凝土造成严重的损伤和破坏,如:表面损伤、保护层脱落和钢筋外露[2-3]。如何避免因混凝土保护层损伤造成结构破坏,只需用少量砂浆进行修补防护就可继续使用而不是拆除重建,将会更有利于混凝土的广泛使用[4]。作为修补砂浆,快凝快硬是人们追求的目标,也是这个目标要求使硫铝酸盐水泥在修补行业取得了快速的发展[5]。但是,又考虑到硅酸盐水泥在实际工程中的应用远多于硫铝酸盐水泥,作为修补材料在特殊情况下会被要求与基底材料保持一致[6-8]。因此,硅酸盐水泥修补砂浆的研究也具有非常重要的意义。针对普通硅酸盐水泥砂浆早期强度低的这一缺点,本文主要研究早期抗折强度高、抗压强度高、黏结强度高的优良修补砂浆。首先以普通硅酸盐水泥砂浆为基础,通过加入早强剂提高早期强度,然后加入聚合物提高其黏结强度。研制一种高性能聚合物修补砂浆,将其用于结构修补防护,实现结构修复与长效防腐综合效果。

早强剂对修补砂浆力学性能的影响

  1试验

  1.1原材料

  水泥选用山东山水水泥集团生产的P·O42.5级水泥,其物理力学性能指标见表1。细骨料(砂)选用公称直径小于4.75mm的砂,其基本指标和级配见表2、表3,为防止因含泥量过高而影响修补砂浆的强度,在使用前将天然砂进行多次清洗,晾干后备用。试验用水取自当地自来水,试验时保证水温在(20±2)℃。减水剂选用减水率为30%的高效聚羧酸减水剂。为使混凝土、砂浆尽快地投入使用,常通过掺加无机类盐来提高混凝土和砂浆的早期强度,加快其硬化速度,缩短其凝结时间,避免低温环境下凝结速度太慢[9],试验选用的无机类盐的各项指标见表4。聚合物选择可再分散性乳胶粉,其性能指标见表5。

  1.2配合比设计

  甲酸钙(POJ)、乙酸钙(POY)掺量均为0、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%,减水剂掺量为1.0%,试验配合比见表6。依据表6成型试件,然后标准养护至1d、3d、7d、14d和28d后,分别进行抗折强度、抗压强度测试,并对早强剂的效果进行分析。

  2结果与分析

  2.1甲酸钙对强度的影响

  甲酸钙对砂浆抗折、抗压强度的影响见图1和图2。从图1可以看出,ft随着甲酸钙掺量的增加都呈现先增长后下降的趋势。从1d的抗折强度曲线可以看出,甲酸钙掺量从0增加到1.0%时,ft逐渐上升;甲酸钙掺量从1.0%增加到1.5%时,ft基本不变;甲酸钙掺量从1.5%增加到2.0%时,ft大幅度下降,说明在1.0%到1.5%范围内存在一个最佳掺量。3d的抗折强度曲线在甲酸钙掺量从0增加到1.0%时,变化趋势最为陡峭,说明适量的甲酸钙对3d抗折强度有较大提高,峰值强度为7.1MPa;当掺量再从1.0%增加到1.5%时,ft开始有略微的降低,变化趋势减缓;当甲酸钙掺量在1.5%到2.0%范围内时,ft大幅度下降。7d抗折强度曲线同3d的抗折强度曲线类似,只是曲线变化率较缓。从图2中的1d抗压强度曲线可以看出,随着甲酸钙掺量增加,fc呈现先上升后下降的趋势。当甲酸钙掺量为1.0%时,fc达到31.6MPa,相比于空白组,增大了近一倍。观察3d和7d抗压强度曲线发现,在甲酸钙掺量为0.5%到1.0%范围内,3d、7d和14d的抗压强度曲线基本保持稳定的变化趋势,甲酸钙掺量大于1.0%时,fc开始出现下降趋势。从28d抗压强度曲线可以看出,甲酸钙对28d抗压强度没有太大增强作用,反而是掺量大于1.0%时强度降低明显。综上所述,甲酸钙掺量在0到1.0%时,其对水泥砂浆强度具有增强作用,当甲酸钙掺量大于1.0%时,早期强度不增反降。因此,最终确定甲酸钙的掺量为1.0%。

  2.2乙酸钙对强度的影响

  乙酸钙对砂浆抗折、抗压强度的影响见图3和图4。从图3和图4可知,乙酸钙对砂浆1d、3d、7d、14d和28d的抗折、抗压强度有一定的提高作用。从图3可以看出,随着乙酸钙掺量的增加1d抗折强度先增大后减小,并在掺量为0.5%时达到最大值5.9MPa,说明0.5%为乙酸钙的最佳掺量。观察3d、7d和14d的抗折强度曲线可以发现,当乙酸钙掺量达到0.5%时,ft达到最大值,掺量大于0.5%时,ft逐渐减小,说明掺量大于0.5%以后,继续增大掺量并没有发挥更佳的效果。28d的抗折强度曲线表明,乙酸钙掺量对抗折强度无太大作用,且当掺量大于0.5%时,抗折强度不增反降。从图4可以看出,随着乙酸钙掺量的增加,1d、3d和7d的抗压强度都呈现先上升后下降的趋势。从1d、3d和7d的抗压强度曲线可以看出,乙酸钙掺量从0增加到0.5%的过程中,fc稳步增长,在0.5%到1.0%过程中,fc基本稳定,在1.0%到2.0%过程中,fc逐渐降低。从14d和28d的抗压强度曲线可以看出,乙酸钙对14d和28d抗压强度影响趋势基本上一致,在掺量为0到1%范围内,曲线波动较小,说明少量的乙酸钙对后期抗压强度影响不大,且当掺量太大时,效果相反。加入乙酸钙,乙酸钙与游离Ca(OH)2反应生成石膏和NaOH,能够促进水化硫铝酸钙的生成,同时促进水泥的凝结和硬化,加速水泥中C3S的水化,从而提高水泥砂浆的初期强度[10-12]。研究发现,乙酸钙掺量在0到0.5%时,其对水泥砂浆的强度具有增强作用,但是,当乙酸钙掺量大于0.5%时,抗折强度和抗压强度曲线基本上保持不变,甚至下降。因此,选择0.5%为乙酸钙的最佳掺量。

  2.3早强剂和聚合物对黏结强度的影响

  根据上述研究,确定甲酸钙和乙酸钙的最佳掺量分别为:1.0%和0.5%。在掺加1.0%甲酸钙和0.5%乙酸钙的砂浆中,分别加入掺量为0、5%、10%和15%的聚合物来研究聚合物砂浆的黏结强度。试验配比及黏结强度结果见表7。从表7可以看出,不掺加早强剂和聚合物的空白组FC00的黏结强度为1.21MPa,已基本满足修补材料黏结强度的要求,随着聚合物掺量的增大,黏结强度呈现逐渐增大的趋势。对比加入甲酸钙和乙酸钙两种早强剂的黏结强度可以看出,FCJ0和FCY0两组的黏结强度分别为1.24MPa和1.22MPa,与FC00接近,基本都满足要求;当复掺聚合物时,黏结强度同样是大幅度增长。同时可以看出,不管是否掺加早强剂,当聚合物掺量达到10%时,随着聚合物掺量的增加,黏结强度增加幅度不明显。考虑到修补工程对黏结强度的要求和实际工程意义,最终选取聚合物掺量为10%。

  3结论

  (1)甲酸钙掺量在0到1.0%范围内时,其对水泥砂浆的早期抗折、抗压强度有一定的提高作用;当甲酸钙掺量大于1.0%时,强度不再增加,反而出现大幅降低的现象。说明在修补砂浆中,甲酸钙掺量为1.0%时为最佳。(2)乙酸钙掺量在0到0.5%范围内时,其对水泥砂浆的抗折、抗压强度具有增强作用,但是,当乙酸钙掺量大于0.5%时,抗折强度和抗压强度曲线基本上保持不变,甚至下降,因此,选择0.5%为乙酸钙的最佳掺量。(3)掺加早强剂和聚合物后,砂浆的黏结强度最高分别达到2.36MPa、2.32MPa,均高于空白组,并能满足黏结强度规范的要求。但是,考虑到当聚合物掺量大于10%时,随着聚合物掺量的增大,黏结强度增加不明显,聚合物最佳掺量为10%。

  《早强剂对修补砂浆力学性能的影响》来源:《混凝土与水泥制品》,作者:马建斌

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