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早强剂对修补砂浆力学性能的影响

来源:职称阁分类:建筑论文 时间:2019-11-15 10:51热度:

  高性能修补砂浆能够较好地弥补由环境侵蚀引起的混凝土结构表面破坏、保护层脱落及钢筋外露等缺陷。为研制高性能修补砂浆,首先加入甲酸钙和乙酸钙两种早强剂来提高普通硅酸盐水泥砂浆的早期抗折强度和抗压强度,并探究了聚合物掺量对其黏结强度的影响。结果表明,两种早强剂的最佳掺量分别为1%和0.5%,聚合物的最佳掺量为10%。

早强剂对修补砂浆力学性能的影响

  关键词:早强剂;修补砂浆;聚合物;黏结强度

  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。

  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%。

  作者:马建斌 单位:重庆水利电力职业技术学院

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文章名称:早强剂对修补砂浆力学性能的影响

文章地址:http://www.zhichengg.com/jzlw/14229.html

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