全国中文核心期刊中国科技核心期刊醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳胶粉对水泥基 灌浆料力学性能的影响
李伟，郑春扬，邵楷模，吉飞，王可汗
(江苏奥莱特新材料股份有限公司，江苏南京210009)
摘要：利用X射线衍射、差热-热重分析、压汞等测试手段，从水泥水化程度以及水泥石微观孔结构分析了醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳胶粉对水泥基灌浆料力学性能的影响。结果表明：醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳胶粉掺入到水泥基灌浆料当中，灌浆料的抗压和抗折强度逐渐降低，且随着其掺量的增加，强度降低更明显；当乳胶粉掺量为5%时，1、3、28d抗压强度较未掺乳胶粉的基准组分别降低 了27.3%、26.6%、20.5%,1、3、28d抗折强度较基准组分别降低了28.1%、17.6%、10.4%。 关键词：灌浆料；醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳胶粉；力学性能；微观分析
中图分类号:TU528.042文献标识码:A文章编号：1001-702X(2021)04-0111-04
Impact of re-dispersible vinyl acetate/ethylene copolymer powder on mechanical properties of
cement-based grouting material
LI Wei,ZHENG Chunyang,SHA O Kaimo,JI Fei,WANG Kehan
(AIRT New Materials Co.Ltd,Nanjing210009,China)
Abstract:The effect of re-dispersible vinyl acetate/ethylene copolymer powder on the mechanical properties of cement-based grouting material was analyzed by studying the cement hydration degree and the cement stone pore structure using X-ray diffraction,differential scanning calorimetry-thermogravimetirc analysis and mercury intrusion porosimetry analysis.The results showed that when the re-dispersible vinyl acetate/ethylene poly powders are added into cement-based grouting materials,the compressive and flexural strength of the grouting material gradually decreases,and with the increase of its content,the strength decreases more obviously.When the content of powder is5%,compared with the reference mortar,the compressive strength of1d,3d,28d was reduced by27.3%,26.6%,20.5%,and the1d,3d and28d flexural strength was reduced by28.1%,17.6%,10.4%,respectively.
Key words:grouting material,re-dispersible vinyl acetate/ethylene polymer powders,mechanical properties,micro analysis
0引言
醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳胶粉作为一种新型的聚合物材料在水泥砂浆中的应用己经较为广泛，加水后可形成坚韧、致密的薄膜，与水泥水化产物、骨料形成连续相，从而使改性的水泥基材料具有粘结强度高、抗裂、抗渗性能好、抗压弹性模量低、干缩变形小、耐磨抗腐蚀等优点。国内很多学者均对乳胶粉应用进行了研究［1-9］：李文杰等“啲研究发现，掺入一定量的可再分散乳胶粉有助于提高高强自流平砂浆的稳定性、抗
收稿日期：2020-06-23；修订日期：2021-03-10
作者简介：李伟，男，1987年生，硕士，工程师，主要从事砂浆、混凝土以及外加剂应用研究。地址：南京市六合区中山科技园汇鑫路22号, E-mail:**************。折强度，起到增强增韧效果；胡玉叶等［2啲研究发现，掺加可再分散乳胶粉的水泥基自流平砂浆具有快凝、早强、自流平性好、物理力学性能优等特点。然而，笔者通过试验发现，掺入乳胶粉的灌浆料，尽管砂浆和易性得到极大的改善，但砂浆的早期和后期强度出现了一定程度的降低。本文从水泥水化程度以及水泥石微观孔结构2个方面研究了可分散乳胶粉对水泥基灌浆料力学性能的影响。
1试验
1.1原材料
水泥：句容台水泥有限公司生产的P-O42.5水泥，比表面积为360m2/kg；集料：采用40耀70目石英砂和400目重钙粉；乳胶粉：醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳胶粉，固含量(99±1)%，白粉末,400滋m筛余不超过4%，最低成膜温度为0益；早强剂:
李伟，等：醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳胶粉对水泥基灌浆料力学性能的影响
工业级,Ca（HCOO）含量为98%，苏州东阳化工有限公司；减
水剂:ART-JR型聚羧酸系减水剂，江苏奥莱特新材料股份有
限公司，固含量97%，减水率32%；有机硅消泡剂：德国明凌化工公司AGITAN P823；增稠剂：甲基羟乙基纤维素醚，黏度3400~4600mPa・s，阿克苏诺贝尔公司Bermocoll BCM107。1.2样品制备
水泥基灌浆料的配合比见表1。
表1水泥基灌浆料的配合比
乳胶粉___________________材料用量/g
掺量/%水泥砂重钙粉乳胶粉早强剂减水剂消泡剂增稠剂06809002040 6.8 6.860.204 1680900204 6.8 6.8 6.860.204 368090020420.4 6.8 6.860.204 568090020434.0 6.8 6.860.204 768090020447.6 6.8 6.860.204 968090020461.2 6.8 6.860.204
将原材料按照表1中的比例称好，用砂浆搅拌机将干粉搅拌30s，加入部分水慢搅90s，使其成黏稠状，之后快速搅拌60s，再慢搅拌60s，同时加入剩余水。采用尺寸40mmx40 mmx160mm的三联模成型试样，砂浆直接流入模具，不必振动。带模标准养护24h，脱模后试件标准养护至1、3、28d并测试其力学性能和微观孔结构。
将水泥分别与不同掺量的乳胶粉充分混匀，按照水灰比0.4制成净浆。密封后标准养护至1d和3d。将养护至相应龄期的浆体除去表层（逸1mm），破碎后用无水乙醇浸泡24h，真空干燥后，将样品分别磨碎成粉末样品放入干燥器冷却备用。
1.3测试方法
灌浆料的强度参照GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行测试；采用美国Quan
ta Chrome公司的Autoscan-60压汞仪对成型试件的微观孔结构进行测试；采用Rigaku D/max2550型X射线衍射仪观察水化产物的衍射图谱；采用德国NETZSCH公司的STA449F3综合热分析仪进行差热和热重分析。
安昌浩
2结果与讨论
2.1乳胶粉掺量对灌浆料强度的影响（见图1）
从图1可以看出随着乳胶粉掺量的增加水泥基灌浆料的1.3.28d抗压和抗折强度均逐渐降低；且随着乳胶粉掺量的增加，强度降低更为明显。当乳胶粉掺量为5%时,1、3、28d 抗压强度较未掺乳胶粉的基准组分别降低了27.3%、26.6%、20.5%,1、3、28d抗折强度较基准组分别降低了28.1%、17.6%、
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图1乳胶粉掺量对灌浆料强度的影响
10.4%。从强度角度考虑，建议乳胶粉掺量不超过3%。
2.2水泥浆的水化程度
2.2.1XRD分析
图2为水化1d和3d时不同掺量乳胶粉水泥浆体在2兹为17。耀19。的步进扫描XRD图谱。
图2不同掺量乳胶粉水泥浆体在2兹=17。耀19。的XRD图谱
李伟，等：醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳胶粉对水泥基灌浆料力学性能的影响
图2中18。附近出现的是水化产物Ca(OH)的(001)晶
面特征衍射峰，可以看出，随着乳胶粉掺量的增加，水化产物
Ca(OH)的(001)晶面特征衍射峰强度降低，利用“MDI Jade
6.5”软件可以将特征衍射峰的降低程度进行积分，得到水化
产物Ca(OH)(001)晶面衍射峰的间距、半峰宽、最大强度、积
分强度结果见表2。
表2不同掺量乳胶粉水泥浆体中Ca(OH)的(001)晶面
XRD特征衍射峰积分结果
龄期/d 乳胶粉
掺量/%
晶面
间距/nm
半峰宽
/(。/
衍射峰
最大强度
衍射峰衍射峰
积分强度积分强度比
00.49190.12524820182816 1.00
150.49240.114154*********.56
90.49140.0998361487550.27
00.49190.11728167194148 1.00
350.49130.138188341532210.79
90.49200.109186521201250.62
由表2可见，随着养护龄期的延长,Ca(OH)生成量逐渐增多；在同样养护龄期时，随着乳胶粉掺量的增加,Ca(OH)生成量逐渐减少。养护1、3d,5%掺量和9%掺量乳胶粉改性水泥浆体中Ca(OH)的生成量均比未改性水泥浆体要少。这说明了乳胶粉的掺加延缓了水泥的早期水化，且随着龄期的延长这一作用逐渐减弱。
图3为水化1d和3d时不同掺量乳胶粉水泥浆体在2兹为51。~53。的步进扫描XRD图谱，其中,51.7。附近出现的是C3S 的(220)晶面特征衍射峰，对其进行积分，结果如表3所示。
特征衍射峰积分结果
表3不同掺量乳胶粉的水泥浆体中C3S的(220)晶面XRD
龄期
/d
乳胶粉
掺量/%
晶面
间距/nm
半峰宽
/(。/
衍射峰天眼第三卷
最大强度
衍射峰衍射峰
积分强度积分强度比
0 1.76780.4135118124430 1.00
15 1.76730.4065477130811 1.05
9 1.76790.3596364134551 1.08
0 1.76790.353439391330 1.00
35 1.76780.399442999246 1.09
9 1.76730.4065477130811 1.43
由表3可以看出：不同水化龄期，掺乳胶粉的浆体C3S峰强度高于未掺乳胶粉的，与Ca(OH)生成量的变化趋势相反。
2.2.2DSC-TG分析(见图4)
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图3不同掺量乳胶粉水泥浆体在2兹=51。~53。的XRD图谱
图4不同掺量乳胶粉样品水化3d的DSC-TG曲线
由图4可以看出：在100益左右的吸热峰是钙矶石或水化硅酸钙脱水吸热峰,DSC-TG结果均显示此温度范围内，掺乳胶粉的样品质量损失小于不掺乳胶粉的，且随着乳胶粉掺量的增加，质量损失更大，这说明掺乳胶粉时生成的CSH凝胶和AFt要少于不掺乳胶粉的。在400益左右的吸热峰是Ca(OH)/的分解，可以看出，未掺乳胶粉的生成Ca(OH)量要比掺乳胶粉的多。这与XRD测试结果相同。可以得出，掺乳胶粉减缓了水泥的水化从而降低了早期强度。
2.3孔结构分析(见图5和表4)
由图5和表4可以看出，掺乳胶粉的灌浆料总孔隙率和有害孔的百分比比不掺的高且随着乳胶粉掺量的增加作用更明显。这是由于乳胶粉加入到灌浆料中由于界面作用随
格兰杰因果关系李伟，等：醋酸乙烯酯/乙烯共聚乳胶粉对水泥基灌浆料力学性能的影响
着搅拌的进行更容易引入大量气泡，导致强度降低
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图5不同乳胶粉掺量浆体的孔结构 表4不同乳胶粉掺量浆体的特征孔径
乳胶粉掺量 /%
总孔隙率
/%孔径分布/%
<50 nm
50~100 nm
>100 nm 0 5.21
20.8411.47
67.695 6.7618.779.6171.629
8.04
11.13
7.70
81.17
3结论
(1) 随着乳胶粉掺量的增加，水泥基灌浆料的l 、3、28d
抗压和抗折强度均逐渐降低。 乳胶粉掺量的增加对水泥基灌 浆料的强度发展不利。
(2) 微观分析表明，乳胶粉的掺入延缓了水泥早期的水 化，且会引入大量气泡，导致水泥基灌浆料早期和后期强度降
低，建议乳胶粉掺量不要超过3%，否则会对水泥基灌浆料的 力学性能产生不利的影响。
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