無機填料對聚合物防水砂漿性能的影響研究

　　摘要：研究了納米凹土、沸石與聚合物以一定配比復合后對防水砂漿凝結時間、抗壓、抗折強度、粘結強度以及抗?jié)B壓力的影響。結果表明，單摻沸石8%、10%時對聚合物防水砂漿的性能改善效果最佳。

　　關鍵詞：聚合物；納米凹土；沸石；強度；抗?jié)B

　　0 前言

　　隨著建筑科技的進步與發(fā)展，一種新型化學建材正悄悄的，然而卻又以飛快的速度在中國建筑界得到應用和發(fā)展，這就是聚合物水泥基復合材料，其中重要的一類就是聚合物防水砂漿。因為聚合物分子擴散能力強，滲透到基層材料表面的毛細孔、裂縫中，對縫隙進行堵塞，乳液凝聚時產(chǎn)生的細絲能在砂漿和基體之間架橋，形成機械粘接，且聚合物在水泥漿與骨料間形成具有較高粘結力的膜,并堵塞砂漿內的孔隙從而大大改善砂漿的性能^[1]。

　　利用聚合物改性防水砂漿的綜合技術性能較好，發(fā)展前景樂觀。然而，工程中所使用的砂漿往往只能夠滿足某一特定功能的要求，由于這一性能的改善可能導致了其他某些性能的下降。尤其是一些研究實踐中出現(xiàn)強度偏低的問題，且多有不滿足標準的情況。因此，如何提高砂漿的強度性能是許多聚合物防水砂漿研發(fā)人員所關心的問題。研究表明^[2]，將一些無機填料摻入聚合物中對復合材料的各項性能會有進一步的改善和提高。本文在聚合物防水砂漿中摻入無機填料（如凹凸棒土，沸石等）來改善聚合物防水砂漿的性能，主要是改善強度方面。這不但能降低特種砂漿成本、而且有利于保護環(huán)境、節(jié)約資源。

　　針對這些問題，本研究將納米凹土、沸石與聚合物以一定比例復合，研究其對防水砂漿凝結時間、抗壓、抗折強度、粘結強度以及抗?jié)B壓力的影響。為廣大聚合物防水砂漿研發(fā)人員提供數(shù)據(jù)參考。

　　1 原材料及試驗內容

　　1.1 原材料

　?。?）水泥: 浙江芽芽水泥實業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的PⅡ42.5R硅酸鹽水泥，水泥性能數(shù)據(jù)如表1所示。

　　（2）砂:中砂，產(chǎn)地為長江德清，細度模數(shù)為2.40，堆積密度為1580kg/m³,表觀密度為2610kg/m³,含泥量為2.0%。

　?。?）粉煤灰:Ⅱ級粉煤灰，嘉興買賣通貿(mào)易有限公司提供。

　?。?）纖維素醚：羥丙基甲基纖維素醚(HPMC)，四川某化工廠生產(chǎn)的HK-75000S。

　?。?）凹土：由江蘇盱眙某公司生產(chǎn)。納米凹土系東南大學土木工程材料重點實驗室制備，微觀形態(tài)見圖1

　　圖1 納米凹土的SEM圖片

　?。?）減水劑：江蘇某公司生產(chǎn)的JM-B萘系高效減水劑。

　　（7）聚合物：由嘉興某公司提供。

　?。?）沸石：由浙江縉云沸石公司提供。

　?。?）消泡劑（E）：蘇州某公司生產(chǎn)。

　?。?0）水：自來水

　　1.2 試驗方法

　　聚合物防水砂漿配合比見表3。聚合物防水砂漿的性能試驗均按照JC/T 984-2005《聚合物水泥防水砂漿》規(guī)定進行。主要內容如下：

　　1）將原礦納米凹土分別以水泥質量的3%、4%、5%摻入聚合物防水砂漿中，并研究不同摻量納米凹土對聚合物防水砂漿抗壓強度、抗折強度、粘結強度抗?jié)B性和耐久性等性能的影響。

　　2）試驗結果表明聚合物摻量4%時防水砂漿性能改善最佳，故將4%的聚合物分別與2%的納米凹土^[3]， 8%、10%、12%的沸石[4]復合，研究它們對聚合物砂漿的改性效果。

　　3）將4%聚合物、2%納米凹土和10%沸石粉復合，研究聚合物防水砂漿的各性能改善效果。

　表3 無機填料對聚合物防水砂漿性能影響的試驗配合比

　　2 無機填料對防水砂漿性能的影響

　　2.1 試驗結果

　　無機填料對聚合物防水砂漿性能影響的試驗結果見表4和表5。

　　表4 無機填料對聚合物防水砂漿性能影響的試驗結果

　　表5  無機填料對聚合物防水砂漿耐久性影響的試驗結果

　　2.2 試驗分析

　　2.2.1 無機填料對聚合物防水砂漿凝結時間的影響

　　由表4可以看出，8組防水砂漿初凝時間均大于45 min，終凝時間均小于12 h，滿足JC/T 984-2005對凝結時間的要求。聚合物摻量逐漸增大時，砂漿凝結時間有加快傾向，這可能由于聚合物對水泥有加速凝結作用。納米凹土和沸石對聚合物防水砂漿的凝結時間影響不明顯。

圖2 不同無機填料摻量的聚合物防水砂漿強度（MPa）

　　2.2.2 無機填料對聚合物防水砂漿強度的影響

　　由表4可知，當聚合物摻量為4%時，防水砂漿的抗壓和抗折強度明顯大于聚合物摻量為3%和5%時的強度。故無機填料與聚合物復合的試驗中聚合物的摻量選擇4%。

　　在圖2中，比較第5、6、7組數(shù)據(jù)，可以看出隨著沸石摻量的增加，聚合物防水砂漿的抗壓和抗折強度均有增加，在沸石摻入10%時，抗壓和抗折強度均達到最大。且第5組和第6組防水砂漿的抗壓強度達到了JC/T 984-2005中抗壓強度不小于24 MPa的要求，而抗折強度均未達到標準中規(guī)定不小于8.0 MPa的要求。可見10%沸石與4%聚合物復合對防水砂漿的強度有較好的改善作用。

　　同時可以看出，第4、8組防水砂漿的抗壓、抗折強度均不達標。這個還是納米凹土在砂漿中未充分分散的原因。當沸石與納米凹土同時與聚合物復合時對防水砂漿的強度并無提高，反而有降低效果。應該是因為沸石的多孔性結構被超細的納米凹土填充一些，失去了兩者本來擁有的作用，起到了相反的效果。

　　由于無機填料增強的效果受到粒子和分子鏈間結合的牢固程度所制約。兩者在界面上的親和性越好，結合力愈大，增強作用就越明顯。在許多情況下，這種結合力可采用一定的化學處理方法或加入偶聯(lián)劑加以強化，甚至使惰性填料變?yōu)榛钚蕴盍?sup>[5]。本研究尚未采取這種措施，這也是強度整體偏低的一個原因。

　　由表4可知，8組防水砂漿的壓折比均不滿足標準JC/T 984-2005中規(guī)定的小于3的要求，對于這個問題，西北建筑網(wǎng)有報道：國家發(fā)改委辦公廳發(fā)改辦工業(yè)[2008]1242號文中將國家行業(yè)標準《聚合物水泥防水砂漿》（JC/T 984-2005）列入了修訂計劃。去掉壓折比指標就是本次標準修訂的主要內容之一。

　　2.2.3 無機填料對聚合物防水砂漿粘結強度的影響

　　由表4可以看出，隨著聚合物摻量的增加，防水砂漿粘結強度在聚合物摻量4%時出現(xiàn)峰值，故接下來的粘結強度試驗中聚合物的摻量選擇4%。

　　圖3  不同無機填料摻量的聚合物防水砂漿粘結強度（MPa）

　　粘結強度整體不夠高，未達到JC/T 984-2005的要求（7d粘結強度達到1.0 MPa以上，28 d粘結強度達到1.2 MPa以上）。由圖3可以看出，第5組砂漿的粘結強度達到最大值，說明單摻8%沸石對聚合物防水砂漿的粘結強度改善效果最佳。因為沸石礦物形成多孔格架狀構造 ,晶格內部有大量彼此連通的空腔與管道,與聚合物復合后改善了硬化后砂漿的微觀結構，從而提高了砂漿的粘結強度。

　　比較表5中第2和8組可以明顯的看出，雙摻納米凹土和沸石后，聚合物防水砂漿的粘結強度明顯降低了，這是因為超細顆粒的納米凹土沒有發(fā)揮到自身優(yōu)勢反而對沸石的多孔性結構有一定反面作用，起到了相反的效果。

　　2.2.4 無機填料對聚合物防水砂漿抗?jié)B性的影響

　　JC/T 984-2005要求聚合物防水砂漿7d抗?jié)B壓力達到1.0MPa以上，28d抗?jié)B壓力達到1.5 MPa以上。試驗結果表明，8組防水砂漿的7d抗?jié)B壓力均達到要求，2、3、4、5、6組防水砂漿的28d抗?jié)B壓力達標。為了探明沸石摻量對聚合物防水砂漿抗?jié)B性的影響，在抗?jié)B壓力達到1.6 MPa后取出試件，沿圓臺體試件中心軸垂直劈開，量得10點的滲水高度，并取其平均值，用平均滲水高度（見表5）比較抗?jié)B性。從測得的滲水高度來看，沸石摻量為10%時滲水高度較低，也就是抗?jié)B性較好。

　　總的看來，單摻沸石粉比單產(chǎn)納米凹土對聚合物防水砂漿的改善效果好。由于沸石具有特殊的格架狀晶體結構,決定了它具有吸附性、離子交換性和較高的火山灰活性等物理化學性質。沸石粉的活性是因活性成分SiO2和Al2O3 與水泥化過程中釋放的CH發(fā)生反應,使其轉化為CSH凝膠和鋁酸鹽。與聚合物復合后，填充了砂漿內部的毛細孔，降低了砂漿的孔隙率，并使得砂漿內部孔隙更加細小化，硬化后砂漿的微觀結構得以改善，從而提高防水砂漿的抗?jié)B性。而雙摻凹土與沸石對防水砂漿的抗?jié)B性幾乎沒有改善效果。

　　2.2.5 無機填料對聚合物防水砂漿耐久性的影響

　　表5中的試驗結果表明，8組聚合物防水砂漿砂漿的耐熱性、耐堿性和抗凍性均滿足JC/T 984-2005規(guī)定要求。說明無機填料對聚合物防水砂漿沒有不利的影響。

　　4 結論

　　（1）無機填料對聚合物防水砂漿的凝結時間影響不明顯。

　　（2）隨著沸石摻量的增加，聚合物防水砂漿的抗壓和抗折強度均有增加，在沸石摻量為10%時，砂漿抗壓和抗折強度均達到最大。壓折比也較小，柔性較佳。納米凹土對聚合物防水砂漿的強度改善效果不明顯。

　?。?）摻入無機填料的聚合物防水砂漿的粘結強度提高幅度不大。沸石摻量為8%時，聚合物防水砂漿的粘結強度達到一個峰值。

　　(4) 單摻沸石粉比單產(chǎn)納米凹土對聚合物防水砂漿的改善效果好。當單摻沸石10%時，滲水高度最低，也就是抗?jié)B性最好。

　　(5) 8組試件經(jīng)過耐熱、耐堿、抗凍性試驗均未發(fā)生開裂、剝落。說明無機填料對聚合物防水砂漿沒有不利的影響。

　　目前尚未有聚合物與沸石復合方面的研究報道，通過本研究可以得出，沸石對聚合物防水砂漿的強度、抗?jié)B性有一定改善作用，但是，沸石與納米凹土復合后對聚合防水砂漿的改善性能不明顯。

　　參考文獻

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