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(fù)合后對防水砂漿凝結(jié)時間、抗壓、抗折強度、粘結(jié)強度以及抗?jié)B壓力的影響。結(jié)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(guān)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(jìn)步與發(fā)展，一種新型化學(xué)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(yīng)用和發(fā)展，這就是聚合物水泥基復(fù)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(xì)孔、裂縫中，對縫隙進(jìn)行堵塞，乳液凝聚時產(chǎn)生的細(xì)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(jié)力的膜,并堵塞砂漿內(nèi)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(shù)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)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(guān)心的問題。研究表明^[2]，將一些無機填料摻入聚合物中對復(fù)合材料的各項性能會有進(jìn)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(hù)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(fù)合，研究其對防水砂漿凝結(jié)時間、抗壓、抗折強度、粘結(jié)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(nèi)容

　　1.1 原材料

　　（1）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(xì)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(xué)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。

　?。?）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)。

　　（10）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J(rèn)C/T 984-2005《聚合物水泥防水砂漿》規(guī)定進(jìn)行。主要內(nèi)容如下：

　　1）將原礦納米凹土分別以水泥質(zhì)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(jié)強度抗?jié)B性和耐久性等性能的影響。

　　2）試驗結(jié)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(fù)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(fù)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(jié)果

　　無機填料對聚合物防水砂漿性能影響的試驗結(jié)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(jié)果

　　表5  無機填料對聚合物防水砂漿耐久性影響的試驗結(jié)果

　　2.2 試驗分析

　　2.2.1 無機填料對聚合物防水砂漿凝結(jié)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(jié)時間的要求。聚合物摻量逐漸增大時，砂漿凝結(jié)時間有加快傾向，這可能由于聚合物對水泥有加速凝結(jié)作用。納米凹土和沸石對聚合物防水砂漿的凝結(jié)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(dāng)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(fù)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(dá)到最大。且第5組和第6組防水砂漿的抗壓強度達(dá)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(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定不小于8.0 MPa的要求?？梢?0%沸石與4%聚合物復(fù)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(dá)標(biāo)。這個還是納米凹土在砂漿中未充分分散的原因。當(dāng)沸石與納米凹土同時與聚合物復(fù)合時對防水砂漿的強度并無提高，反而有降低效果。應(yīng)該是因為沸石的多孔性結(jié)構(gòu)被超細(xì)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(jié)合的牢固程度所制約。兩者在界面上的親和性越好，結(jié)合力愈大，增強作用就越明顯。在許多情況下，這種結(jié)合力可采用一定的化學(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)《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(biāo)就是本次標(biāo)準(zhǔn)修訂的主要內(nèi)容之一。

　　2.2.3 無機填料對聚合物防水砂漿粘結(jié)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(jié)強度在聚合物摻量4%時出現(xiàn)峰值，故接下來的粘結(jié)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(jié)強度（MPa）

　　粘結(jié)強度整體不夠高，未達(dá)到JC/T 984-2005的要求（7d粘結(jié)強度達(dá)到1.0 MPa以上，28 d粘結(jié)強度達(dá)到1.2 MPa以上）。由圖3可以看出，第5組砂漿的粘結(jié)強度達(dá)到最大值，說明單摻8%沸石對聚合物防水砂漿的粘結(jié)強度改善效果最佳。因為沸石礦物形成多孔格架狀構(gòu)造 ,晶格內(nèi)部有大量彼此連通的空腔與管道,與聚合物復(fù)合后改善了硬化后砂漿的微觀結(jié)構(gòu)，從而提高了砂漿的粘結(jié)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(jié)強度明顯降低了，這是因為超細(xì)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(jié)構(gòu)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(dá)到1.0MPa以上，28d抗?jié)B壓力達(dá)到1.5 MPa以上。試驗結(jié)果表明，8組防水砂漿的7d抗?jié)B壓力均達(dá)到要求，2、3、4、5、6組防水砂漿的28d抗?jié)B壓力達(dá)標(biāo)。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(dá)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(jié)構(gòu),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(xué)性質(zhì)。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(yīng),使其轉(zhuǎn)化為CSH凝膠和鋁酸鹽。與聚合物復(fù)合后，填充了砂漿內(nèi)部的毛細(xì)孔，降低了砂漿的孔隙率，并使得砂漿內(nèi)部孔隙更加細(xì)小化，硬化后砂漿的微觀結(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)論

　?。?）無機填料對聚合物防水砂漿的凝結(jié)時間影響不明顯。

　?。?）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(dá)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。

　　（3）摻入無機填料的聚合物防水砂漿的粘結(jié)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(jié)強度達(dá)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(dāng)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(fù)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(fù)合后對聚合防水砂漿的改善性能不明顯。

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