黃洪財(cái)，桂苗苗，王培新，張賜華

（廈門(mén)市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，廈門(mén) 福建 361100）

潮濕環(huán)境下纖維素醚對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿性能的影響研究

黃洪財(cái)，桂苗苗，王培新，張賜華

（廈門(mén)市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，廈門(mén) 福建 361100）

研究了潮濕環(huán)境下纖維素醚對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的工作性能及物理力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：纖維素醚的摻量、種類(lèi)對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物的稠度有一定的影響；高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物的稠度隨著纖維素醚摻量的增大而減少，隨著纖維素醚粘度的增大而降低。潮濕的水養(yǎng)護(hù)環(huán)境下，纖維素醚的摻量、種類(lèi)對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的強(qiáng)度有影響，高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的抗壓、抗折強(qiáng)度隨著纖維素醚摻量的增大而降低；潮濕的水養(yǎng)護(hù)環(huán)境下，低摻量的范圍內(nèi)，纖維素醚的摻量對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿 28d 的壓折比影響相對(duì)較小，但當(dāng)摻量達(dá)到 0.12% 以后則高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的壓折比會(huì)有所降低，柔韌性有所增強(qiáng)。

纖維素醚；高強(qiáng)；修補(bǔ)砂漿；潮濕環(huán)境

改革開(kāi)放三十多年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)獲得了高速的發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平有了極大的提高，城鎮(zhèn)居住人口由 1978 年的 1.72 億增加到 2013 年的 7.31 億，城鎮(zhèn)化水平也由 1978 年的17.9%增加到了 53.7%[1-2]。隨著城鎮(zhèn)化水平的迅速提高，各地建成了無(wú)數(shù)的大壩、電站、船閘、道路、橋梁等公共建筑，而其中部分建筑建成至今已使用了 30 多年，由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理水平的限制，部分的建筑物出現(xiàn)了裂縫、破損、剝落、結(jié)構(gòu)變形等病害現(xiàn)象，特別是在港口、大壩、船閘、橋墩等潮濕環(huán)境下使用的部位，建筑病害更容易發(fā)生，因而急需使用修補(bǔ)材料進(jìn)行修補(bǔ)[3]。聚合物水泥修補(bǔ)砂漿因自身低成本、高性能的特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在相關(guān)工程的修補(bǔ)、修復(fù)中。纖維素醚作為聚合物水泥修補(bǔ)砂漿的主要改性成分之一，發(fā)揮著重要的作用，也對(duì)工程的修補(bǔ)產(chǎn)生極大的影響[4]。本文通過(guò)研究潮濕環(huán)境下，纖維素醚對(duì)高強(qiáng)聚合物修補(bǔ)砂漿的工作性能及物理力學(xué)性能的影響，探索其相應(yīng)的影響規(guī)律。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥：福建潤(rùn)豐水泥廠生產(chǎn)的 P·O42.5 水泥，其物理性能指標(biāo)見(jiàn)表 1。

表 1 水泥的物理力學(xué)性能

（2）粉煤灰：漳州市后石電廠生產(chǎn)的 Ⅱ 級(jí)粉煤灰，細(xì)度 14.8%，需水量比 97%，燒失量 1.91%。

（3）礦粉：S95 級(jí)礦渣粉，比表面積 410m2/kg，流動(dòng)度比 100%。

（4）無(wú)機(jī)填料：福建省大田縣奮發(fā)環(huán)保材料有限公司提供，粒徑 ＜0.16mm，有增加密實(shí)、減少收縮的作用。

（5）河砂：廈門(mén)海城商貿(mào)有限公司生產(chǎn)，粒徑小于2.5mm。

（6）減水劑：巴斯夫聚羧酸系粉劑。

（7）增粘劑：6012E 型聚合物乳膠粉聚合物乳膠粉，北京天維寶辰化學(xué)產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)。

（8）保水劑：纖維素醚，北京天維寶辰化學(xué)產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)，均為羥丙基甲基纖維素醚（HPMC），I 型粘度為80000mPa·s，Ⅱ 型為 200000mPa·s，Ⅲ 型為 100000mPa·s。

1.2 試驗(yàn)方法

在固定膠凝材料（水泥、粉煤灰、礦粉、無(wú)機(jī)填料）、水膠比、集料用量以及增粘劑、減水劑不變的情況下，通過(guò)調(diào)整保水劑的種類(lèi)和摻量來(lái)研究不同種類(lèi)、摻量的纖維素醚對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的稠度、抗壓抗折強(qiáng)度、壓折比等性能的影響，具體配合比見(jiàn)表 2。試驗(yàn)時(shí)，先加水，再加膠凝材料、集料，按 JG/T 289—2010《混凝土結(jié)構(gòu)加固用聚合物砂漿》中的要求拌合后，按 JGJ 70—2009 《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》中砂漿稠度的測(cè)試方法進(jìn)行拌合物稠度測(cè)試，后制作40mm×40mm×160mm 的抗壓、抗折強(qiáng)度試件，脫模后持續(xù)在 (20±2)℃ 的不流動(dòng)水中養(yǎng)護(hù)，模擬相應(yīng)的潮濕使用環(huán)境條件，至齡期后，測(cè)試相應(yīng)的 7d、28d 抗壓、抗折強(qiáng)度。

表 2 纖維素醚對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿性能影響的試驗(yàn)配合比

2 結(jié)果和討論

表 3 為表 2 中不同種類(lèi)、摻量纖維素醚的高強(qiáng)聚合物修補(bǔ)砂漿配合比組分的稠度、7d、28d 抗壓、抗折強(qiáng)度、壓折比的試驗(yàn)結(jié)果。

表 3 纖維素醚對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿性能影響的試驗(yàn)結(jié)果

2.1 纖維素醚對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿稠度的影響

圖 1 為表 2 中幾種不同摻量、種類(lèi)纖維素醚的高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿配比對(duì)砂漿拌合物稠度的影響圖。

由圖 1 可以看出，在 I 型纖維素醚摻加的 1#～4# 配比組分中，在 0.03%～0.12% 的摻量范圍內(nèi)，隨著纖維素醚摻量的增加，高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物的稠度會(huì)相應(yīng)的減小，但稠度減小的幅度不是很大，最大、最小配比組分間稠度差相差不到10mm。說(shuō)明了纖維素醚的摻量對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)修補(bǔ)砂漿拌合物的稠度有一定的影響，隨著纖維素醚摻量的增加，高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物會(huì)變稠。

在 Ⅰ 型、Ⅱ 型、Ⅲ 型三種不同種類(lèi)纖維素醚摻加的2#、5#、6# 三組配比組分中，在纖維素醚摻量相同的情況下，三種配比組分高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物的稠度會(huì)有所不同，稠度最大的為摻 I 型纖維素醚的 2# 配比組分，其次為摻 Ⅲ型的 6# 配比組分，最小的為摻 Ⅱ 型的 5# 配比組分。說(shuō)明了在一定摻量的范圍內(nèi)，纖維素醚的粘度對(duì)拌合物的稠度有影響，纖維素醚粘度越大高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物稠度降低的相應(yīng)越多。

圖 1 纖維素醚對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿稠度的影響圖

2.2 纖維素醚對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿抗壓、抗折性能的影響

圖 2 纖維素醚對(duì) 7d、28d 抗折強(qiáng)度的影響圖

圖 3 纖維素醚對(duì) 7d、28d 抗壓強(qiáng)度的影響圖

圖 4 纖維素醚對(duì) 7d、28d 壓折比的影響圖

圖 2、圖 3 為表 2 中幾種不同摻量、種類(lèi)的纖維素醚對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的抗壓、抗折強(qiáng)度的影響圖；圖 4 為表 2 中幾種不同摻量、種類(lèi)的纖維素醚對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的7d、28d 壓折比的影響圖。

由圖 2、圖 3 中可知，在使用 I 型纖維素醚的 1#～4#配比中，在潮濕的養(yǎng)護(hù)環(huán)境下，隨著纖維素醚摻量的增加，高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的 7d、28d 抗壓、抗折強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)的減??；在 I 型纖維素醚摻量為 0.03% 時(shí)，高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿配比的 7d、28d 抗壓強(qiáng)度分別為 48.7MPa、59.9MPa，抗折強(qiáng)度分別為 9.46 MPa、11.00MPa，而當(dāng) I 型纖維素醚的摻量為0.12% 時(shí)，高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿配比的 7d、28d 抗壓強(qiáng)度則分別降低為 35.5MPa、49.0MPa，抗折強(qiáng)度則分別降低為 7.71MPa，9.29MPa。在Ⅰ型、Ⅱ 型、Ⅲ 型三種同摻量、不同種類(lèi)纖維素醚摻加的 2#、5#、6# 三組配比中，隨著纖維素醚種類(lèi)的不同，其 7d、28d 的抗壓、抗折強(qiáng)度則呈現(xiàn)著波動(dòng)的變化。以上的結(jié)果說(shuō)明了，在潮濕的養(yǎng)護(hù)環(huán)境下，纖維素醚的摻量和種類(lèi)對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的力學(xué)性能有著一定的影響。

由圖 4 中可知，在 I 型纖維素醚參加的 1#～4# 配比中，隨著纖維素醚摻量的增加，其 7d 的壓折比呈現(xiàn)著波動(dòng)的變化，而 28d 的壓折比則在纖維素醚為 0.09% 以?xún)?nèi)低摻量的范圍內(nèi)變化相對(duì)較小，而當(dāng)摻量達(dá)到 0.12% 以后則壓折比會(huì)有所降低；同時(shí)，在 1#～6# 六組高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的配比中，其中7d 壓折比始終的小于 28d 的壓折比。說(shuō)明了，纖維素醚在低摻量的范圍內(nèi)，其對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿 28d 柔韌性的改善作用相對(duì)較小，但當(dāng)摻量達(dá)到一定量后，對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿 28d 的柔韌性會(huì)有較為顯著的改善作用；同時(shí)摻纖維素醚的高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的早期柔韌性要優(yōu)于后期。

2.3 機(jī)理分析

羥丙基甲基纖維素醚加入到高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物中，因其分子結(jié)構(gòu)中含有親水基團(tuán)——羥基（—OH）和醚鍵（—O—），在水中溶解時(shí)，其長(zhǎng)鏈上的羥基和醚鍵上的氧原子與拌合物中水分子相結(jié)合，形成氫鍵，吸附了水分子，使拌合物中的部分水分子失去流動(dòng)性，不再“自由”，從而能夠在拌合物中起到保水作用，同時(shí)也使拌合物變稠[5-7]。高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物中，更多纖維素醚的加入，會(huì)導(dǎo)致吸附更多自由水分，所以拌合物的稠度會(huì)隨著纖維素醚摻量的增加而降低；但在高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物中，膠凝材料用量較大，拌合物自身較稠、粘度較大，纖維素醚加入后，摻量的增加對(duì)拌合物的增稠作用會(huì)相應(yīng)的減弱，所以在表 2 中 1#～4# 配比的摻量范圍內(nèi)，隨著纖維素醚摻量的增加，拌合物稠度會(huì)有所減小，但減小的幅度不是很大。纖維素醚的溶解度、保水性同自身的粘度有較大的關(guān)系，粘度越大，保水性越大，同時(shí)在水溶液中的溶解度會(huì)越低，溶液會(huì)越渾濁、粘性會(huì)越大，相應(yīng)的使高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物稠度降低的越多。

纖維素醚加入到砂漿拌合物中，會(huì)有一定的引氣作用，使拌合物的孔隙率提高，從而降低拌合物的密度，相應(yīng)的也會(huì)降低硬化后高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿試件的密度[8-9]。隨著羥丙基甲基纖維素醚摻量的增加，其在高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物中引入的氣泡越多，從而使硬化后試件的孔隙率越多，相應(yīng)的高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的抗壓、抗折強(qiáng)度就會(huì)降低越多。纖維素醚在砂漿中的主要作用為保水、增稠、增粘作用，以使砂漿拌合物在達(dá)到足夠的強(qiáng)度之前，減少拌合物中水分的散失，保持水分的存在，供給砂漿中膠凝材料水化所必須的水分；同時(shí)，纖維素醚的摻加，增加了硬化后硬化體孔隙中的柔性聚合物，該聚合物難以起到剛性支撐作用，但會(huì)增加硬化體的柔韌性[10]。在潮濕的養(yǎng)護(hù)條件下，因高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿擁有足夠的水分供給，纖維素醚的保水作用會(huì)相應(yīng)的減弱； 同時(shí)低摻量時(shí)，潮濕養(yǎng)護(hù)條件下纖維素醚在修補(bǔ)砂漿硬化體中形成的柔性聚合物較少，所以 1#～3# 配比高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的 28d 壓折比變化相對(duì)較小。但當(dāng)羥丙基甲基纖維素醚的摻量增加到一定的量后，其會(huì)在高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿硬化體中形成較多的柔性聚合物，所以可以改善高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的柔韌性，降低其壓折比。

3 結(jié)論

（1）纖維素醚的摻量、種類(lèi)對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物的稠度有一定的影響；高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿拌合物的稠度隨著纖維素醚摻量的增大而減少，隨著纖維素醚粘度的增大而降低。

（2）潮濕的水養(yǎng)護(hù)環(huán)境下，纖維素醚的摻量、種類(lèi)對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的強(qiáng)度有影響；在一定摻量的范圍內(nèi)，高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的抗壓、抗折強(qiáng)度隨著纖維素醚摻量的增大而降低。

（3）潮濕的水養(yǎng)護(hù)環(huán)境下，低摻量的范圍內(nèi)，纖維素醚的摻量對(duì)高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿 28d 的壓折比影響相對(duì)較小，但當(dāng)摻量達(dá)到 0.12% 以后則高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的壓折比會(huì)有所降低，柔韌性有所增強(qiáng)。

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Effect of cellulose ethers on high-strength repair mortar in wet conditions

Huang Hongcai, Gui Miaomiao, Wang Peixin, Zhang Cihua
(Xiamen Academy of Building Research Co., Ltd., Xiamen 361100)

The effect of cellulose ethers on performances and mechanical properties of high-strength repair mortar was studied in wet conditions.The results indicated that the type and content of cellulose ethers had some effect on consistency of high-strength repair mortar, with the increasing of content, the consistency would decrease, and it was the same with the effect of viscosity on consistency. In wet conditions of water curing, the type and content of cellulose ethers also had some effect on the mechanical properties of high-strength repair mortar, and the compressive strength and fl exural strength would reduce with the increasing of cellulose ether; in low content range, the cellulose ether had little effect relativly on the 28d compressive and fl exural strength ratio, but when the content of cellulose ether reached 0.12%, the 28d compressive and fl exural strength ratio would decrease, and the fl exibility would enhance.

cellulose ether; high-strength; repair mortar; wet conditions

黃洪財(cái)（1978－），男，碩士，工程師，建筑材料與工程專(zhuān)業(yè)，主要從事建筑材料的研究與測(cè)試工作。