陳愛民，　梁利巖*，　黃曉梅（中科院廣州化學有限公司，中國科學院纖維素化學重點實驗室，廣東 廣州 510650）

水性環(huán)氧增強水泥砂漿及其性能研究

陳愛民，梁利巖*，黃曉梅
（中科院廣州化學有限公司，中國科學院纖維素化學重點實驗室，廣東 廣州 510650）

利用水性環(huán)氧樹脂增強水泥砂漿，改善和提高其作為修復材料的力學強度。通過改變水泥與砂的配比、水性環(huán)氧樹脂添加量、水泥類型、減水劑用量等因素，系統(tǒng)考察了水性環(huán)氧樹脂對水泥砂漿的綜合性能的影響。結(jié)果表明，通過水性環(huán)氧樹脂增強水泥砂漿，其力學強度有數(shù)倍的提高，抗壓強度可達到近60 MPa，粘結(jié)強度達到2.0 MPa。

環(huán)氧樹脂，水性，砂漿，修復材料

砂漿在建筑工程中是用量大、用途廣泛的一種建筑材料。砂漿可把散粒材料、塊狀材料、片狀材料等膠結(jié)成整體結(jié)構(gòu)，也可以裝飾、保護主體材料。例如在砌體結(jié)構(gòu)中，砂漿薄層可以把單塊的磚、石以及砌塊等膠結(jié)起來構(gòu)成砌體；大型墻板和各種構(gòu)件的接縫也可用砂漿填充；墻面、地面及梁柱結(jié)構(gòu)的表面都可用砂漿抹面，以便滿足裝飾和保護結(jié)構(gòu)的要求；鑲貼大理石、瓷磚等也常使用砂漿。

水泥砂漿是由水泥、砂、水以及外加劑等配制而成的。它除了一般用途外，還可用作無收縮灌漿料：用于填充孔洞、基層和底板間，也用于螺栓、鋼筋搭接、支座等的固定，也可作為修補砂漿修補混凝土剝落，混凝土組件的瑕疵等。

由于水泥砂漿的力學強度比較低，抗壓強度一般低于20 MPa，粘結(jié)強度只有0.2 MPa，在很多時候難以滿足基材對粘結(jié)性的要求。而環(huán)氧樹脂的強度較高，抗壓強度在70 MPa以上，粘結(jié)強度在2～5 MPa之間。采用純環(huán)氧樹脂制備環(huán)氧砂漿，盡管強度很高，但由于環(huán)氧樹脂粘度較大，成本較高，采用活性稀釋劑可降低粘度但會推高成本，一般建筑工程難以承受。采用水性環(huán)氧樹脂增強水泥砂漿（以下簡稱水性環(huán)氧砂漿）則是充分利用水泥砂漿本身的強度，再通過環(huán)氧樹脂適當增強，達到工程施工要求。

本文擬利用水性環(huán)氧樹脂增強水泥砂漿，改善和提高其作為混凝土或砂漿修復材料的力學強度。通過研究水泥與砂的配比、水性環(huán)氧樹脂添加量、水泥類型、減水劑等對水泥砂漿強度的影響，考察水性環(huán)氧樹脂增強水泥砂漿的綜合性能。

1　實驗

1.1原料及儀器設備

水性環(huán)氧樹脂（雙組份，混合后固含量50%），自制；標準砂， 425R普通硅酸鹽水泥，水泥減水劑，中科翔-3ZQ早強高效減水劑，中科院廣州化學有限公司產(chǎn)品。

儀器設備：DNJ-1型旋轉(zhuǎn)粘度計，電子萬能試驗機（RGM-3030）。

1.2試樣的制備

將水泥、砂、水或水性環(huán)氧樹脂、水泥外加劑等按比例混合均勻，然后澆注成2 cm×2 cm×2 cm的試樣塊，養(yǎng)護待用。

1.3試驗方法

粘度：按照GB/T 2794-1995《膠粘劑粘度的測定》測定其粘度；

抗壓強度：按照GB/T 2569-1995測定其抗壓強度；

粘結(jié)強度：按照JC/T 547-2005測定其粘結(jié)強度；

流動度：按照GB/T 8077標準方法測試。

2　結(jié)果與討論

由于水泥砂漿的力學強度比較低，抗壓強度一般低于20 MPa，粘結(jié)強度只有0.2 MPa，在很多時候難以滿足基材對粘結(jié)性的要求。而環(huán)氧樹脂的強度較高，抗壓強度在70 MPa以上，粘結(jié)強度在2～5 MPa之間。采用純環(huán)氧樹脂制備環(huán)氧砂漿，盡管強度很高，但由于環(huán)氧樹脂粘度較大，成本較高，采用活性稀釋劑可降低粘度但會推高成本，一般建筑工程難以承受。采用水性環(huán)氧樹脂增強水泥砂漿（以下簡稱水性環(huán)氧砂漿）則是充分利用水泥砂漿本身的強度，再通過環(huán)氧樹脂適當增強，達到工程施工要求。水性環(huán)氧樹脂增強水泥砂漿是以水性環(huán)氧樹脂替代水拌和水泥和砂來制備砂漿，并通過調(diào)節(jié)水性環(huán)氧樹脂的固含量來添加環(huán)氧樹脂的添加量。

2.1水泥與砂的配比對水性環(huán)氧砂漿的性能影響

首先考察了水泥與砂的配比對水性環(huán)氧砂漿的性能影響，結(jié)果表1所示?？梢钥闯?，隨著水泥與砂的比例不斷上升，水性環(huán)氧砂漿的強度不斷提高，7天強度從35.7 MPa提高到近60 MPa。另一方面，隨著水泥量的提高，環(huán)氧砂漿的流動性也逐漸下降。如要保證砂漿的流動性，就需要提高水性環(huán)氧的添加量，從而導致水性環(huán)氧砂漿成本提高。綜合考慮，將水泥與砂的比例控制在1∶2.5比較合適。

表1　水泥與砂的配比對水性環(huán)氧砂漿的性能影響

2.2水性環(huán)氧用量對抗壓強度的影響

控制水泥與砂的比例，考察了添加不同量水性環(huán)氧的抗壓強度，如表2所示。

表2　不同環(huán)氧添加量對水性環(huán)氧砂漿的性能影響

隨著水性環(huán)氧添加量的增加，環(huán)氧砂漿呈現(xiàn)出先增加然后下降的趨勢。這主要是隨著水性環(huán)氧的增加，砂漿中環(huán)氧樹脂的含量逐漸上升，使得砂漿的強度明顯提高。但在環(huán)氧樹脂含量提高的同時，砂漿中加入的水量也在上升，這又會導致水泥本身強度下降，最終導致水性環(huán)氧砂漿強度下降。在制備試件時的現(xiàn)象也印證這一解釋：當水性環(huán)氧樹脂的添加量為水泥與砂總重量的18%時，水性環(huán)氧砂漿的流動性明顯不足；而當水性環(huán)氧的添加量達到25%時，水性環(huán)氧砂漿的流動性非常好，砂漿出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。

2.3水泥種類對對水性環(huán)氧砂漿的性能影響

由于工程類混凝土、砂漿均采用集中攪拌，它們都是使用散裝水泥，因此目前市面上袋裝425#水泥比較少?？紤]到普通民用也會使用水性環(huán)氧砂漿進行混凝土或砂漿的修復、粘結(jié)等，采用市面上常見的325#水泥進行試驗，考察它們的強度差異，結(jié)果如表3所示。可以看出，采用325PC和325PSA兩種水泥制備的水性環(huán)氧砂漿與相同條件下的425#水泥相比，24 h強度差別還不那么明顯，而3d強度就差一大截了，只有其強度的70%～80%左右。即使提高水泥的摻和比例，也不如425水泥的強度。如要提高其強度，可行的辦法是提高環(huán)氧樹脂的含量，或者通過水泥外加劑（減水劑）來改善。

表3　不同水泥對水性環(huán)氧砂漿的性能影響

2.4減水劑對水性環(huán)氧砂漿的性能影響

水泥減水劑具有減少拌合水用量、提高砂漿流動性及提高強度的特性。基于此特點，考察了減水劑對水性環(huán)氧砂漿強度，如表4所示。加入減水劑后，砂漿的流動性大幅提高，但其強度并未如預期的那樣得到提高，相反強度還下降不少。后經(jīng)分析，可能的原因是減水劑的加入，使得砂漿中的水過量，致使水泥本身的強度顯著下降。為此對其固化前的流動度進行了測定，結(jié)果如圖1所示。

表4　減水劑對水性環(huán)氧砂漿的性能影響

根據(jù)常規(guī)的應用工藝要求，一般流動度控制在120～130 mm左右比較合適。由于水性環(huán)氧樹脂的固含量為50%，添加一定的環(huán)氧樹脂，就一定會添加同等的水量。在保持環(huán)氧樹脂添加量的基礎(chǔ)上，要通過減水劑來提高水性環(huán)氧砂漿的強度和流動度，就必須提高水性環(huán)氧樹脂的固含量。為此將水性環(huán)氧樹脂的固含量調(diào)整到60%，通過添加減水劑來調(diào)節(jié)水性環(huán)氧砂漿的綜合性能。

圖1　減水劑添量對水性環(huán)氧砂漿流動度的影響

表5　減水劑對水性環(huán)氧砂漿的性能影響

由表5可以看出，由水性環(huán)氧樹脂增強的水泥砂漿，其力學強度得到極大的改善，抗壓強度和粘結(jié)強度都有數(shù)倍的提高，抗壓強度可達到近60 MPa，粘結(jié)強度達到2.0 MPa。

另外，由于自制的水性環(huán)氧樹脂是雙組份的，考慮到用戶使用方便，將使用的聚羧酸型減水劑按計量直接加入到水性環(huán)氧固化劑中，并考察了其穩(wěn)定性。經(jīng)過近三個月的放置，水性環(huán)氧固化劑仍保持透明，未見異常。

3　結(jié)論

本文利用水性環(huán)氧樹脂增強水泥砂漿，以改善和提高其作為混凝土或砂漿基材修復材料的力學強度。通過改變水泥與砂的配比、水性環(huán)氧樹脂添加量、水泥類型、添加減水劑等因素，系統(tǒng)考察了水性環(huán)氧樹脂對水泥砂漿綜合性能的影響。結(jié)果表明，利用水泥減水劑提高水泥砂漿流動度、利用水性環(huán)氧樹脂提高力學強度，二者結(jié)合可顯著改善水泥砂漿的綜合性能。其力學強度與增強前比有數(shù)倍的提高，抗壓強度可達到近60 MPa，粘結(jié)強度達到2.0 MPa。

[1] 錢曉倩, 詹樹林. 聚合物水泥砂漿的力學性能[J]. 材料科學與工程, 2000(4): 35-38.

[2] 許立軍. 聚合物水泥砂漿的研究及應用[J]. 中外建筑, 2007(5): 106-109.

[3] 周天壽, 沈志明, 王寶根. 水性環(huán)氧及其在建筑中的應用[J]. 新型建筑材料, 2001(5): 16-19.

[4] 田甜. 水性環(huán)氧樹脂乳液改性水泥砂漿性能的研究[D]. 碩士論文, 湖南大學, 2007.

Study on the Properties of Waterborne Epoxy Reinforced Cement Mortar

CHEN Ai-min,LIANG Li-yan*,HUANG Xiao-mei
（Key Laboratory of Cellulose and Lignocellulosics Chemistry, Guangzhou Chemistry Co. Ltd., CAS, Guangzhou 510650, China）

In this paper, the water-based epoxy resin was used to reinforce cement mortar to improve and enhance its mechanical properties as a restorative material. By changing the ratio of cement and sand, the amount of water-based epoxy resin, cement type, add water reducer and other factors, the influence of waterborne epoxy resin on cement mortar was systematically investigated. The results showed that the mechanical strength of the reinforced cement mortar by waterborne epoxy resin was increased several times, the compressive strength could reach nearly 60 MPa, and the bonding strength reached 2.0 MPa.

epoxy resin; water-based material; mortar; repair material

TU528

A

1009-220X(2016)04-0043-04

10.16560/j.cnki.gzhx.20160405

2016-03-12

廣東省中國科學院全面戰(zhàn)略合作項目（2013B091500020）；廣東省產(chǎn)學研合作院士工作站（2013B090400024）。

陳愛民（1971~），男，碩士，工程師；主要從事分析化學和材料化學的研究。cam@gic.ac.cn

梁利巖（1974~），男，副研究員，碩士生導師；主要從事高分子化學和功能材料的研究。lyliang@gic.ac.cn