鄭文，田青

（中建西部建設(shè)湖南有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

0 前言

環(huán)氧樹脂水泥砂漿是以環(huán)氧樹脂代替部分水泥作膠結(jié)材料，使集料粘結(jié)并固化的一種漿材[1]，這種以環(huán)氧樹脂為基體，以水泥砂漿作為填料配制而成的高性能灌漿料除具有普通水泥砂漿和傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿材的優(yōu)良性能以外，還具有粘結(jié)強(qiáng)度高、施工方便、抗?jié)B性能好、對(duì)環(huán)境無污染、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，更富于高強(qiáng)性和經(jīng)濟(jì)型[2]。

劉其城[3]等人用 ESEM 研究了從新拌到不同齡期的改性水泥漿體的結(jié)構(gòu)演變過程，發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹脂漿液確實(shí)吸附在水泥顆粒表面成膜，并存在于砂漿的微裂縫中起到搭接裂縫的作用。胡敢峰[4]對(duì)環(huán)氧樹脂改性水泥砂漿的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，提出聚合物不連續(xù)的薄膜的填充作用，改善了硬化水泥漿體的毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)，使大毛細(xì)孔（＞100nm）明顯減少，小毛細(xì)孔（10～100nm）增加，從而改善了漿體的力學(xué)性能和耐久性。但有研究證明環(huán)氧樹脂砂漿后期干縮性能明顯[5]，而聚丙烯纖維能減少水泥砂漿的收縮裂縫[6]。在澆灌后的硬化過程中，由于砂漿內(nèi)部的收縮，裂縫就會(huì)不可避免地產(chǎn)生[7,8]，當(dāng)有大量的合成纖維均勻地分布于砂漿當(dāng)中時(shí)，延緩或阻止了砂漿出現(xiàn)裂縫，本文旨在探討通過添加不同長(zhǎng)度、不同摻量的聚丙烯纖維改善環(huán)氧樹脂乳液改性砂漿的力學(xué)性能及干縮性能。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥：采用海螺水泥有限公司生產(chǎn)的 P·O42.5水泥，比表面積為 350m2/kg，密度為 3.12g/cm3。具體化學(xué)分析及組成見表 1。

（2）河砂：各項(xiàng)指標(biāo)見表 2，其他指標(biāo)符合 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。

表1 基準(zhǔn)水泥熟料化學(xué)分析及礦物組成

表2 細(xì)集料基本性質(zhì)

（3）環(huán)氧樹脂：采用水性環(huán)氧樹脂（A 液 : B液= 1:2）；聚丙烯纖維：長(zhǎng)度分別為 6mm、9mm、12mm，性能見表 3。

表3 聚丙烯纖維物理性能

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 水泥砂漿配合比

根據(jù) JGJ/T 98—2011《砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》進(jìn)行試驗(yàn)，基準(zhǔn)試驗(yàn)一組，試驗(yàn)組水性環(huán)氧樹脂的摻量分別占水泥質(zhì)量的 2%、4%（A液 : B 液 = 2:1），聚丙烯纖維摻量分別為 0.2%、0.4%、0.6%。

1.2.2 抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)根據(jù) DL/T 5126—2001《聚合物改性水泥砂漿試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行成型（試件尺寸 40mm×40mm×160mm）和養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期測(cè)定砂漿抗壓及抗折強(qiáng)度。

1.2.3 干縮試驗(yàn)方法

在水中養(yǎng)護(hù) 2 天后，取出試件，濕布擦去試件表面水分及釘頭污垢，用比長(zhǎng)儀測(cè)出初始讀數(shù) L0。而后將試件移入養(yǎng)護(hù)箱，養(yǎng)護(hù)溫度控制在 (20±3)℃，相對(duì)濕度為 (50±4)%，測(cè)量不同齡期試件的長(zhǎng)度來確定水泥膠砂的干縮性能。砂漿的干縮率按下式計(jì)算：

式中：

εt——聚合物改性水泥砂漿的收縮率，%；

L0——初始讀數(shù)，mm；

Li——不同齡期的測(cè)量讀數(shù)，mm；

Ld——埋入砂漿兩個(gè)收縮頭的長(zhǎng)度之和，mm；

L——試塊標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，mm。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 環(huán)氧樹脂砂漿的性能測(cè)試結(jié)果

2.1.1 強(qiáng)度

環(huán)氧樹脂乳液改性水泥砂漿的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 環(huán)氧樹脂乳液改性水泥砂漿的強(qiáng)度

由表 4 可知，隨著環(huán)氧樹脂的摻量的加入，水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度有所下降，但是下降的幅度不是特別大。在環(huán)氧樹脂的摻量為 2% 時(shí)，砂漿抗折強(qiáng)度比基準(zhǔn)水泥砂漿有所減小；當(dāng)環(huán)氧樹脂摻量為 4% 時(shí)，它的早期抗折強(qiáng)度相對(duì)是降低的，但是在后期，其強(qiáng)度得到一定程度的提高。

2.1.2 干縮率

環(huán)氧樹脂乳液改性水泥砂漿的干縮率試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 環(huán)氧樹脂乳液改性水泥砂漿的干縮率

由表 5 可知，隨著環(huán)氧樹脂的摻量增加干縮率增大，水泥砂漿的干縮性能呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。在環(huán)氧樹脂的摻量為 4% 時(shí)其水泥砂漿的變化量較大，當(dāng)環(huán)氧樹脂的摻量為 2% 時(shí)，干縮值相對(duì)較小，得到相對(duì)穩(wěn)定的水泥砂漿。

2.2 聚丙烯纖維對(duì)環(huán)氧樹脂砂漿的性能測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)取環(huán)氧樹脂的摻量為 2% 為定量，加入不同長(zhǎng)度（6mm、9mm、12mm）、不同摻量（0.2%、0.4%、0.6%）的聚丙烯纖維到之前的環(huán)氧樹脂砂漿中，以探討聚丙烯纖維對(duì)環(huán)氧樹脂砂漿性能的影響。

2.2.1 強(qiáng)度

聚丙烯纖維環(huán)氧樹脂乳液改性水泥砂漿的強(qiáng)度試驗(yàn)見表 6 和圖 1。

表6 聚丙烯纖維環(huán)氧樹脂乳液改性水泥砂漿的強(qiáng)度

圖1 聚丙烯纖維環(huán)氧樹脂改性水泥砂漿抗折強(qiáng)度

由圖 1 可以看出，在纖維長(zhǎng)度為 6mm 時(shí)，隨著纖維含量的增加，對(duì)水泥砂漿的抗折強(qiáng)度有著一定的改善。加入纖維的砂漿早期抗折強(qiáng)度在不斷下降，而后期強(qiáng)度都有著明顯的提高，在纖維摻量為 0.2% 時(shí)，其后期強(qiáng)度最高。纖維的長(zhǎng)度為 9mm 時(shí)，隨著纖維含量增加，砂漿的早期強(qiáng)度一直在下降。在中期時(shí)，水泥砂漿的抗折強(qiáng)度開始呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)。而在 28d 齡期后，其抗折強(qiáng)度明顯高于普通環(huán)氧樹脂水泥砂漿，并在纖維含量為 0.2% 時(shí)，抗折強(qiáng)度達(dá)到最大，強(qiáng)度增大了 10%。在纖維的長(zhǎng)度為 12mm 時(shí)，隨著纖維含量的增加，在摻量為 0.2% 時(shí)，其早期強(qiáng)度達(dá)到最低。之后隨著含量的增加，其抗折強(qiáng)度一直在增加。而后期強(qiáng)度呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，它的抗折強(qiáng)度都大于普通環(huán)氧樹脂水泥砂漿的抗折強(qiáng)度，在摻量為 0.4% 時(shí)，后期強(qiáng)度達(dá)到最高。在纖維的摻量為 0.2% 不變時(shí)，隨著纖維長(zhǎng)度的增加。砂漿的早期強(qiáng)度都比普通環(huán)氧樹脂水泥砂漿低，而到了 28d齡期，其抗折強(qiáng)度明顯高于普通環(huán)氧樹脂水泥砂漿的抗折強(qiáng)度。在纖維的長(zhǎng)度為 9mm 時(shí)，它的后期強(qiáng)度最高。

圖2 聚丙烯纖維環(huán)氧樹脂改性水泥砂漿抗壓強(qiáng)度

由圖 2 可知，在加入聚丙烯纖維的水泥砂漿的早期抗壓強(qiáng)度都低于普通環(huán)氧樹脂砂漿，而后期抗壓強(qiáng)度都比普通環(huán)氧樹脂水泥砂漿強(qiáng)度要高。在纖維長(zhǎng)度為12mm、摻量為 0.4% 時(shí)，其后期強(qiáng)度達(dá)到峰值，抗壓性能最好。

2.2.2 干縮率

聚丙烯纖維環(huán)氧樹脂乳液改性水泥砂漿的干縮率試驗(yàn)結(jié)果見表 7 和圖 3。

由表 7 和圖 3 分析可知，在纖維摻量為 0.2% 時(shí)，在纖維長(zhǎng)度為 6mm 和 12mm 時(shí)，水泥砂漿的早期干縮和后期干縮值都比普通環(huán)氧樹脂水泥砂漿干縮值要大，而在纖維長(zhǎng)度為 9mm 時(shí)，它的水泥砂漿的干縮性能最好，不論在早期還是后期，它的干縮值都比普通環(huán)氧樹脂水泥砂漿的干縮值要小，對(duì)水泥砂漿的干縮性能有著一定的改善作用。在纖維的摻量為 0.4% 時(shí)，長(zhǎng)度為9mm 時(shí)，它的干縮性能比普通環(huán)氧樹脂水泥砂漿的干縮率還要高；在纖維的長(zhǎng)度為 6mm 和 12mm 時(shí)，水泥砂漿的干縮率都比較小，比普通環(huán)氧樹脂水泥砂漿的干縮率要低，都能起到一定的改善環(huán)氧樹脂水泥砂漿干縮性的作用；其中長(zhǎng)度為 6mm 時(shí)，它的干縮值最小，性能也是最好的。在纖維的摻量為 0.6% 時(shí)，長(zhǎng)度為 6mm時(shí)，對(duì)環(huán)氧樹脂水泥砂漿的干縮性能沒有起到有效的作用；在長(zhǎng)度為 9mm 和 12mm 時(shí)，對(duì)水泥砂漿的干縮性有改善；長(zhǎng)度為 9mm 時(shí)，在早期干縮值比較低，但是在后期干縮值就有點(diǎn)偏大了，其中性能最好的還是12mm，不僅在早期還是后期，它對(duì)改善環(huán)氧樹脂水泥砂漿的干縮性能是最好的。

表7 聚丙烯纖維環(huán)氧樹脂改性水泥砂漿的干縮率

圖3 聚丙烯纖維環(huán)氧樹脂改性水泥砂漿的干縮率

在長(zhǎng)度固定為 6mm 時(shí)，聚丙烯纖維的摻量為 0.4%時(shí)，水泥砂漿的干縮性能最好；摻量在 0.2% 和 0.6%時(shí)，水泥砂漿的干縮性比普通環(huán)氧樹脂砂漿的要差。在長(zhǎng)度固定為 9mm 時(shí)，聚丙烯纖維的摻量為 0.2% 時(shí)，水泥砂漿的干縮性能最好；摻量為 0.4% 和 0.6% 時(shí)，比普通環(huán)氧樹脂砂漿的干縮性要差。在長(zhǎng)度固定為12mm 時(shí)，聚丙烯纖維的摻量為 0.6% 時(shí)，水泥砂漿的干縮性能最好，基本不發(fā)生形變；摻量為 0.4% 時(shí)，其水泥砂漿的干縮性次之；摻量為 0.2% 時(shí)最差。

3 結(jié)論

通過環(huán)氧樹脂砂漿以及聚丙烯纖維對(duì)環(huán)氧樹脂沙漿的試驗(yàn)，探究聚丙烯纖維對(duì)砂漿的力學(xué)性能和干縮性能的影響規(guī)律。主要的研究結(jié)論如下：

（1）在水泥砂漿工作性能方面，環(huán)氧樹脂乳液對(duì)水泥砂漿有一定的增韌作用。

（2）在水泥砂漿力學(xué)方面，一定摻量的環(huán)氧樹脂乳液對(duì)普通水泥砂漿有著一定的改善，但是在早期強(qiáng)度還是低于一般的水泥砂漿，而后期強(qiáng)度就有所增大。但是相應(yīng)的，摻入的環(huán)氧樹脂會(huì)使水泥砂漿干縮變大，導(dǎo)致水泥砂漿在后期易開裂，縮短其使用壽命。

（3）在加入環(huán)氧樹脂的基礎(chǔ)上，通過加入聚丙烯纖維來改善其干縮性能。在通過加入不同含量，不同長(zhǎng)度的聚丙烯纖維，得知在摻量為 0.2%、長(zhǎng)度為 9mm，摻量為 0.4%、長(zhǎng)度為 6mm，摻量為 0.6%、長(zhǎng)度為12mm 時(shí)，聚丙烯纖維對(duì)環(huán)氧樹脂砂漿的干縮性能改善效果最好。并且，加入聚丙烯纖維后，能夠提高環(huán)氧樹脂改性水泥砂漿的后期力學(xué)性能。