水性环氧树脂乳液改性水泥砂浆的性能研究

摘要

随着海洋工程的发展，普通水泥砂浆(混凝土)难以满足海洋工程高耐久性的要求。聚合物水泥砂浆(混凝土)是一种耐久性能远优于普通水泥砂浆(混凝土)的新型海工材料，它的研究与应用十分引人注目，但抗硫酸盐侵蚀、抗氯离子渗透等性能仍显不足制约了聚合物水泥砂浆(混凝土)在海洋工程中的应用，目前进一步提高耐久性是聚合物水泥砂浆(混凝土)的一个重要研究方向。水性环氧树脂乳液具有活泼的环氧基和醚基、固化后不产生低分子副产物、环氧分子中所含的脂肪族羟基不与碱起反应、水性环氧树脂乳液VOC含量低且不含HAP、满足环保的要求和加工操作简便等特性，采用水性环氧树脂乳液制备水泥砂浆(混凝土)可利用上述优点解决现有聚合物乳液改性水泥砂浆中聚合物与水泥相亲性能和界面粘接性能、水泥砂浆收缩率大、耐腐蚀性能差等不足，有关水性环氧树脂乳液和粉煤灰改性水泥砂浆的海工性能研究及其在海洋工程中的应用鲜见报道，开展水性环氧树脂乳液和粉煤灰改性水泥砂浆的海工性能研究具有重要的意义。
　　 本文研究了各种工艺参数对普通水泥砂浆、单掺粉煤灰水泥砂浆、单掺聚合物乳液改性水泥砂浆和双掺粉煤灰和聚合物乳液改性的水泥砂浆的力学性能的影响。结果表明聚合物乳液的掺入量为10wt％时，改性水泥砂浆的强度最高；聚合物乳液改性水泥砂浆中掺入10wt％粉煤灰时，其早期强度下降较小；水灰比、助剂以及养护方式对聚合物乳液改性水泥砂浆的力学性能也有较大的影响。双掺粉煤灰和聚合物乳液改性水泥砂浆在聚合物乳液掺量和粉煤灰掺量都为10wt％，加入1wt％消泡剂和1wt％减水剂，采用干湿结合的养护方式时其力学性能最佳。为制备高性能双掺改性水泥砂浆，实验采用适宜的工艺参数为：聚灰比为0.1、水灰比0.3～0.4、粉煤灰掺量为10wt％、消泡剂掺量为1wt％、减水剂掺量为1wt％以及采用7天湿养护21天干养护的养护制度。
　　 本文对聚合物乳液改性水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀、抗氯离子渗透等性能进行了研究，结果表明双掺聚合物乳液和粉煤灰改性砂浆的耐水性能、体积稳定性、抗硫酸盐和冻融性能以及抗氯离子渗透性能均优于普通水泥沙浆、单掺粉煤灰或聚合物乳液的水泥砂浆。双掺10wt％粉煤灰和10wt％聚合物乳液改性的水泥砂浆28天吸水率为1.7％，较普通水泥砂浆降低了79％；90天的干缩率为0.52％，较普通砂浆降低了68.1％；56天的粘结强度为3.5MPa，较普通水泥砂浆提高了150％；210天的抗硫酸盐侵蚀系数为0.97，较普通水泥砂浆提高了56％以上；抗侵蚀和冻融协同效应较普通水泥砂浆大幅度提高，在循环40次之后其强度损失率仅为9％；且6个月抗氯离子渗透深度仅为17mm，较普通水泥砂浆提高了
　　 本文通过XRD、MIP和SEM对不同的水泥砂浆的水化程度和侵蚀程度、孔结构分布以及内部微观结构形貌进行了研究。结果表明掺入聚合物改性的水泥砂浆Ca(OH)2特征峰降低，说明该水泥砂浆内部Ca(OH)2含量降低，聚合物抑制了水泥水化产物Ca(OH)2的产生或与其发生了化学反应；同时掺入聚合物乳液和粉煤灰改性水泥砂浆浸泡在腐蚀介质中一定龄期后的CaSO4特征峰最弱，说明聚合物和粉煤灰对水泥砂浆内部水化产物起到了保护作用，阻碍了腐蚀介质对水泥砂浆的侵蚀。双掺粉煤灰和聚合物乳液改性的水泥砂浆平均孔径最小，孔隙分布均匀，且大孔数量最少，大大降低了水泥砂浆的孔隙率，从而提高了水泥沙浆的抗氯离子渗透性能。另外聚合物乳液改性水泥砂浆中聚合物颗粒与水泥之间的相亲性较好，聚合物颗粒与水化产物粘结紧密。虽然聚合物颗粒大小及分布不均，但小尺寸颗粒居多，能够在水泥砂浆孔隙中或水化产物表面聚集；同时已侵蚀的聚合物乳液改性水泥砂浆孔隙中有钙矾石出现，但数量很少，这可能是引起聚合物乳液改性水泥砂浆耐久性下降的原因，其危害程度有待进一步研究。通过双掺粉煤灰和聚合物乳液可以提高水泥砂浆的综合性能，特别是抗硫酸盐侵蚀和抗氯离子渗透性能，这对提高海洋工程的耐久性具有重要的意义。