复合改性耐水砂浆的合理配比和性能
种霖霖，林浩通，陈建辉，李志平，陈磊，邓龙辉，李庚英，熊光晶
（汕头大学 土木系，广东 汕头 515063）
0前 言
为提高建筑墙体的耐久性，减少因多次加固修葺对建筑物原貌的破坏及降低长期维修保养的成本，防水砂浆的改性成为人们关注的研究课题之一。改性主要可分为矿物掺合料改性、聚合物改性和 2 种材料复合改性。添加矿物掺合料可改善颗粒间的堆积，提高砂浆的致密性；二次水化后可改善水泥基材料的微结构，降低改性砂浆的孔隙率，显著提高砂浆的抗渗性、力学性能及耐久性，且价格低廉、取材方便。但只添加矿物掺合料不能明显改善砂浆的脆性。大掺量的硅灰可能加剧砂浆的收缩，降低砂浆的流动度；大掺量的粉煤灰和矿粉会导致砂浆的早期力学性能明显下降。聚合物可以通过本身的堆积填充作用及封闭成膜作用，填充砂浆中的孔隙；此外，聚合物通过自身的有机成分与无机材料发生一系列的物理化学反应，能够在砂浆中形成致密的连续薄膜，从而能够一定程度上提高砂浆的力学性能和抗渗性，降低脆性和吸水率。但是大量加入聚合物可能导致砂浆耐久性不足，干缩性大，此外聚合物价格较高也限制了该砂浆的推广和使用。以矿物掺合料和聚合物对砂浆进行复合改性正成为研究的主流，因此，注意到澳大利亚进口聚合物防水剂克汰（Caltite）含有疏水堵孔成分，该组分可以使毛细孔孔壁憎水化，且结合产物分布于整个基体内部，憎水阻水作用在整个砂浆内部都有效，而不单局限于毛细管，且其阻水效果长久。本文主要探讨克汰在防水砂浆中的作用效果，研究其掺量对砂浆的力学性能、耐水性能和吸水特性的影响，后确定合理掺量。同时以强度、软化系数和吸水率为指标，探讨混合材料与克汰的协同效应。
1实 验
1实 验
1.1试验原料
塔牌 42.5R 普通硅酸盐水泥；细度模数为 2.67 的中砂，过 5 mm 筛；汕头市华能电厂的Ⅱ级粉煤灰；厦门煜林商贸有限公司的硅粉；揭东县永泰微粉厂生产的 S95 矿粉；FDN-5萘系减水剂，减水率为 14%～25%；澳大利亚敏益集团生产的克汰（Caltite）。
1.2 试验设计
1.2 试验设计
以普通硅酸盐水泥砂浆（P0）为参照，设计出如表 1 所示的配方，探讨其对普通改性砂浆 P（克汰+普通砂浆）和复合改性砂浆 H（克汰+含矿物掺合料砂浆）性能的影响，以期终得到一组性能优的砂浆配比。
注：克汰以替代等体积水的形式掺入。为保证流动度，P4 和 H4组的减水剂掺量提高到 1.2%。
1.3性能测试
（1）砂浆试件的制备、养护和基本力学性能测试按 JCJ/T70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法》和 DL/T 5126—2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》进行。
（2）砂浆的体积质量测试方法及结果参照 JGJ 70─2009进行。采用 1 L 的容量筒测量，试验结果精确到 10 kg/m3。
（3）砂浆的软化系数：软化系数为试件吸水饱和后的抗压强度与绝干状态下的抗压强度之比，试件尺寸为 70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm。
（4）砂浆的吸水率测试按 JCJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法》和英国标准 BS1881：第 122 款进行。
2试验结果及分析
表2 为各配比试件在不同龄期下的性能测试结果。
2试验结果及分析
表2 为各配比试件在不同龄期下的性能测试结果。
2.1 克汰掺量对砂浆体积质量的影响
由表 2 可见，砂浆的体积质量随着克汰掺量的增加而增大。这一方面是由于克汰取代了等量的水，减少了砂浆中游离水的含量和水分蒸发后留下的毛细孔体积；另一方面是由于克汰具有疏水堵孔的作用，大大减少了渗透孔的体积，堵塞浆体中的毛细孔通道防止水的进入，使砂浆密实度得到提高。当克汰用量为 15 L/m3时，普通改性砂浆 P3 的体积质量比 P0高 3.23%。由于复合砂浆中粉煤灰等胶凝材料也有提高砂浆密实度的作用，因此其体积质量增加量不如普通砂浆的明显。当克汰掺量超过 15 L/m3后，2 种改性砂浆的体积质量增加量趋于平缓。这是由于克汰掺量在超过 15 L/m3以后，对复合砂浆孔隙率的改善逐渐平缓，同时砂浆中自由水的含量也逐渐减小，因而对体积质量的影响减弱。
2.2克汰掺量对砂浆软化系数的影响
2.2克汰掺量对砂浆软化系数的影响
由表 2 可见，随着克汰掺量的增加，软化系数先增后降。在克汰量掺量为 15 L/m3时，普通改性砂浆 P3 和复合改性砂浆 H3 的软化系数分别达到 0.928 和0.922，比 P0 和H0 试件分别提高了 24%和 6.8%。普通砂浆添加克汰后，其软化系数达到 0.8 以上，满足耐水砂浆的基本要求。当克汰掺量超过15 L/m3后，软化系数开始下降，对砂浆的耐水性能起负作用。造成这种现象的原因有待进一步分析。
2.3克汰掺量对砂浆力学性能的影响
2.3克汰掺量对砂浆力学性能的影响
由表 2 可见，普通改性和复合改性砂浆的抗折和抗压强度基本随克汰掺量的增加而提高，抗压强度的提高速率大于抗折强度的提高速率。普通改性砂浆的 7 d 和 28 d 抗折强度先增大后减小，与湿体积质量规律一致，这是由于改变了P4的减水剂用量，虽然其密实度增加但同时含气量增加，孔隙率增多，因而抗折强度略有降低。克汰掺量在 7 L/m3时，复合改性H2 试件的 28 d 抗折、抗压强度比 H0 分别增加了17.54%和 11.69%；在克汰掺量为 30 L/m3时，H4 试件的 28 d 抗折、抗压强度比 H0 分别增加了 24.95%和 19.71%。
2.4克汰掺量对砂浆吸水率的影响
2.4克汰掺量对砂浆吸水率的影响
图 1 为克汰对普通改性砂浆 P 和复合改性砂浆 H 的吸水率的影响。
从图 1 可以看出，改性砂浆 P 和 H 的 28 d 吸水率随着克汰量的增加基本上呈降低的趋势。在克汰掺量为 7 L/m3时，H2 吸水率降低的效果为明显，随着克汰用量的继续增加，吸水率降低比较缓慢，渐趋平缓。这是由于添加了克汰以后，改变了砂浆表面毛细孔的表面张力，形成的水泥基体为疏水基质，其超低吸附能力使砂浆表面达到防水防吸收。此外，分散的悬浮聚合微粒随着水流聚集在毛细孔内，经水压下聚合形成“塞子”堵住毛细孔，从而防止水分的吸收与渗透，因此砂浆的吸水率降低。克汰掺量为 30 L/m3时，由于相同水灰比下改变了减水剂的掺量，导致砂浆内部的含气量增多，其内部的孔隙较前几组多，因此克汰降低吸水率的作用不如前几组明显。
2.5 综合分析
2.5 综合分析
对普通改性砂浆 P 而言，其内部孔隙率相对较多，加入克汰后单一改性试件的体积质量、力学性能、软化系数等均有明显提高。但是克汰对于矿物掺合料改性砂浆 H 的作用更明显（见表 2），故应将克汰用于复合改性砂浆。对复合改性砂浆 H 而言，相比采用 7 L/m3克汰的试件H2 来说，采用 15 L/m3克汰的试件 H3 和采用 30 L/m3的试件H4性能提高不太明显。这是因为矿物掺合料的加入，已明显降低了砂浆的孔隙率，提高了密实性，减小了内部毛细孔体积；加入 7 L/m3克汰后，砂浆内部的孔隙及毛细管进一步减少，且几乎都被疏水堵孔成分堵塞，因此，其内部密实度已接近大值，再增加克汰用量对性能提高的作用已很小。综合考虑克汰对砂浆性能的影响及经济造价，克汰掺量为 7 L/m3时，复合改性砂浆各方面性能较优。
3结 论
（1）复合改性砂浆的合适配比为矿粉 10%、粉煤灰 15%、硅粉 5%、克汰 7 L/m3。按此配比配制的复合改性砂浆 H2 的28 d抗压、抗折强度比普通砂浆 P0 分别提高 16.88%、19.36%。
（2）克汰掺量为 7 L/m3时，复合改性砂浆 H2 的软化系数为 0.868，满足长期处在水中或潮湿环境的重要建筑的要求。
（3）克汰对普通砂浆和复合砂浆的抗渗性均有明显提高，复合改性砂浆 H2 的吸水率比普通砂浆 P0 降低了 48.2%。
（3）克汰对普通砂浆和复合砂浆的抗渗性均有明显提高，复合改性砂浆 H2 的吸水率比普通砂浆 P0 降低了 48.2%。
