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3012 聚合物防腐砂浆
Polymer mortar

    聚合物防水防腐砂浆是由特制的水泥基粉剂和 100C 1 型高分子乳液组成的一种集抗渗、防潮、轻防腐为一体的双组分防水材料,具有极佳抗渗性、粘结性和耐冻融性,再加上其膨胀系数与混凝土高度一致,因而用本产品施工的工程耐久性极好。本品适用于抗震耐磨防水工程以及有一定耐腐蚀要求的特殊防水工程,广泛应用于地铁、铁(公)路隧道、城市地下管线、厨厕、污水处理工程及各种输排水管道。
    特别适用于电厂烟囱、烟道和双曲线冷却塔,具有抗渗、防腐、防水、耐高温,耐烟气、水汽冲刷,不脱落, 10年内不老化。

一、主要特点
    ·无毒、无害、不污染环境,属环保型产品。
    ·可在潮湿基面施工。
    ·与混凝土粘结强度极高,凝固速度快,基层清理简单,省工省时。
    ·抗折性好、早期及后期强度高,耐振动、抗碾压、抗冲击。
    ·耐腐蚀性好,可用于盐度很高的地下工程和废水处理工程。
    ·耐低温性能优良,耐冻融性性能好, 100次冻融循环强度和重量无损失。

二、主要技术指标

检 验 项 目

技术指标

检测结果

凝结时间, min

初凝

≥ 15

57

终凝

≤ 360

114

抗渗性强度, 7d,MPa涂层

≥ 1.2

1.5

粘结强度, 28d,MPa涂层

≥ 2.0

2.89

抗压强度, 28d,MPa涂层

≥ 25

31.2

抗折强度, 28d,MPa涂层

≥ 8

9.5

拉伸强度, 28d,MPa涂层

≥ 3.0

3.87

冻融循环,- 20℃~+20℃,100次

——

强度、重量无损失

耐热性, 170℃,5h

无开裂、起皮、脱落

合格

抗冻性,- 40℃,5h

无开裂、起皮、脱落

合格

干收缩, 90d

——

0.510mm/m

耐化学腐蚀, 180d,

抗压强度保持率, %

工业汽油

≥ 80

99

工业乙醇

≥ 80

105

饱和 Na 2 SO 4 溶液

≥ 80

109

饱和 Na 2 CO 4 溶液

≥ 70

81

0.5% H 2 SO 4 溶液

≥ 80

95

2% HCl溶液

≥ 50

60

饱和尿素溶液

≥ 80

117

饱和 NH 4 CL溶液

≥ 80

86

饱和 NH 4 NO 3 溶液

≥ 80

86

工业氨水

≥ 80

112

2% HNO 3 溶液

≥ 50

61

三、配比及混料方法
    1、配比:粉+乳液,中间加一层耐腐蚀网格布。
    2、混料方法:将称好的粉料放入拌料桶中,开动搅拌器,搅拌至水和粉料充分混合;然后将称好的乳淮和剩余的水全部倒入桶中,继续搅拌成均匀无团块的浆料。

四、使用方法及注意事项
     1、使用方法
基层处理好后,用刮板将配好的湿料刮至基面上,涂层硬化后(手压不留指纹),喷(洒)水养护, 4h后沿交叉方向刮涂第二遍。最后一次刮涂完成后进行48h湿养护。

    2、注意事项
    ·施工前基层用水湿润。
    ·低于 5℃、高于40℃不要施工。
    ·雨天或预计 24h内有雨不要施工

五、聚合物防水防腐砂浆物理力学性能常用指标

试 验 项 目

技 术 指 标

用 途

用于长期浸水环境下的建筑防水工程,粉 3.7kg+液1.8kg

固体含量, % ≥

65

干燥时间

表干时间, h ≤

4

实干时间, h ≤

8

拉伸强度

无处理, MPa ≥

1.8

加热处理后保持率, % ≥

80

碱处理后保持率, % ≥

80

紫外线处理后保持率, % ≥

80

断裂伸长率

无处理, % ≥

80

加热处理, % ≥

65

碱处理, % ≥

65

紫外线处理, % ≥

65

低温柔性, φ 10mm棒

——

不透水性, 0.3MPa,30min

不透水

潮湿基面粘结强度, MPa ≥

1.0

抗渗性(背水面), MPa ≥

0.6

六、聚合物防腐砂浆作业指导书
    1、聚合物砂浆的主要性能及适用范围
    聚合物砂浆是一种新型的混凝土表面修补材料,是以少量水溶性聚合物改性剂,再掺入一定量的活性成分、膨胀成分而配制成的聚合物防渗、防碳化、防腐砂浆。由于聚合物及活性成分的掺入,改善了聚合物水泥砂浆的物理、力学及耐久性能。主要体现在:
    (1)活性作用。聚合物乳液中有表面活性剂,能够起减水作用。同时对水泥颗粒有分散作用,改善砂浆和易性,降低用水量,从而减少水泥的毛细孔等有害孔,提高砂浆的密实性和抗渗透能力。
    (2)桥键作用。聚合物分子中的活性基因与水泥水化中游离的 Ca 2+ 、 A1 3+ 、 Fe 2+ 等离子进行交换,形成特殊的桥键,在水泥颗料周围发生物理、化学吸附,成连续相,具有高度均一性,降低了整体的弹性模量,改善了水泥浆物理的组织结构及内部应力状态,使得承受变形能力增加,产生微隙的可能性大大减少。即使产生微裂隙,由于聚合物的桥键作用,也可限制裂缝的发展。
    (3)充填作用。聚合物乳液迅速凝结,形成坚韧、致密的薄膜,填充于水泥颗粒之间,与水泥水化产物形成连续相填充空隙,隔断了与外界联系的通道。
    总之,聚合物的活性作用、桥键作用、充填作用改善了硬化水泥浆体的物理结构及内应力,降低了整体的弹性模量、减少用水量、改善了硬化水泥浆体内部毛细孔等有害孔,从而提高了砂浆的粘结、抗裂、抗渗及抗腐蚀等性能。与普通砂浆相比,聚合物砂浆具有抗拉强度高、拉压弹性模量低、干缩变形小、抗冻、抗渗、抗冲耐磨,与混凝土粘结强度高,具有一定的弹性,抗裂性能高。与环氧砂浆相比,还具有施工工艺简单、操作方便、无毒、成本低(是环氧砂浆的 1/3 ~ 1/5 )等优点。适用于水工、港工、公路、交通及地下工程的混凝土建筑物因碳化、空蚀、冻融破坏及化学侵蚀而引起的混凝土表层开裂、剥蚀等混凝土表面修补,可直接用于防渗、防腐、防碳化工程,也可用于建筑瓷砖粘贴和卫生间防渗。

    2、聚合物砂浆施工及质量控制
    采用聚合物砂浆进行修补加固处理时,应根据当地的气候条件、工程特点及施工进度合理组织施工。施工流程为:旧混凝土凿毛 → 喷砂(或用钢刷)除锈(污) → 涂刷钢筋防锈剂 → 用清水冲洗饱和 → 基面涂刷界面剂 → 抹聚合物砂浆 → 养护 → 涂防碳化剂。

    (1)基底处理
    ① 凿毛。为确保聚合物砂浆与基底混凝土具有良好的粘结,一般用钢丝刷或喷砂方法清除表面浮层污物(有油漆或油脂污染部位用丙酮洗刷)。如基面松动严重,应采用人工凿毛方法,凿掉破损的混凝土,使基底露出坚硬、牢固的混凝土面,凿毛必须彻底全面,但也不宜深度过大,以免破坏了未碳化和损破的混凝土。如果钢筋锈蚀外露,还应对钢筋表面进行除锈,并涂刷钢筋防锈剂。
    ② 饱和。对凿除的混凝土表面,采用高压水枪(采用饮用水)将碎屑、灰尘冲洗干净,并连续、均匀地喷洒,使表层混凝土达到饱和状态,且表面无明水。
    (2)砂浆的配制
    根据选用的原材料、设计技术及施工和易性要求事先进行试拌。现场可用砂浆搅拌机拌和或人工拌和,其各组分的配比用量必须严格控制。
    先将称好的水泥、砂搅拌均匀,再将称好的改性乳液、活性剂及其他外加剂和水混合后加入,充分搅拌均匀即可。各组分配比必须严格控制。若人工拌和,宜在铁皮板上进行,以防止拌和水流失,造成因砂浆水灰比改变而影响砂浆的和易性,拌和水应采用饮用水。
    每次拌和砂浆的方法应根据砂浆施工的进度确定。拌和成的砂浆存放的时间不宜超过 45min 。若拌成砂浆未及时使用而出现干硬现象,不能再加水重新拌和,应舍弃不用。
    (3)施工
    ① 界面剂的涂刷。抹砂浆之前,在工作基面上涂刷聚合物界面改性剂,涂刷时应均匀,不得有漏涂、流淌。
    ② 砂浆抹面施工。待界面剂用手触摸感到似粘非粘时,应立即抹砂浆,可采用机械喷涂或人工压抹,操作速度要快,且朝一个方向,一次用力抹平,避免反复抹。
    ③ 如修补厚度超过 3cm 时,应分层施工。层与层之间应间隔4h ;对于破坏较深的部位(大于5cm),可先采用聚合物混凝土进行修补,养护 3 ~ 5d 后,再抹砂浆。
    砂浆适宜在 5 ~ 30 ℃ 的环境温度下进行施工。如环境温度超出此范围,应根据实际情况对材料及配比进行调整。
    (4)养护
    用砂浆抹面后,应及时采用人工洒水并用塑料布或湿麻袋覆盖养护,避免砂浆产生干缩裂缝,潮湿养护 48h 后,再涂刷防碳化剂,自然潮湿养护 5d 。
    (5)施工控制
    ① 为保证砂浆的施工质量,必须建立、健全质量保证体系。施工人员应严格按操作程序,对各道工序进行检查验收。
    ② 砂浆层外观平整,层面与基底结合牢靠。
    ③ 在施工过程中,按设计要求进行现场抽样检验,必要时可现场进行钻孔取芯试验,以检查其效果。

    3 、注意事项
    (1)清理基面,凿除破损、松动的混凝土,喷砂(或用钢刷)除锈和油污,使外露钢筋表面无锈蚀,且混凝土表面粗糙。
    (2)抹砂浆前 2h ,用饮用水冲洗待修补部位,使混凝土表面处于饱和状态,但表面不能有明水。
    (3)人工修补时,无论采用机械喷涂还是人工抹砂浆,应朝一个方向使用抹刀,并且尽量一次抹完,避免来回抹。如修补厚度超过 3cm 时,应分层抹,层与层之间应间隔 3 ~ 4h ,每层厚度不超过 2cm 。
    (4)修补砂浆养护 48h 后再涂混凝土防碳化剂。

[ 应用实例 1]

聚合物砂浆在混凝土表面的修复与加固

某一定农场混凝土建筑物进行了全面调查,并用回弹仪测验了建筑物的混凝土强度,用酸酞试液测验了碳化深度。通过调查发现,现有混凝土建筑物耐久性不良,其主要表现在:
( 1 )混凝土碳化和裂缝问题普遍存在;
( 2 )沿海地区钢筋混凝土结构受氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀严重;
( 3 )临水混凝土表面冻融松散剥落破坏;
( 4 )混凝土表面冲磨破坏、机械磨损、磨蚀破坏以及化学侵蚀;
( 5 )碱骨料反应破坏等。这些问题严重影响混凝土建筑物寿命和外观,甚至危及混凝土建筑物的正常运行和安全。为了提高混凝土建筑物的耐久性,延长建筑物的使用寿命,其后笔者对农场内的 3 座大梁混凝土剥落且有露筋现象的公路桥。 15 座出现大面积混凝土碳化且钢筋锈蚀严重的农田排灌泵站的工作桥, 5 座出现大面积混凝土剥落,碳化和钢筋锈蚀严重的节制闸机架桥等工程采用聚合物砂浆进行修补加固,总面积达 3050m 2 ,防碳化喷涂面积约 3400m 2 。经过现场检查验收,没有发现因材料或施工原因而出现裂缝现象,防碳化涂层没有发现脱落现象。在施工中,曾对只有 3d 龄期修补砂浆进行凿除检查,结果凿除的砂浆普遍能粘下老混凝土面。经过 2a 的多次运行,没有发现脱落和出现裂缝现象,这说明聚合物砂浆是一种理想的修补材料。

聚合物砂浆的主要性能及适用范围
聚合物砂浆是一种新型的混凝土表面修补材料,是以少量水溶性聚合物改性剂,再掺入一定量的活性成分,膨胀成分而配制成的聚合物防渗、防碳化、防腐砂浆。由于聚合物及活性成分的掺入,改善了聚合物水泥砂浆的物理,力学及耐久性能。主要体现在:
( 1 )活性作用。聚合物乳液中有表面活性剂,能够起到减水作用。同时对水泥颗粒有分散作用,改善砂浆和易性,降低用水量,从而减少水泥的毛细孔等有害孔,提高砂浆的密实性和抗渗透能力。
( 2 )桥键作用,聚合物分子中的活性基因与水泥水化中游离 Ca2+ 、 Al3+ 、 Fe2+ 等离子进行交换,形成特殊的桥键,在水泥颗粒周围发生物理、化学吸附、成连续相,具有高度均一性,降低了整体的弹性模量,改善了水泥浆物理的组织结构及内部应力状态,使得承受变形能力增加,产生微隙的可能性大大减少。即使产生微裂隙,由于聚合物的桥键作用,也可限制裂缝的发展。
( 3 )充填作用。聚合物乳液迅速凝结,形成坚韧、致密的薄膜,填充于水泥颗粒之间,与水泥水化产物形成连续相填充空隙,隔断了与外界联系的通道。
总之,聚合物的活性作用,桥键作用,充填作用改善了硬化水泥浆体的物理结构及内应力,降低了整体的弹性模量,减少用水量、改善了硬化水泥浆体内部毛细孔等。
可以看出,与普通砂浆相比,聚合物砂浆具有抗拉强度高、拉压弹性模量低、干缩变形小、抗冻、抗渗、抗冲耐磨、与混凝土粘结强度高,具有一定的弹性、抗裂性能高。与环氧砂浆相比,还具有施工工艺简单、操作方便、无毒、成本低(是环氧砂浆的 1/3~1/5 )等优点。适用于水工、港工、公路、交通及地下工程的混凝土建筑物因碳化、空蚀、冻融破坏及化学侵蚀而引起的混凝土表层开裂、剥蚀等混凝土表面薄层修补,可直接用于防渗、防腐、防碳化工程、也可用于建筑瓷砖粘贴和卫生间防渗。

聚合物砂浆施工及质量控制

采用聚合物砂浆进行加固处理时,应根据当地的气候条件、工程特点及施工进度合理组织施工。施工流程为:旧混凝土凿毛 → 喷砂(或用钢刷)除锈(污) → 涂刷钢筋防锈剂 → 用清水冲洗饱和 → 基面涂刷界面剂 → 抹聚合物砂浆 → 养护 → 涂防碳化剂。

1 、基底处理
( 1 )凿毛。为确保聚合物砂浆与基底混凝土具有良好的粘结,一般用钢丝刷或喷砂方法清除表面浮层污物(有油漆或油脂污染部位用丙酮洗刷)。如基面松动严重,应采用人工凿毛方法,凿掉破损的混凝土,使基底露出坚硬、牢固的混凝土面,凿毛必须彻底全面,但也不宜深度过大,以免破坏了未碳化和损破的混凝土。如果钢筋锈蚀外露,还应对钢筋表面进行除锈,并涂刷钢筋防锈剂。
( 2 )饱和。对凿除的混凝土表面,采用高压水枪(采用饮用水)将碎屑、灰尘冲洗干净,并连续、均匀地喷洒,使表层混凝土达到饱和状态,且表面无明水。

2 、砂浆的配制
根据选用的原材料,设计技术及施工和易性要求事先进行试拌。现场可用砂浆搅拌机拌和或人工拌和,其各组分的配比用量必须严格控制。
先将称好的水泥,砂搅拌均匀,再将称好改性乳液、活性剂及其他外加剂和水混合后加入,充分搅拌均匀即可,各组分配比必须严格控制。若人工拌和,宜在铁皮板上进行,以防止拌和水流失,造成因砂浆水灰比改变而影响砂浆的和易性,拌和水应采用饮用水。
每次拌和砂浆的方法应根据砂浆施工的进度确定。拌和成的砂浆存放的时间不宜超过 45min 。若拌成砂浆未及时使用而出现干硬现象,不能再加水重新拌和,应舍弃不用。

3 、施工
( 1 )界面剂的涂刷。抹砂浆之前,在工作基面上涂刷聚合物界面改性剂,涂刷时应均匀,不得有漏涂、流淌。
( 2 )砂浆抹面施工。待界面剂用手摸感到似粘非粘时,应立即抹砂浆,可采用机械喷涂或人工压抹,操作速度要快,且朝一个方向,一次用力抹平,避免反复抹。
( 3 )如修补厚度超过 3cm 时,应分层施工。层与层之间应间隔 4h ;对于破坏较深的部位(大于 5cm ),可先采用聚合物混凝土进行修补,养护 3 ~ 5d 后,再抹砂浆。
砂浆适宜在 5 ~ 30 ℃ 的环境温度下进行施工。如环境温度超出此范围,应根据实际情况对材料及配比进行调整。

4 、养护
用砂浆抹面后,应及时采用人工洒水并用塑料布或湿麻袋覆盖养护,避免砂浆产生干缩裂缝,潮湿养护 48h 后,再涂刷防碳化剂,自然潮湿养护 5d 。

5 、施工控制
( 1 )为保证砂浆的施工质量,必须建立,健全质量保证体系,施工人员应严格按操作程序,对各道工序进行检查验收。
( 2 )砂浆层外观平整,层面与基底结合牢靠。
( 3 )在施工过程中按设计要求进行现场抽样检验,必要时可现场进行钻孔取芯试验,以检查其效果,施工注意事项。
1 )清理基面,凿除破损,松动的混凝土,喷砂(或用钢刷)除锈和油污,使外露钢筋表面无锈蚀,且混凝土表面粗糙。
2 )抹砂浆前 2h ,用饮用水冲洗待修补部位,使混凝土表面处于饱和状态,但表面不能有明水。
3 )人工修补时,无论采用机械喷涂还是人工抹砂浆,应朝一个方向使用抹刀,并且尽量一次抹完,避免来加抹。如修补厚度超过 3cm 时,应分层抹,层与层之间应间隔 3 ~ 4h ,每层厚度不超过 2cm 。
4 )修补砂浆养护 48h 后再涂混凝土防碳化剂。

结论
聚合物砂浆是一种质量可靠,价格低廉,施工方便,而且无毒环保性修补材料,可以提高混凝土的耐久性,延长建筑物的使用寿命,可以防止混凝土病害的继续扩大,对新建混凝土工程采取预防性措施。
聚合物砂浆具有粘结强度高,干缩变形小,抗压模量低,抗氯离子和硫酸盐离子侵蚀能力强的特点,而且可显著提高护筋阴锈能力,还具有一定的补偿收缩性能,采用聚合物砂浆进行修补加固处理时,应根据当地的气候条件,工程特点及施工进度合理组织施工。

耐腐蚀砂浆在浓盐水中性能研究

  钢筋混凝土建筑物由于环境中各种盐类的侵入,导致混凝土发生物理、化学腐蚀或其中钢筋发生电化学腐蚀而过早破坏。如处于氯盐污染环境中的沿海码头、涵闸、滨海电厂等港口水工建筑物往往 10 多年时间就因钢筋腐蚀而胀裂破坏。近年来,随着海洋资源的进一步开发利用,耐盐碱腐蚀高速公路桥的开发建设,以及西部盐碱地的开发,我国将面临着更多处于高浓度盐水环境中的钢筋混凝土建筑物,依次发生的各种病害将更为严峻。因此了解混凝土材料耐盐水腐蚀性能和环境适应性,对于延长建筑物寿命、降低经济损失具有十分重要的意义。
   丙乳砂浆 ( 或混凝土 ) 具有优异的粘结、防渗、抗氯离子渗透等性能,能有效阻止水、氯离子的侵入,目前在港工、水工等钢筋混凝土建筑物上得到广泛应用。本课题通过对丙乳砂浆等材料在浓盐水干湿交替条件腐蚀性能的试验研究,为其在高浓度盐水环境巾的应用提供技术依据。

1 、试件制作
1.1 原材料
P · O32.5 普通硅酸盐水泥;河砂;丙烯酸共聚乳液 ( 丙乳 ) ;硅粉; FDN 减水剂。

1.2 试件成型
  试验设计了普通水泥砂浆 ( 对比组 ) 、丙乳砂浆和硅粉高密度砂浆 3 种技术条件的砂浆试件,配合比见表 1 。
   试件成型和养护按《水运工程混凝土试验规程》 (JTJ 270 — 98) 和《聚合物改性水泥砂浆试验规程》 (DL / T 5126 — 2001) 进行。测量氯离子渗入量的试件尺寸为 10cm × 10cm × 10cm ,粘结强度试件为 5cm × l 0cm × l 0cm 块石和 5cm × l 0cm × l 0cm 的砂浆组成,其余试验项目试件的尺寸为 4cm × 4cm × 16cm ,采用人工拌和,试件成型后,放置 24h ,然后放入标准养护室养护 28d ,取出测量砂浆试件抗压、抗折及与块石粘结强度 ( 如表 1) ,并进行各项防腐蚀性能试验。

2 、试验条件和方法
2.1 试验条件
   腐蚀介质:浓度为 3 倍人造海水 ( 含盐量 10.5 % ) 的高浓度盐水;试验条件:试件浸泡在 (50 ± 1) ℃的盐水中,水分全部蒸发盐结晶析出为 1 个周期 ( 约为 20d) ,铲掉结晶盐重新换上新盐水,如此反复。

1 砂浆的配合比

Table 1 Mortar mix

技术条件

水泥

丙乳

28d 强度 /MPa

抗压

抗折

粘结

普通组

0.45

1

0

2

49.4

10.5

1.89

丙乳组

0.07

1

0.3

2

52.5

13.6

2.55

硅粉组

0.38

1

0

2

60.2

11.3

2.19

注:硅粉组高效减水剂( FDN )为 0.01 ,硅粉为 0.04

2.2 试验方法
   在含盐腐蚀环境中,盐水中有害离子渗入,并在砂浆内部结晶或与砂浆某些组分反应生成膨胀性或无胶凝性产物是砂浆试件破坏的主要原因。伴随着砂浆与环境介质的物理或化学反应,砂浆强度、质量、体积、吸水率等性能将发生改变,测量试验过程中的这些性能变化,就能了解各技术条件砂浆抗腐蚀性能的状况。

2.2.1 氯离子渗透量
   在氯盐环境中,氯离子侵入导致钢筋锈蚀是钢筋混凝土破坏的主要原因。所以测量渗入到砂浆中游离氯离子含量及渗透深度直接反映砂浆的防腐蚀能力。
   试件养护完毕晾干后,留一面作为氯离子渗透面,其余五面用混凝土底漆加环氧树脂封闭,固化 1 周后投入加速腐蚀试验。一定试验周期时,钻取 5 个深度层 ( 每层 10cm ) 的砂浆粉样,按“规程” (JTJ270 — 98)7.16 方法测定粉样中游离氯离子含量。

2.2.2 吸水率
   吸水率的大小可以反映砂浆密实性和抗渗性的好坏。在腐蚀试验过程中,盐水中有害离子的渗入,在砂浆内发生物理、化学反应后,会导致孔结构的变化而使砂浆吸水率发生改变,在试验前和一定试验周期时,按“规程” (JTJ 270 — 98) 规定方法,测定砂浆试件吸水率,并将结果与同条件淡水中的试件进行对比。

2.2.3 质 量
   试件养护完毕后,洗净、烘干、冷却称重,进行加速腐蚀试验,一定试验周期后,取出、冲洗干净烘干,、冷却称重,计算质量变化率。

2.2.4 强 度
   在试验前和一定试验周期后,按“规程” (JTJ 270 — 98) 测定试件的抗压、抗折及与块石粘结强度,结果与同条件淡水中的试件进行对比,计算强度腐蚀耐腐蚀系数。

2.2.5 体积膨胀
  在试件长、宽两个方向四个侧面的中心处,用环氧树脂粘贴不锈钢测头,在每一试验周期用精度为 0.01mm 的电子数显卡尺测量试件两个方向上的长度变化,计算试件长度变化率。

2.2.6 微观结构和矿物组成
   腐蚀试验结束后,将试件烘干,取其浆体,制成约 1cm 2 的样品,用扫描电镜/能谱仪 (SEM / EDS) 观察其显微结构,分析水泥浆体中矿物组成,以研究试件性能劣化原因。

3 、试验结果与分析
3.1 氯离子渗透量


  测量了砂浆试件 3 、 6 和 10 个试验周期时不同深度层中氯离子含量,其中 10 个周期 (169d) 时的氯离子分布如图 1 所示。

  结果表明,在 3 次测量中,氯离子在丙乳砂浆和硅粉砂浆中渗透量和渗透深度均明显小于普通砂浆。其中丙乳砂浆各层氯离子含量均小于普通砂浆,如 10 个周期 (169d) 时,第一层和第二层中氯离子含量仅为同层普通砂浆的 24 %和 7 %;硅粉砂浆虽然第一层的氯离子含量随着试验时间的延长逐渐超过了普通砂浆,但内部氯离子含量要低得多,如 169d 时,第二层中氯离子含量仅为同层普通砂浆的 10 %。
   氯离子渗透及分布规律表明,两种改进砂浆特别是丙乳砂浆具有优越的抵抗氯离子侵入的能力。

3.2 吸水率
   在试验过程中砂浆试件吸水率的变化如图 2 。由图 2 可见,丙乳砂浆的吸水率显著低于另外 2 组砂浆的吸水率,试验前 (28d 龄期 ) 丙乳砂浆吸水率是 0.44 %,仅为普通砂浆吸水率 (8.06 % ) 的 5 %,并且在以后的试验期间,一直保持非常低的水平。这表明,丙乳砂浆具有较高的密实度和优越的抗渗性能。

  从 3 种试件在试验过程中吸水率的发展来看,在淡水中,由于水化作用的继续,吸水率均有不同程度的下降,但在盐水中吸水率下降更多。两者之间的差是由于盐水中离子的渗入,在孔隙内的物理结晶或与水化产物反应生成新的物质填充了部分孔隙的原因。普通砂浆吸水率在两种水中差距最大,试验 104d 时,两者差距达到 2.89 %,分别是硅粉砂浆 (0.57 % ) 和丙乳砂浆 (0.03 % ) 的 5 倍和 96 倍,说明普通砂浆中的离子渗入量最多。丙乳砂浆的吸水率在盐、淡水中随试验时间变化曲线几乎重叠,即两者保持基本一致的发展趋势,表明丙乳砂浆的吸水率基本不受盐水的影响,盐水中各种离子难以渗入丙乳砂浆。
   吸水率结果表明,在试验期间内,普通砂浆在盐水的侵蚀下离子渗入量最多,而丙乳砂浆的密实度高,盐水中有害物质基本没有渗入。

3.3 质量变化
3 种砂浆试件在盐水及淡水中试验 10 个周期后的质量变化率如表 2 所示。由表 2 可见,普通砂浆试件在经过热盐水干湿交替 10 个周期后,质量有了明显的增加,平均增加率达到 5.70 %,比相应淡水条件下试件 (1.03 % ) 增加了 4.5 倍。而其他两种改进砂浆在盐水中质量变化很小,且与淡水中对应试件变化情况相近。因此,同样可以认为由盐水中渗入普通砂浆试件的物质较多。

2 试验 10 个周期后试件质量变化率

Table 2 The mass change rate of specimen

after testing for 10 cycles

试验

普通组

丙乳组

硅粉组

盐水

5.70

-0.18

0.54

淡水

1.03

-0.51

0.34

  10 个周期热盐水干湿交替腐蚀试验后,砂浆的抗折强度腐蚀系数、抗压强度腐蚀系数、粘结强度腐蚀系数如表 3 所列。

3 砂浆强度腐蚀系数

Table 3 Corrosion coefficient Of mortar Strength

试件

抗压强度腐蚀系数

抗折强度腐蚀系数

粘结强度腐蚀系数

6 个周期

10 个周期

6 个周期

10 个周期

10 个周期

普通组

1.05

0.90

1.27

1.31

0.58

丙乳组

1.00

0.99

1.06

1.02

0.95

硅粉组

1.00

1.03

1.17

0.96

1.00

  由表 3 可看到, 3 种试件的 3 类强度腐蚀系数随时间的发展趋势有所不同;在 169d 试验时间内,丙乳砂浆的 3 类强度腐蚀系数一直保持在 1 左右,即盐水试件的强度发展基本与淡水试件一致,表示强度基本不受盐水影响,抗盐水腐蚀能力强。硅粉组抗折强度腐蚀系数有一定程度变化,抗压强度腐蚀系数和粘结强度腐蚀系数也为 1 左右。而普通砂浆组的 3 类强度腐蚀系数均有显著改变,在盐水干湿 169d 时,抗折强度腐蚀系数为 1.31 ,但抗压强度腐蚀系数已降为 0.90 ,粘结强度腐蚀系数已降为 0.58 ,说明试件由于盐水中离子的渗入,并在试件内部物理堆积或生成产物,虽尚未出现膨胀开裂,但抗压强度和粘结强度已显著低于淡水试件,砂浆由于盐水侵蚀而遭到了腐蚀破坏。

3.5 长度变化率


   3 种砂浆试件在热淡、盐水干湿交替腐蚀过程中的长度变化率试验结果表明,在整个试验期间,丙乳砂浆和硅粉砂浆试件两个方向的长度变化率在盐水和淡水中基本一致,盐水侵蚀尚没有引起这两类砂浆发生膨胀变化。而普通砂浆试件的纵向长度在整个试验期内虽没有变化,但横向长度在盐水中试验约 8 个周期 (140d) 后己开始增加,横向发生了轻微的膨胀 ( 图 3) 。

  以上各项性能试验结果表明,与普通砂浆相比,丙乳砂浆由于密实度高,显著降低环境介质中有害物质的渗透,提高了抗盐水侵蚀能力,适合于浓盐水侵蚀环境使用。

3.6 微观结构分析
   由普通砂浆在淡水中干湿交替 10 个周期后水泥浆体的形貌及成分分析结果看出,在该浆体中只存在 C — S — H 凝胶和少量 Ca(OH) 2 晶体两种水化产物。在普通砂浆在盐水中浸泡 10 个周期后水泥浆体的 SEM 照片 ( 图 4) 发现,除 C — S — H 凝胶和 Ca(OH) 2 晶体外,还有另一种 6 方片状晶体物质存在。其 EDS( 图 5) 表明,该物质主要由 Ca 、 Al 、 Cl 等元素组成,根据形貌和成分可推测该物质是水化铝酸钙与渗入的氯离子反应生成的氯铝酸钙。

  对于硅粉砂浆而言,淡水试件浆体中存在 C-S-H 凝胶、少量片状 Ca ( OH ) 2 晶体及微量针状钙钒石晶体,而盐水试件浆体中发现含有氯离子的 C — S — H 凝胶、少量片状, Ca(OH) 2 晶体及氯铝酸钙晶体,这表明盐水中的氯离子已渗入砂浆,并取代了原来钙钒石中的硫离子以及与浆体中的水化铝酸钙发生化学反应生成了氯铝酸钙晶体,从而导致了其性能的改变。而丙乳砂浆在淡水和盐水两种介质中干湿交替试验后,均只有 C — S — H 凝胶和少量 Ca(OH) 2 晶体两种水化产物,表明盐水尚没有对丙乳试件产生影响。  微观结构检测结果表明,在浓盐水侵蚀作用下,普通砂浆试件性能发生变化是由于盐水中氯离子、钠离子渗入,在内部物理堆积及氯离子与水化产物发生化学反应所致。

4 、结 论
1) 在热盐水干湿交替的腐蚀过程中,普通混凝土由于盐水中氯离子和钠离子的渗入,并在混凝土内发生物理或化学反应生成新的物质,使普通砂浆吸水率、质量发生明显变化;其抗压强度、粘结强度明显下降,体积也出现了轻微的膨胀,表明在盐水作用下普通砂浆混凝土发生了腐蚀。
2) 丙乳砂浆密实度高,具有优异的阻止环境介质中氯离子的渗透能力,吸水率仅为普通砂浆的 5 %,氯离子侵入量仅为普通砂浆的 10 %左右。因而具有优异的抗浓盐水腐蚀能力。



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