。探讨了SWF的作用机理，研究了SWF掺量对砂浆粘接强度、压缩强度、弯折强度和抗冻融能力等影响。实验结果表明，当w(SWF)≥20%时(占干聚合物改性砂浆的质量分数)，其综合性能得到显著改善。

0 前言

    可再分散性乳胶粉(SWF)的研究始于1934年德国的聚醋酸乙烯酯(PVAc)类胶粉和二战期间日本的粉末乳胶，它是由高分子聚合物乳液经喷雾干燥和后续处理等工序制备而成的粉状热塑性树脂，通常为白色粉末。由于其在增加干拌砂浆的内聚力、粘聚力和柔韧性等方面表现出优异的性能，因而在聚合物水泥基、石膏基等建筑材料中得到广泛应用。SWF的主要品种有均聚物(如VAc类)和共聚物(如VAc/乙烯类、VAc/叔碳酸乙烯酯/丙烯酸类)等，目前应用较广泛的产品为VAc/乙烯类共聚物，其在全球领域占有领先地位，并代表了SWF的技术特性，也是目前砂浆改性的最佳技术解决方案。

    当前国内对SWF的研发总体上尚处于起步阶段。山西三维集团股份有限公司引进国外先进设备，通过自主研发，于2005年已成功推出SWF-01、SWF-04和SWF-05等系列产品，并在工程应用中取得了良好的效果。本研究主要探讨了SWF的作用机理及其对砂浆强度和其它力学性能的影响。

1 实验部分

    1.1实验原料

    可再分散性乳胶粉(SWF-05)，工业级，山西三维集团股份有限公司；羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)，工业级，上海惠广精细化工有限公司；水泥(42.5#)，工业级，太原狮头水泥厂；石英砂(40～70目)，工业级，夏县水头石英砂厂；重钙(250目)，工业级，浙江湖州重钙粉厂。

    1.2实验仪器

    DY-208型全自动水泥强度试验机，无锡东仪制造有限公司；LBY-2L型拉拨仪，中国建筑材料检验认证中心。

    1.3实验制备

    1.3.1改性砂浆配方

    以干砂浆粉料的质量分数计，各物料配比为w(HPMC)=0.2%，w(水泥)=30%，w(石英砂)=60%，w(重钙)=0.5%，SWF掺量如表1所示。

    1.3.2试样制备

    按照配方称取各种物料，混合均匀后加入20%的水搅拌3min，静置10min，继续搅拌3~5min得到新拌砂浆。在水泥基标准试块上分别制作40mm×40mm×5mm凸块试样6组、40mm×40mm×160mm压缩强度、弯折强度试样9组。

    1.4性能测试

    粘接强度、弯折强度、压缩强度和抗冻融能力，按照DBJ-63-2002标准进行测定。

2 结果与讨论

    2.1 SWF及其改性砂浆的特性及作用机理SWF主要由聚合物树脂、内外添加剂、保护胶体和抗结块剂等组成。各组分的特性及作用机理为：①聚合物树脂位于胶粉颗粒的核心部分，也是SWF发挥作用的主要部分；②内添加剂起着改性树脂的作用(如降低树脂的成膜温度等)；③外添加剂是为了进一步拓宽SWF性能而添加的助剂(如在某些助流的胶粉中添加超级减水剂等)；④保护胶体是在SWF颗粒表面包裹的一层亲水性物质，绝大多数为聚乙烯醇(PVA)；⑤抗结块剂是一种细矿物填料，主要作用是防止在储运过程中胶粉结块。

    本实验采用的白色SWF-05，具有较好的流动性、再分散后粒度均匀且分散性良好等特点。该乳胶粉颗粒与水混合后，可以恢复到原始乳液状态，并保持有机胶粘剂所具有的特性与功能。SWF在砂浆中的作用受水泥水化过程和成膜过程的控制。水泥水化和乳胶粉成膜的复合体系形成过程分四个步骤完成：①当乳胶粉与水泥砂浆搅拌均匀后，再分散后的细小聚合物颗粒可均匀地分散在浆体中。②通过水泥的初期水化逐渐形成水泥凝胶，液相被水化过程中形成的氢氧化钙所饱和，而聚合物颗粒沉积在水泥凝胶/未水化水泥颗粒混合物的部分表面。③随着水泥的进一步水化，毛细孔中的水分减少，聚合物颗粒逐渐被限制在毛细孔中，在水泥凝胶/未水化水泥颗粒混合物和骨料表面形成紧密的堆积层。④在水化反应、基层吸收和表面蒸发等作用下，水分进一步减少，已形成的堆积层聚集成为连续薄膜，将水化反应产物粘接在一起形成一个完整的网状结构。水泥水化和SWF成膜形成的复合体系，其共同作用的结果可使砂浆的性能得到明显改善。

    2.2 SWF改性砂浆的粘接强度在(23±1)℃、湿度为(50±10)%的标养条件下，SWF掺量对改性砂浆粘接强度的影响如表2所示。

    由表2可知，在砂浆中掺入少量的SWF，可以明显改善砂浆的粘接强度；当w(SWF)=0.5%时，标养7d的粘接强度比未掺加SWF的空白砂浆标养28d的粘接强度还要高；随着SWF掺量的增加，粘接强度持续增长，当w(SWF)≥2%时粘接强度的增长幅度较大。

    2.3 SWF改性砂浆的弯折强度和压缩强度

    表3列出了SWF改性砂浆弯折强度、压缩强度和压折比的测试结果。

    由表3可知，改性砂浆的压缩强度和弯折强度都随着SWF掺量的增加而增大；掺加了SWF后，改性砂浆的压折比均有所降低(＜3.0)，即柔韧性均得到明显改善。这是由于将SWF掺入水泥砂浆中具有一定的减水作用，并且减水率随着其掺量的增加而增大；另外聚合物与水泥形成的互穿网络结构，加强了物料之间的粘接，堵塞了砂浆内的部分孔隙。因此，硬化后聚合物改性砂浆的性能得到改善。

    2.4 SWF改性砂浆的抗冻融能力将试样在(23±1)℃、湿度为(50±10)%的条件下标养14d后，其抗冻融能力的测试结果如表4所示。

    由表4可知，SWF可以显著改善砂浆的抗冻融能力；随着SWF掺量的增加，改性砂浆的抗冻融能力逐渐提高。这是由于SWF具有一定的引气作用，根据相关经验得知，当w(SWF)=10%时(占聚合物砂浆质量分数)，引气量为3%。将其掺入体系中可在砂浆中产生适量均匀、稳定而封闭的气泡，并且这些气泡可均匀分布在砂浆中。当孔隙内自由水冻结时，气泡被压缩，从而明显减轻了冰冻给孔隙带来的膨胀压力；当冰冻自由水融化时这些气泡可恢复原状。因此，孔隙内的自由水反复冻融后，不会对孔壁产生很大的压力。另外，这些气泡起到了类似滚动的效应，可使混凝土的流动性明显改善；在水泥等用量不变的情况下，可以弥补部分因引气作用而导致的强度损失，从而获得了良好的抗冻融能力。

3 工程应用

    2006年5月在大连兰天混凝土搅拌站配制SWF-05聚合物改性砂浆，并将其用于哈尔滨市西环高速路面的修补；养护7d后，对修补砂浆进行铣刨、凿除检查。结果表明，凿除的砂浆可粘接旧混凝土；被修复的高速路面，至今工程状况良好，没有出现砂浆脱落、裂缝等现象。该修补砂浆的施工配比为m(水泥)∶m(石英砂)∶m(SWF-05)∶m(水)=1∶2∶0.05∶0.4。

4 结论

    (1)由于SWF具有良好的分散性和成膜性，故可明显改善水泥砂浆的粘接性能。

    (2)在保持砂浆用水量不变的情况下，利用SWF的减水作用，改性砂浆的柔韧性随着SWF掺量的增加而得到改善。

    (3)利用SWF的引气作用，可明显改善水泥砂浆的孔隙结构，并且总孔隙率随着SWF掺量的增加而提高；由于增加的主要是闭孔结构的、互不相连的微小细孔，故改性砂浆的抗冻融能力明显提高。

    (4)工程应用实例表明：SWF-05及其改性砂浆的综合性能良好，可进一步推广应用。