摘要：基于可再分散乳胶粉的优异性能和应用前景，采用自制可分散乳胶粉，研究了可再分散乳胶粉对混凝土工作性、力学性能、碳化深度、氯离子渗透的影响规律。结果表明：混凝土中掺入可再分散乳胶粉后，随着乳胶粉掺量的增加，混凝土的含气量和坍落度随之增加，混凝土容重随之降低；混凝土的抗压强度随之下降，抗折强度随之增加，弹性模量随之下降；此外，可再分散乳胶粉的掺入，混凝土中的电通量以及碳化深度均随胶粉掺量的增加而减少，使得混凝土的耐久性得以明显的改善。
关键词：乳胶粉；混凝土；工作性；碳化；氯离子渗透
Abstract: Based on the re-dispersible latex powder excellent performance and application prospects, this paper uses the self-made dispersible emulsion powder, studies the re-dispersible latex powder effect rule on the concrete workability, mechanical properties, carbonation depth and chloride ion penetration. The results show that: after incorporating the redispersible emulsion powder, with the emulsion powder content increasing, the gas content and slump increases, concrete density decreases; its compressive strength decreases, bending strength increases and the elastic modulus decreases; in addition, doping the re-dispersible latex powder, concrete electric flux and the carbonation depth increase with the rubber powder content, which improve obviously the concrete durability.
Key words: latex powder; concrete; workability; carbonation; chloride ion penetration
中图分类号：TL372+.3文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1 引言
建筑业是除工业和交通，排在第三位的耗能大户，节能潜力巨大，怎样提高建筑物的耐久性、建筑节能型建筑现在已经吸引了越来越多的目光。无论是对于新建建筑还是改造建筑，干拌砂浆都是施工中不可或缺的重要成分，能大幅度降低建筑的二次施工率，在不断提高人们居住环境舒适度的同时，降低建筑耗能总量，有效缓解能源的供需矛盾。可再分散乳胶粉是干拌砂浆中的核心技术，因其具有良好的粘接、防水、耐候性能及变形适应性[1]，有着广阔的应用前景，如：瓷砖粘结剂[2]、自流平砂浆[3]和外墙外保温系统[4]。
目前国内关于可再分散乳胶粉的研究正逐步地受到重视，有关可再分散乳胶粉的性能研究显得尤为重要。本文采用自制可分散乳胶粉，研究了其对混凝土工作性、力学性能、碳化深度、氯离子渗透的影响规律，为可再分散乳胶粉在混凝土实际工程中的应用提供参考。
2 试验原材料、配合比及试验方法
2.1 原材料
采用海螺水泥有限公司生产的海螺P.O42.5普通硅酸盐水泥，采用镇江苏源新型建材有限公司生产的苏源牌Ⅰ级粉煤灰，采用赣江中河沙，采用茅迪产5～20mm玄武岩碎石，采用自制可再分散乳胶粉。减水剂选用江苏博特新材料有限公司生产的JM-PCA(Ⅰ)型超塑化剂。
2.2 配合比
表1为可再分散性乳胶粉混凝土的配合比。可再分散乳胶粉的掺量分别为水泥用量的5%，10%，15%，20%。
表1试验配合比
Table 1 Mix proportion
水泥(kg) 粉煤灰(kg) 减水剂(kg) 水(kg) 石子(kg) 砂子(kg)
308 132 6.16 150 1160 710
2.3 试验方法
将成型后的试件至于(23±3)℃，相对湿度为90%的环境中养护7天，再将试件移至于(23±3)℃，相对湿度为60%的环境中养护21天后测试其力学性能、电通量、碳化深度。其中力学性能试验根据 GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能实验方法标准》进行；电通量试验按照ASTM C1202《Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration》进行；碳化试验根据GBJ82－85《普通混凝土长期性能和耐久性能实验方法》进行。
3 试验结果与讨论
3.1 对混凝土工作性的影响
表2给出了可再分散乳胶粉对混凝土工作性的影响。从表2中可以看出，掺入可再分散乳胶粉的混凝土和普通混凝土相比具有更好的工作性，随着胶粉掺量的增加，混凝土的含气量逐渐增加、容重减少、坍落度增加，但当掺量达到15%时，坍落度不再增加，维持在24cm。
表2 可再分散乳胶粉对混凝土工作性的影响
Table 2Redispersible powder effect on workability of concrete
聚灰比(%) 含气量(%) 坍落度(cm) 容重(kg/m3)
0 2.7 20 2400
5 3 22.5 2371
10 2.2 23.5 2385
15 3.5 24 2368
20 4 24 2322
3.2 对混凝土强度的影响
图1给出了可再分散乳胶粉对混凝土强度的影响。从图1中可以看出，和可再分散乳胶粉对砂浆强度的影响规律相同，随着胶粉掺量的增加混凝土的抗压强度明显减小，抗折强度略有提高，但胶粉掺量在20%时混凝土抗压强度降低了34.6%(与空白相比)，高于相同掺量下砂浆中的24.8%[5]。
图1可再分散乳胶粉对混凝土力学性能的影响
Fig.1Redispersible powder effect on compressive and flexural strength of concrete
3.3 对混凝土弹性模量的影响
图2给出了可再分散乳胶粉对混凝土弹性模量的影响。从图2可以看出，掺入可再分散乳胶粉后，混凝土三维弹性模量随着胶粉掺量的增加而降低，从不掺胶粉的39GPa降至28GPa（胶粉掺量为20%）。这是因为用于改性水泥基材料的可再分散乳胶粉弹性模量一般在0.001GPa-10GPa之间，而水泥水化产物的弹性模量在10GPa-30GPa之间，因此可再分散乳胶粉改性的混凝土弹性模量要小于未改性的混凝土，这种趋势会随着胶粉掺量的增加而变得明显。
图2可再分散乳胶粉对混凝土弹性模量的影响
Fig.2Redipersible powder effect on modulusof elasticity of concrete
3.4 对混凝土碳化深度的影响
碳化对钢筋混凝土会产生许多不良的影响。首先碳化使混凝土强度降低，碳化降低混凝土孔溶液中Ca(OH)2浓度，当Ca(OH)2浓度降至水化硅酸钙、水化铝酸钙等水泥水化物稳定所需浓度限值以下时，水泥水化物就会分解，放出CaO以维持溶液的石灰浓度，继续下去就将导致水化物晶体变成胶体，降低混凝土的强度；其次混凝土碳化还会破坏钢筋钝化膜使混凝土保护层开裂、脱落。钢筋在PH值12.5-13.5的碱性混凝土孔隙液中生成一种致密的，成份为Fe2O3的钝化膜，但此膜要在碱性液中才能稳定存在。当碳化使混凝土孔隙液的PH值降至10以下时，混凝土中钢筋的钝化膜即会破坏，造成钢筋锈蚀。此时在有O2和水的情况下，钢筋就发生电化学腐蚀，产生铁锈，它的体积为原铁体积的1.5-2.0倍，铁锈达到一定厚度就会使混凝土保护层开裂或脱落，露筋以及锈蚀作用而使钢筋断面严重削弱，甚至使构件失承载能力而引起整个结构损毁。因此降低混凝土的碳化对于钢筋混凝土结构的建筑来说非常重要。从图3可以看出，当在混凝土中加入聚合物后混凝土的抗碳化能力明显得到改善。
图3可再分散乳胶粉对混凝土碳化深度的影响
Fig. 3Redipersible powder effect on carbonation depth of concrete
3.5 对混凝土氯离子渗透性的影响
在钢筋混凝土结构中，氯离子的渗透性是影响混凝土耐久性的重要因素之一，能够引起混凝土产生顺筋胀裂、层裂和剥落破坏，因此控制混凝土的氯离子渗透能力十分重要，目前世界上最流行的混凝土渗透性评价方法为ASTM C1202的电通量法。试验时，将养护至要求龄期的混凝土切割成100mm×100mm×50mm的试件，经真空下浸水饱和后，安装到实验装置中。两端安置铜板，一端浸入0.3mol的NaOH溶液，为正极，另一端浸入3%的NaCl溶液，为负极。在电极两端施加60V电压，测试混凝土6h通过的电量总和[6, 7]。以此来评价混凝土的渗透性，其评价范围及与混凝土渗透性的关系如表3所示。
表3 通过混凝土的电通量与混凝土氯离子渗透性的关系
Table 3 Relationship between chloride ion permeability and total charge passed
通过混凝土的电通量(Coulombs) 混凝土的渗透性
4000 高
2000-4000 中等
1000-2000 低
100-1000 较低
低于100 忽略
可再分散乳胶粉改性混凝土的电通量的变化趋势如表4所示。从表4可以看出，随着胶粉掺量的增加，电通量数值变小，混凝土抗氯离子能力增强；当胶粉掺量在5%时，混凝土的氯离子渗透能力有中等降至低等的水平，当掺量达到20%时混凝土的氯离子渗透能力降至较低。
表4 可再分散乳胶粉对混凝土电通量的影响
4 结论
通过可分散乳胶粉对混凝土各项性能的影响研究，可以得到以下几点结论：
（1）混凝土中掺入可再分散乳胶粉后，混凝土的含气量和坍落度都随胶粉掺量的增加而增加，混凝土容重随胶粉掺量的增加而减少。
（2）混凝土中掺入可再分散乳胶粉后，混凝土的抗压强度随胶粉掺量的增加而下降，抗折强度随胶粉掺量的增加而增加。
（3）混凝土中掺入可再分散乳胶粉后，混凝土的弹性模量、电通量以及碳化深度均随胶粉掺量的增加而减少，耐久性能得以明显的改善。
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