0～20℃养护对聚合物水泥砂浆拉伸黏结强度的影响

王培铭， 陈彩云， 张国防

（同济大学 先进土木工程材料教育部重点实验室，上海 201804）

掺聚合物是提高水泥砂浆黏结强度行之有效的方法，而水泥砂浆黏结强度的发展显著地受到聚合物种类、掺量、养护制度等条件的影响.目前关于养护条件对聚合物水泥砂浆黏结强度影响的研究主要集中于冻融、高温、水养等条件［1－8］.聚合物的掺入能显著改善水泥砂浆的抗冻融循环性能以及耐高温性能［3］，其中甲基纤维素醚以及醋酸乙烯－乙烯共聚乳胶粉较适于负温下使用［4］.空气－水混合养护或者是先蒸汽再空气养护较有利于聚合物水泥砂浆拉伸黏结强度的发展［3，5－8］.关于低温养护条件对水 泥砂浆拉伸黏结强度的影响研究也有报道：史淑兰等［9］研究了在低正温、正负温交替养护下水泥砂浆的拉伸黏结强度，但只是报道了EPS板为基底的早期情况；Rüdiger等［10］对比了5，15，20℃下瓷砖胶黏剂与混凝土基底的拉伸黏结强度，但也仅限于1，7d的早期发展规律.以上研究都未涉及温度长期循环变化时水泥砂浆与混凝土的拉伸黏结强度发展规律.在中国中南部，常年低温与常温交替，这种环境条件对水泥砂浆拉伸黏结强度会产生长期影响.为此，本文探讨了0～20℃养护温度以及低温循环养护制度对以混凝土板为基底的聚合物水泥砂浆28d拉伸黏结强度的影响规律.

1 试验

1.1 原材料

P·Ⅱ52.5硅酸盐水泥；0.15～0.63mm 石英砂（由0.30～0.63mm 和0.15～0.30mm 石英砂按3∶2的质量比混合而成）；黏度为75 000mPa·s的羟乙基甲基纤维素（HEMC）；乙烯－醋酸乙烯共聚物（EVA），其最低成膜温度为4℃；自来水.

1.2 试验方案

1.2.1 配合比

采用1∶2.5的灰砂比（质量比，本文所涉及的比值、掺量等均为质量比或质量分数）；HEMC掺量为水泥用量的0%～0.6%，EVA掺量为水泥用量的0%～9%.拌和水用量根据新拌砂浆的流动度来确定，砂浆流动度按照GB／T 2419—2011《水泥胶砂流动度测定方法》测定，控制在（165±5）mm.具体配合比如表1所示.

表1 水泥砂浆配合比Table 1 Mix proportion of cement mortarg

1.2.2 养护制度

水泥砂浆成型后，按以下制度养护：

（1）恒温养护 恒温养护是指在（20±2）℃，相对湿度（65±10）%条件下养护1d，然后分别在0，5，10，20℃下恒温养护至28d.

（2）循环养护 （a）1d温度循环养护：先在（20±2）℃，相对湿度（65±10）%条件下养护1d，然后在0，5或10℃的低温下养护1d，如此循环至28d，分别标记为20℃／0℃－1d，20℃／5℃－1d，20℃／10℃－1d；（b）7d温度循环养护：先在（20±2）℃，相对湿度（65±10）%条件下养护7d，然后在0，5或10℃的低温下养护7d，如此循环至28d，分别 标 记 为 20℃／0℃－7d，20℃／5℃－7d，20℃／10℃－7d.

1.2.3 试样制备与测试

先将称量好的聚合物与水泥混合均匀，再与石英砂一起拌和30s，使之混合均匀，然后按GB／T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》加入拌和水，先慢速搅拌2min，接着快速搅拌1min，静置5min，将拌和好的水泥砂浆在混凝土板表面成型尺寸为50mm×50mm的黏结块，控制其厚度为5mm.按照上述养护制度进行养护，到达龄期后在水泥砂浆上表面涂环氧树脂，黏结铁块，待环氧树脂固化后，用测试仪器拉拔试块，读出拉拔破坏荷载F.拉伸黏结强度按下式计算：

式中：τ为拉伸黏结强度，MPa；F为破坏荷载，N.

每组配比成型8个试件，取8个数据的算术平均值作为最终拉伸黏结强度值.如单个试件的强度值与平均值之差大于20%，则逐次舍弃偏差最大的试验值，直至各试验值与平均值之差不超过20%，结果精确至0.01MPa.当8个试件中有效数据不足5个时，重新制备试件进行试验.

2 结果与分析

2.1 恒温养护温度对水泥砂浆拉伸黏结强度的影响

图1为不同养护温度下各水泥砂浆试件的28d拉伸黏结强度.对于基准水泥砂浆试件M0V0而言，各养护温度下的拉伸黏结破坏形式均为界面破坏，即拉伸黏结强度值反映的是水泥砂浆与混凝土板之间的界面结合强度.当养护温度从0℃增至20℃ 时，28d拉伸黏结强度依次为0.45，0.47，0.52，0.41MPa，最大值和最小值仅相差0.11MPa.可见，养护温度对基准水泥砂浆28d拉伸黏结强度影响不大.

对于单掺HEMC的水泥砂浆试件而言，拉伸黏结破坏形式均为砂浆内部破坏（以下简称为内聚破坏），此时拉伸黏结强度反映的是水泥砂浆本身的拉伸强度.当养护温度从0℃增至20℃时，试件M03V0的28d拉伸黏结强度依次为0.41，0.95，0.54，0.50MPa，5℃时是0℃时的2.3倍，是20℃时的1.9倍.试件M06V0的28d拉伸黏结强度随养护温度变化的规律与M03V0相似.也就是说，单掺HEMC时，水泥砂浆28d拉伸黏结强度随着养护温度的升高呈现出先增大后减小的趋势，5℃的养护温度有利于水泥砂浆28d拉伸黏结强度的发展.

图1 水泥砂浆28d拉伸黏结强度与养护温度的关系Fig.1 Tensile bonding strength of cement mortar cured for 28dunder different curing temperatures

对于单掺EVA的水泥砂浆试件而言，拉伸黏结破坏形式也均为内聚破坏.当养护温度从20℃降至0℃时，试件M0V9的28d拉伸黏结强度分别为1.84，1.45，1.41，0.88MPa.即随着养护温度的降低，单掺9%EVA的水泥砂浆28d拉伸黏结强度逐渐降低.与20℃时相比，试件M0V9在0℃时的28d拉伸黏结强度降幅达到52%.试件M0V6的28d拉伸黏结强度随养护温度变化的规律类似于试件M0V9.由此可见，单掺EVA时，养护温度对水泥砂浆28d拉伸黏结强度影响较大，其28d拉伸黏结强度随着养护温度的降低而减小.另外还可发现，水泥砂浆28d拉伸黏结强度随着EVA掺量的增大而增加.

2.2 循环养护制度对水泥砂浆拉伸黏结强度的影响

2.2.1 1d温度循环养护

1d温度循环养护制度下水泥砂浆试件的28d拉伸黏结强度如图2所示.对于基准水泥砂浆试件M0V0而言，各养护温度下的拉伸黏结破坏形式均为界面破坏，即拉伸黏结强度值反映的是水泥砂浆与混凝土板之间的界面结合强度.试件M0V0在20℃／0℃－1d，20℃／5℃－1d和20℃／10℃－1d循环养护制度下的28d拉伸黏结强度分别为1.10，1.08，1.20MPa，与20℃恒温养护制度下的0.41MPa相比，要分别高出0.59，0.67，0.79MPa.可见，1d温度循环养护较20℃恒温养护更有利于基准水泥砂浆28d拉伸黏结强度的发展.

图2 1d温度循环养护制度下各水泥砂浆试件28d拉伸黏结强度Fig.2 Tensile bonding strength of cement mortar cured for 28dunder 1dtemperature cycle curing system

单掺HEMC的水泥砂浆试件拉伸黏结破坏形式均为内聚破坏.试件M03V0在20℃／5℃－1d循环养护制度下的28d拉伸黏结强度值为0.71MPa，高于20℃／0℃－1d，20℃／10℃－1d循环养护制度及20℃恒温养护制度下其拉伸黏结强度值；试件M06V0与此有着类似的发展规律.可见，单掺HEMC时，20℃／5℃－1d循环养护制度有利于水泥砂浆28d拉伸黏结强度的发展.同时还可发现，HEMC掺量较高反而不利于水泥砂浆拉伸黏结强度的发展.

单掺EVA的水泥砂浆试件在20℃／0℃－1d，20℃／5℃－1d循环养护制度下的拉伸黏结破坏形式为界面破坏，而在20℃／10℃－1d循环养护制度和20℃恒温养护制度下的拉伸黏结破坏形式为内聚破坏.试件 M0V9在20℃／5℃－1d循环养护制度下的28d拉伸黏结强度为1.37MPa，与此相比，20℃／0℃－1d，20℃／10℃－1d循环养护制度和20℃恒温养护制度下其28d拉伸黏结强度增幅分别为46%，32%和34%；试件M0V6有着类似的变化规律.可见，单掺EVA时，20℃／5℃－1d循环养护制度不利于水泥砂浆28d拉伸黏结强度的发展.此外还发现，随着EVA掺量的增大，水泥砂浆拉伸黏结强度逐渐增大.以20℃／0℃－1d循环养护制度为例，与基准水泥砂浆试件M0V0相比，试件M0V6的28d拉伸黏结强度增幅为42%；试件M0V9的28 d拉伸黏结强度增幅为82%.

2.2.2 7d温度循环养护

7d温度循环养护制度下各水泥砂浆试件的28d拉伸黏结强度如图3所示.试验发现，除20℃／10℃－7d循环养护制度之外，基准水泥砂浆试件M0V0的拉伸黏结破坏形式均为界面破坏.基准水泥砂浆试件在20℃／0℃－7d，20℃／5℃－7d和20℃／10℃－7d循环养护制度下的28d拉伸黏结强度分别为0.89，0.90，0.94MPa，比20℃恒温养护制度下的拉伸黏结强度高出约0.5MPa.可见，7d温度循环养护较20℃恒温养护更有利于基准水泥砂浆28d拉伸黏结强度的发展.

图3 7d温度循环养护制度下各水泥砂浆试件28d拉伸黏结强度Fig.3 Tensile bonding strength of cement mortar cured for 28dunder 7dtemperature cycle curing system

单掺HEMC的水泥砂浆试件在7d温度循环养护制度下的拉伸黏结破坏形式均为内聚破坏.试件M03V0在20℃／5℃－7d循环养护制度下的28d拉伸黏结强度值为0.75MPa，高于20℃／0℃－7d，20℃／10℃－7d循环养护和20℃恒温养护制度下的相应强度值；试件M06V0也有着类似的变化规律.可见，单掺 HEMC时，20℃／5℃－7d循环养护制度有利于水泥砂浆28d拉伸黏结强度的发展.从图3还可发现，不论处于何种养护制度条件下，试件M03V0的28d拉伸黏结强度基本均高于试件M06V0，即在循环养护条件下，HEMC掺量过高也不利于水泥砂浆拉伸黏结强度的发展.

单掺EVA的水泥砂浆试件在20℃／0℃－7d，20℃／5℃－7d循环养护制度下的拉伸黏结破坏形式为界面破坏，而在20℃／10℃－7d循环养护和20℃恒温养护制度下的拉伸黏结破坏形式为内聚破坏.试件M0V6的28d拉伸黏结强度值在20℃／0℃－7d，20℃／5℃－7d和20℃／10℃－7d循环养护制度下要比20℃恒温养护制度下分别低0.11，0.38，0.29MPa；试件 M0V9也有着类似的变化规律.可见，单掺EVA时，7d温度循环养护不利于水泥砂浆28d拉伸黏结强度的发展.此外还发现，不论处于何种养护制度下，随着EVA掺量的增加，水泥砂浆28d拉伸黏结强度均随之增大.

3 结论

（1）不掺聚合物时，养护温度对水泥砂浆28d拉伸黏结强度影响不大.循环养护较20℃恒温养护更有利于水泥砂浆拉伸黏结强度的发展.

（2）单掺HEMC时，水泥砂浆28d拉伸黏结强度随着养护温度的升高呈现出先增大后减小的趋势.5℃恒温养护以及20℃／5℃循环养护制度有利于HEMC改性水泥砂浆28d拉伸黏结强度的发展；无论何种养护条件，HEMC掺量过高都不利于水泥砂浆28d拉伸黏结强度的发展.

（3）单掺EVA时，水泥砂浆28d拉伸黏结强度随着养护温度的降低而减小.循环养护制度并没有明显影响EVA改性水泥砂浆的拉伸黏结强度，特别是在养护温度降低后，EVA改性水泥砂浆的拉伸黏结强度并无明显下降，甚至还出现相反的情况.

［1］ 李芳，杨玉颖，吴建国，等.养护条件对桥面用聚合物改性水泥砂浆力学性能的影响［J］.建材技术与应用，2002，23（5）：7－9.LI Fang，YANG Yuying，WU Jianguo，et al.Effect of curing condition on the mechanical property of the polymer modified cement mortar used for repair of the bridge surface［J］.Research ＆ Application of Building Materials，2002，23（5）：7－9.（in Chinese）

［2］ 夏振军，罗立峰.养护条件对改性水泥砂浆力学性能的影响［J］.华南理工大学学报：自然科学版，2001，29（6）：83－86.XIA Zhenjun，LUO Lifeng.The impact of curing conditions on the mechanical properties of polymer modified mortars and cements［J］.Journal of South China University of Technology：Natural Science，2001，29（6）：83－86.（in Chinese）

［3］ 王培铭，张国防.不同养护条件下聚合物干粉对水泥砂浆粘结强度的影响［J］.墙体革新与建筑节能，2004，20（12）：37－39.WANG Peiming，ZHANG Guofang.The effects of polymer dry powder on the adhesion strength of cement mortar at different curing conditions［J］.Walling Material Innovation and Energy Conservation of Buildings，2004，20（12）：37－39.（in Chinese）

［4］ 张景琦，刘树旺.有机聚合物对砂浆负温粘结强度的影响［J］.低温建筑技术，2009，31（9）：11－13.ZHANG Jingqi，LIU Shuwang.The effects of organic polymer on the negative temperature bond strength of mortar［J］.Low Temperature Architecture Technology，2009，31（9）：11－13.（in Chinese）

［5］ 王培铭，周祾，张国防.聚合物对聚乙烯醇纤维水泥砂浆粘结强度的影响［J］.新型建筑材料，2011，38（2）：15－18.WANG Peiming，ZHOU Ling，ZHANG Guofang.Effect of polymers on the bond strength of polyvinyl alcohol fiber cement mortar［J］.New Building Materials，2011，38（2）：15－18.（in Chinese）

［6］ 农金龙，彭勃，黄政宇，等.丁苯砂浆界面粘结及强度试验分析［J］.建筑结构，2009，39（4）：60－64.NONG Jinlong，PENG Bo，HUANG Zhenyu，et al.Experimental research on the new－to－old interfacial bond and the strength of SBR mortar［J］.Building Structure，2009，39（4）：60－64.（in Chinese）

［7］ 农金龙，易伟建，黄政宇，等.聚合物乳液砂浆的粘结养护特性及其粘结性能［J］.湖南大学学报：自然科学版，2009，36（7）：6－11.NONG Jinlong，YI Weijian，HUANG Zhenyu，et al.Bonding curing systems and bonding performance of polymer－modified mortars［J］.Journal of Hunan University：Natural Sciences，2009，36（7）：6－11.（in Chinese）

［8］ 兰明章，李雪莲.可再分散胶粉在干粉砂浆中的作用及影响［C］∥第二届中国国际建筑干混砂浆生产应用技术研讨会论文集.北京：化学工业出版社，2006：107－110.LAN Mingzhang，LI Xuelian.The influence and role of redispersible powder in dry mortar［C］∥The Second China Inter－national Architectural Dry－Mixed Mortar Production Applied Technology Symposium.Beijing：Chemical Industry Press，2006：107－110.（in Chinese）

［9］ 史淑兰，张量，路永华，等.不同养护制度下聚合物改性水泥砂浆与EPS板的粘结强度［J］.新型建筑材料，2006，33（5）：1－5.SHI Shulan，ZHANG Liang，LU Yonghua，et al.The bond strength of the polymer modified cement mortar with EPS board under different curing system［J］.New Building Materials，2006，33（5）：1－5.（in Chinese）

［10］ RÜDIGER O－P，SIEKSMEIER J，TSOU E.不同温度对水泥基瓷砖胶黏剂的影响［C］∥首届全国商品砂浆学术会议论文集.北京：机械工业出版社，2005：149－154.RÜDIGER O－P，SIEKSMEIER J，TSOU E.The performance of cement－based tile adhesives at different temperatures［C］∥First National Mortar Conference Proceedings.Beijing：China Machine Press，2005：149－154.（in Chinese）