波特兰水泥发明于1824年，至今已有近200年的历史。因混凝土具有坚固、价廉、耐久等优点，使其在大体积结构方面深受欢迎[1]。随着混凝土材料生产技术及科研水平的快速发展和不断提高，混凝土的应用范围也越来越广泛，混凝土具有原材料广泛、易于施工、适应性强、耐久性好等其他材料无法企及的优点。混凝土发展的同时，环境也是在千变万化，恶劣的环境会对混凝土造成严重的损伤和破坏，如：表面损伤、保护层脱落和钢筋外露[2-3]。如何避免因混凝土保护层损伤造成结构破坏，只需用少量砂浆进行修补防护就可继续使用而不是拆除重建，将会更有利于混凝土的广泛使用[4]。作为修补砂浆，快凝快硬是人们追求的目标，也是这个目标要求使硫铝酸盐水泥在修补行业取得了快速的发展[5]。但是，又考虑到硅酸盐水泥在实际工程中的应用远多于硫铝酸盐水泥，作为修补材料在特殊情况下会被要求与基底材料保持一致[6-8]。因此，硅酸盐水泥修补砂浆的研究也具有非常重要的意义。针对普通硅酸盐水泥砂浆早期强度低的这一缺点，本文主要研究早期抗折强度高、抗压强度高、黏结强度高的优良修补砂浆。首先以普通硅酸盐水泥砂浆为基础，通过加入早强剂提高早期强度，然后加入聚合物提高其黏结强度。研制一种高性能聚合物修补砂浆，将其用于结构修补防护，实现结构修复与长效防腐综合效果。
1试验
1.1原材料
水泥选用山东山水水泥集团生产的P·O42.5级水泥，其物理力学性能指标见表1。细骨料(砂)选用公称直径小于4.75mm的砂，其基本指标和级配见表2、表3，为防止因含泥量过高而影响修补砂浆的强度，在使用前将天然砂进行多次清洗，晾干后备用。试验用水取自当地自来水，试验时保证水温在(20±2)℃。减水剂选用减水率为30%的高效聚羧酸减水剂。为使混凝土、砂浆尽快地投入使用，常通过掺加无机类盐来提高混凝土和砂浆的早期强度，加快其硬化速度，缩短其凝结时间，避免低温环境下凝结速度太慢[9]，试验选用的无机类盐的各项指标见表4。聚合物选择可再分散性乳胶粉，其性能指标见表5。
1.2配合比设计
甲酸钙(POJ)、乙酸钙(POY)掺量均为0、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%，减水剂掺量为1.0%，试验配合比见表6。依据表6成型试件，然后标准养护至1d、3d、7d、14d和28d后，分别进行抗折强度、抗压强度测试，并对早强剂的效果进行分析。
2结果与分析
2.1甲酸钙对强度的影响
甲酸钙对砂浆抗折、抗压强度的影响见图1和图2。从图1可以看出，ft随着甲酸钙掺量的增加都呈现先增长后下降的趋势。从1d的抗折强度曲线可以看出，甲酸钙掺量从0增加到1.0%时，ft逐渐上升;甲酸钙掺量从1.0%增加到1.5%时，ft基本不变;甲酸钙掺量从1.5%增加到2.0%时，ft大幅度下降，说明在1.0%到1.5%范围内存在一个最佳掺量。3d的抗折强度曲线在甲酸钙掺量从0增加到1.0%时，变化趋势最为陡峭，说明适量的甲酸钙对3d抗折强度有较大提高，峰值强度为7.1MPa;当掺量再从1.0%增加到1.5%时，ft开始有略微的降低，变化趋势减缓;当甲酸钙掺量在1.5%到2.0%范围内时，ft大幅度下降。7d抗折强度曲线同3d的抗折强度曲线类似，只是曲线变化率较缓。从图2中的1d抗压强度曲线可以看出，随着甲酸钙掺量增加，fc呈现先上升后下降的趋势。当甲酸钙掺量为1.0%时，fc达到31.6MPa，相比于空白组，增大了近一倍。观察3d和7d抗压强度曲线发现，在甲酸钙掺量为0.5%到1.0%范围内，3d、7d和14d的抗压强度曲线基本保持稳定的变化趋势，甲酸钙掺量大于1.0%时，fc开始出现下降趋势。从28d抗压强度曲线可以看出，甲酸钙对28d抗压强度没有太大增强作用，反而是掺量大于1.0%时强度降低明显。综上所述，甲酸钙掺量在0到1.0%时，其对水泥砂浆强度具有增强作用，当甲酸钙掺量大于1.0%时，早期强度不增反降。因此，最终确定甲酸钙的掺量为1.0%。
2.2乙酸钙对强度的影响
乙酸钙对砂浆抗折、抗压强度的影响见图3和图4。从图3和图4可知，乙酸钙对砂浆1d、3d、7d、14d和28d的抗折、抗压强度有一定的提高作用。从图3可以看出，随着乙酸钙掺量的增加1d抗折强度先增大后减小，并在掺量为0.5%时达到最大值5.9MPa，说明0.5%为乙酸钙的最佳掺量。观察3d、7d和14d的抗折强度曲线可以发现，当乙酸钙掺量达到0.5%时，ft达到最大值，掺量大于0.5%时，ft逐渐减小，说明掺量大于0.5%以后，继续增大掺量并没有发挥更佳的效果。28d的抗折强度曲线表明，乙酸钙掺量对抗折强度无太大作用，且当掺量大于0.5%时，抗折强度不增反降。从图4可以看出，随着乙酸钙掺量的增加，1d、3d和7d的抗压强度都呈现先上升后下降的趋势。从1d、3d和7d的抗压强度曲线可以看出，乙酸钙掺量从0增加到0.5%的过程中，fc稳步增长，在0.5%到1.0%过程中，fc基本稳定，在1.0%到2.0%过程中，fc逐渐降低。从14d和28d的抗压强度曲线可以看出，乙酸钙对14d和28d抗压强度影响趋势基本上一致，在掺量为0到1%范围内，曲线波动较小，说明少量的乙酸钙对后期抗压强度影响不大，且当掺量太大时，效果相反。加入乙酸钙，乙酸钙与游离Ca(OH)2反应生成石膏和NaOH，能够促进水化硫铝酸钙的生成，同时促进水泥的凝结和硬化，加速水泥中C3S的水化，从而提高水泥砂浆的初期强度[10-12]。研究发现，乙酸钙掺量在0到0.5%时，其对水泥砂浆的强度具有增强作用，但是，当乙酸钙掺量大于0.5%时，抗折强度和抗压强度曲线基本上保持不变，甚至下降。因此，选择0.5%为乙酸钙的最佳掺量。
2.3早强剂和聚合物对黏结强度的影响
根据上述研究，确定甲酸钙和乙酸钙的最佳掺量分别为：1.0%和0.5%。在掺加1.0%甲酸钙和0.5%乙酸钙的砂浆中，分别加入掺量为0、5%、10%和15%的聚合物来研究聚合物砂浆的黏结强度。试验配比及黏结强度结果见表7。从表7可以看出，不掺加早强剂和聚合物的空白组FC00的黏结强度为1.21MPa，已基本满足修补材料黏结强度的要求，随着聚合物掺量的增大，黏结强度呈现逐渐增大的趋势。对比加入甲酸钙和乙酸钙两种早强剂的黏结强度可以看出，FCJ0和FCY0两组的黏结强度分别为1.24MPa和1.22MPa，与FC00接近，基本都满足要求;当复掺聚合物时，黏结强度同样是大幅度增长。同时可以看出，不管是否掺加早强剂，当聚合物掺量达到10%时，随着聚合物掺量的增加，黏结强度增加幅度不明显。考虑到修补工程对黏结强度的要求和实际工程意义，最终选取聚合物掺量为10%。
3结论
(1)甲酸钙掺量在0到1.0%范围内时，其对水泥砂浆的早期抗折、抗压强度有一定的提高作用;当甲酸钙掺量大于1.0%时，强度不再增加，反而出现大幅降低的现象。说明在修补砂浆中，甲酸钙掺量为1.0%时为最佳。(2)乙酸钙掺量在0到0.5%范围内时，其对水泥砂浆的抗折、抗压强度具有增强作用，但是，当乙酸钙掺量大于0.5%时，抗折强度和抗压强度曲线基本上保持不变，甚至下降，因此，选择0.5%为乙酸钙的最佳掺量。(3)掺加早强剂和聚合物后，砂浆的黏结强度最高分别达到2.36MPa、2.32MPa，均高于空白组，并能满足黏结强度规范的要求。但是，考虑到当聚合物掺量大于10%时，随着聚合物掺量的增大，黏结强度增加不明显，聚合物最佳掺量为10%。
《早强剂对修补砂浆力学性能的影响》来源：《混凝土与水泥制品》，作者：马建斌