摘要：

实验主要针对使用高分子乳液在水泥中内掺使用时遇到的适配性问题进行研究，通过多因素的平行实验，综合对比每种影响高分子乳液性能的因素，包括pH值、玻璃化温度、耐水性、乳化剂及分子粒径等，内掺到1：3水灰比的水泥净浆中的和易性，最终确定乳化剂及分子粒径大小是影响水泥适配性的主因素。

关键词：乳化剂；聚合物乳液；适配性；玻璃化温度

1引言

水性高分子乳液与水泥的混合使用在各种产品中有着广泛的应用，譬如防水涂层、防火保温板及干粉砂浆等各领域，其主要作用与胶粉类似，但性能要优于前者，且在某些特殊领域目前胶粉无法完全取代。水泥制品在水化过程中形成晶格产生的收缩开裂，应用时因此导致脆性过高，并且耐冲击性差，通过混合一定比例的高分子乳液可以有效的改善相关缺陷，并得到性能优越的水泥制品。但高分子乳液掺混在水泥的复配过程中存在明显的适配性差异问题，即并不是所有的乳液都可以与水泥制品得到状态良好的流动态浆体，有些在掺混后浆体立刻变干无法使用，有些在掺混后状态较起始状态流动性更好，故本文针对此特点分析推导出致高分子乳液与水泥在适配性存在差异的各种影响因素。

2试验概况

试验设备及材料：反应烧瓶、电动搅拌机、节点温度计、继电器、滴液漏斗、回流管、水浴锅、温度计、pH计及其它玻璃容器等；苯丙乳液与纯丙乳液（选用苯丙和纯丙乳液可调整Tg值）、PVA、水泥及净浆搅拌机等。

试验方法：利用平行实验对比合成不同性能的苯丙乳液在1：3水灰比的水泥浆中适配性，筛选出对适配性影响较大的因素。

3实验结果与讨论

实验选用几种代表性乳液作为参考，分别为苯丙乳液Junmix-1、2、3，纯丙乳液，具体性能如下：

3.1Tg值对乳液与水泥浆适配性的影响

在合成过程中，采用相同的苯丙乳液配方，通过调整配方中硬单体与软单体的合成比例来实现其玻璃化温度的差异化，通过FOX公式可粗略计算出各配方的Tg值，由0～20℃为区间，每5℃为一组逐步递增，观察不同Tg值下乳液与水泥浆的适配性。

表1.Tg值对乳液与水泥浆适配性的影响

由表2结果可看出乳液的玻璃化温度对与水泥的适配性影响较小，在最终20℃的乳液其状况有所改善，但仍属于破乳范畴，不具有较好的流动性。

3.2分子粒径对适配性的影响

高分子乳液中其乳胶粒的粒径通常约为30-nm左右，根据其合成方式不同其粒径大小可在某一范围内变化，微乳液聚合通常颗粒粒径大小10-nm，超微乳液粒径大约20-40

nm之间，一般工艺的苯丙及纯丙乳液粒径约-nm范围内浮动，而无皂乳液制备的粒径通常粒径较大，大于nm。而水泥颗粒粒径范围在1-60μm，主要分布区间在3-32μm之间，占到总量的70%左右。

似的流动度，三种不同的乳液掺量均按1、4、7、10%的聚灰比逐渐增加，结果显示三种乳液对混凝土的工作性的影响是有差异的，Junmix-2和Junmix-3随着聚灰比的提高，混凝土和易性变好，达到同样坍落度时所需超塑化剂量逐渐减少，Junmix-1与纯丙乳液在聚灰比10%时也表现出较好的减水作用，但在低掺量时发生破乳团聚现象，表现出与水泥的相容性较差，但最终结果说明乳液对水泥还是具有减水分散的作用，并且随着乳液颗粒粒径减小，其减水分散的作用增加。这是由于同样掺量时，颗粒粒径小的乳液比粒径大的乳液单位量内的颗粒数量多，在水泥浆分散体系中，颗粒数量多的乳液有更多的带电颗粒与水泥吸附，在达到饱和吸附量之前表现出更好的分散效果，故越小的分子粒径相对来说其高分子乳液的减水分散效果越好。

3.3高分子乳液中乳化剂对水泥适配性的影响

一般来说在高分子乳液合成过程中都需要靠乳化剂来使体系保持稳定，其中阴离子型乳化剂是最为常用的类型，包括十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等，其主要靠端基的阴离子基团保持其亲水性，十二烷基亲油端与高分子聚合物的相亲性保持稳定。但当高分子乳液加入到水泥体系中，掺量较低时，其阴离子基团相对数目较少，与水泥颗粒表面的带正电离子有更强的吸引力，从而使水泥颗粒团簇在聚合物乳胶粒表面，类似磁石一般吸引住周围的水泥颗粒，从而内部包裹住部分自由水，使整个水泥体系出现凝聚态失去流动性，如图2。但当掺量较高时，胶粒数目较多形成反包围结构包裹在水泥颗粒表面，形成聚合物膜阻隔水泥颗粒间的团簇，因此起到部分减水剂作用。这可以解释为何乳液在低掺状态下时出现凝聚现象，而高掺后明显具有减水效果。此种现象普遍存在于阴离子型乳化剂合成的乳液中，而非离子型乳化剂合成的乳液在加入之初即可起到减水作用，主要其稳定性是由非离子表面活性剂吸附在胶粒表面形成的水膜起作用，这种外层包裹水膜的乳胶粒相当于气泡的滚珠作用一般起到增加流动度的效用。

另外，由于阴离子和非离子型乳化剂都有较强的起泡能力，当掺量过高时在机械搅拌力的作用下引入小气泡，这些气泡均匀嵌于体系中对各颗粒之间起到很好的滚珠润滑作用，也提高了水泥体系的流动度。

3.4pH值对乳液与水泥浆适配性的影响

众所周知，水泥整个水化过程是在碱性条件下进行的，故将乳液pH如处在7-13之间对水化过程及水泥浆的适配性不存在负面影响，以下进行的实验为适配性较好的非离子型苯丙乳液，证明在pH为8左右时可较好的与水泥浆体相匹配并不影响流动度。通过调整pH值由1-7逐一递增，观察是否与水泥浆的适配性出现变化。

表2.pH值对乳液与水泥浆适配性影响

从表2结果可看出，即便在酸性值较高的pH区间，该苯丙乳液与水泥浆体的适配性依旧保持原始状态，可以较好的匹配水泥浆体，故排除了pH值对适配性的影响。

4结论

使用不同性能的高分子乳液掺入混凝土中其起始流动态及和易性有较大区别，根据实验得到以下结论：

1.高分子乳液可以改善混凝土的和易性并有减水作用，其减水性能与乳液粒径有关。粒径越小越容易包裹水泥颗粒，减水作用越明显；反之，粒径越大前期和易性状态表现越差。

2.在低掺情况下（聚灰比约为7%以下）阴离子型乳液与水泥适配性较差，但高掺时也具有减水作用；而非离子型乳液起始状态的和易性较为突出，相比净浆时具有明显的减水功能；故高分子乳液的乳化剂对适配性有较明显的影响。

3.相同条件下平行对比了不同Tg，pH值对适配性的影响，结果显示对适配性的最终影响较弱。