聚合物改質水泥基修復材料

改質水泥基質材料的方式很多，分別有卜作嵐材料(pozzolans)、纖維(fiber)以 及聚合物(polymer)，添加至水泥砂漿中都有不同的效益。卜作嵐材料有飛灰(fly ash)、矽灰(silica fume)以及爐石(blast furnace slag)，在水泥砂漿中添加卜作嵐材料 的目的，可提供細粒料保持良好工作性與粉飾性，而耐久性方面者可提供抗硫性、

抗撿粒料反應之膨脹作用、降低滲透性以及降低水化熱；在經濟上可以減少水泥 用量同時節省成本。

普通水泥基質材料具有很高的抗壓強度、較大的剛性與較好的耐久性，但存

在凝結與硬化過程中收縮大、抗拉、抗彎強度低、伸長率小以及抗衝擊性低…等 缺點。其抗拉強度又是抗壓強度的1/7-1/10，受拉伸長率只有 0.005% - 0.05%，斷 裂功為30 J/m² - 80 J/m²。隨著水泥基材抗壓強度的大幅提高，乾縮與脆性問題也 顯得更為突出。水泥質材料中加入纖維其主要作用如(1)使水泥基材的力學強度提 高，例如提高抗壓、抗彎、抗拉強度；(2)在水泥基材中起抗裂作用：當水泥基材 在塑性階段時，很容易發生微細裂縫，在硬化過程中則因失水乾縮導致微細裂縫 的擴大產生新的裂縫，纖維加入水泥基質材料中可阻止材料中原有裂縫的擴展並 延緩新裂縫產生，可使複合材料的抗滲及抗凍等性能增加；(3)提高水泥基材的變 形能力：纖維增強水泥基複合材料的抗彎強度，即時基材已出現大量的分散裂縫，

仍可繼續承受外力具有延性，由此可見複合材料的韌性與抗衝擊性明顯提高。

聚合物

聚合物基材的種類甚多，分為乳液狀聚合物、再分散聚合物粉末、水溶性聚 合物以及液態聚合物，上述四類之聚合物又分許多總類，如下圖2.8 所示。利用聚 合物來作水泥基質材料的改質，其原因有下列幾點：

(1)減水效果功能，所產砂漿有好的工作性且可降低水灰比減少乾縮。

(2)可增加混凝土新舊交界處的黏結強度。

(3)可減少修補砂漿對水、CO2及油類的滲透性，並且可增加抗化學性。

(4)可增加砂漿的拉力及抗彎強度。

聚合物基材

Cellulose derivative 聚乙烯醋酸乙烯醋(PVA) 再分散聚合物

粉末

Polyacrylic ester(PAE) 苯乙烯-壓克力樹脂(SAE)

Polyvinyl acetate-vinyl versatate(VAVeoVA) 聚乙烯-醋酸乙烯樹脂(EVA) Polyvinyl propionate(PVP) Polyacrylic ester(PAE) 聚乙烯-醋酸乙烯樹脂(EVA)

Methyl methacrylate-butadiene rubber(MBR)

圖 2-8 聚合物基材分類

本研究係將聚合物(polymer)應用在水泥基質砂漿中，來作為改善水泥基質砂 漿的缺點，由於水泥基質砂漿本身的黏結強度低、抗彎強度低、抗拉強度低、乾 縮大、防水性不佳及多孔性…等。研究計畫利用聚合物作為水泥基質砂漿改質研 究，從聚合物中選用三種樹脂類一種橡膠類來做深入探討，分別為苯乙烯-丁二烯 橡膠(Styrene Butadiene Rubber, SBR)、聚乙烯-醋酸乙烯樹脂(Ethylene Vinyl Acetate, EVA)及聚乙烯醋酸乙烯羧酸酯(Polyvinyl acetate-vinyl versatate, VeoVA)，本研究使 用上述三種樹脂的原因包括(1)增加流動性；(2)增加保水性；(3)降低泌水；(4)抗彎 強度增加；(5)黏結強度增加；(6)抗拉強度增加；(7)水密性好；(8)減少乾縮；(9)

抗氯離子滲透；(10)抗中性化。

經由聚合物改質水泥砂漿後，可應用作為修補材料與防水材料，聚合物水泥 防水材料簡稱PMC 或複合防水塗料或彈性水泥。主要係以丙烯酸酯等聚合物乳液 或水泥為主要原料，加入其它外加劑製得的建築防水塗料，其對環境和人體健康 無害。具有良好的抗滲性、耐水性、耐候性和黏結性，尤其與混凝土、石材、磁 磚、鋼材、木材、玻璃等都有很好的黏結性，特別是能夠在潮濕基層上施工固化 成膜。

聚合物改質水泥砂漿之材料備製形式與其拌合方式，對施工便利性與品管控 制之優缺點如下所述：

(1)乾粉形：在工廠內比照最佳配比調製而成，直接加水使用方便，經過品管 生產，品質均勻。

(2)液體形-現場配式：在工地現場師父依建議配比自己配製，施工步驟繁雜，

品管難控制，品質不均勻。

(3)液體形-現場添加式：在工廠內僅調好水泥、粒料及其他化學品，現地掺加 樹脂乳液及水，施工步驟雖以簡化，但仍需過秤，品質難控制，品質易流於不均 勻。

(4)糊狀形：在工廠內已依最佳配比調製而成，可直接使用，乾燥硬化慢，不 可用於室外，未添加水泥。

國內外研究文獻顯示，針對聚合物改質水泥砂漿進行力學性質及物理性質試 驗之成果如表2-5 所示。另外，藉由表 2-6 比較各種聚合物改質水泥砂漿於試體硬 固前後之特性差異，可以瞭解不同聚合物屬性為何。

表 2-5 改質水泥砂漿之力學性質及物理性質

聚合物名稱 SBR EVA S/A

試驗項目 苯乙烯–橡膠乳液 聚乙烯–醋酸乙烯 樹脂

苯乙烯–壓克力樹 脂

抗壓強度 30.5 MPa 32 MPa 21.9-52.1 MPa 抗彎強度 7 MPa 5 MPa 6.0-7.6 MPa 黏結強度

（剪力試驗） 7-11.5 MPa 10-11MPa 10-12.6 MPa 黏結強度

（直接拉拔試驗） 0.8-2.1 MPa 0.8-2.5 MPa 0.83-2.13 MPa

乾縮 1.1% 0-0.15% 0.7-1.1%

吸水率 5-10% 5.5-10% 4-~8%

透水性 4-18 g/m²/24h 2-20 g/m²/24h 6-10 g/m²/24h

表 2-6 聚合物改質水泥砂漿特性

第六節 新建 RC 建築物劣化修復

RC 建築物發生劣化的主要原因是混凝土材料組成、拌製、澆注及養護條件不 良，致使混凝土品質低劣，在化學、物理及鋼筋腐蝕(corrosion of reinforcement)等 作用下，造成裂縫產生(crack)、表面缺陷(surface texture defects)、顏色變化(color variation)、其他表面瑕疵(other surface blemishes)及保護層不足(lack of cover)等現 象，以致喪失其強度或完整性。RC 建築物劣化表面現象、劣化原因、施工預防方

(10)模板脫離破損表面：任意的移動模板或使用不適當的脫模劑，預防方法為 使用正確的脫模劑，並注意模板的移動與拆卸，亦或工程後續將易剝落的砂漿刨 除並以混凝土修復。

(11)混凝土保護層厚度不足：混凝土澆置移動鋼筋或鋼筋固定位置不正確，預 防方法以提供鋼筋較好的支撐、較精確鋼鐵固定位置，亦或工程後續使用增加保 護塗層或使用聚合物改良水泥砂漿修復。

上述可見大部分 RC 建築物劣化行為發生歸咎於施工過程即已造成嚴重瑕疵 與疏失，然而此部分劣化徵兆亦為台灣地區RC 建築物劣化之大宗，此外台灣地區 位於環太平洋地震頻繁擾動區域，導致混凝土微裂縫破壞機率升高，外加溫暖潮 濕副熱帶氣候條件促使鋼筋腐蝕行為機率劇增，因此造成台灣地區屋齡歷經二十 至三十年暴露於惡劣環境下，況且當時急於趕工交屋潛藏施工瑕疵風險之RC 建築 物，至今百姓仍身受生命財產之威脅。