第四章 聚合物改質水泥砂漿材料配製及性能驗證
第一節 試驗材料與配比設計
本試驗的配比設計，水灰比為0.4、水泥:細粒料=1:3，試驗變數包括聚合物材 料(SBR、EVA、VeoVA)及聚合物添加比例(依水泥重量百分比分別為 0%、5％、10
％及15％)。本研究執行的試驗項目及參照規範如表 4-1 所示。
表 4-2 水泥化學成分
項目 國家標準 試驗值
二氧化矽SiO2 20.7
氧化鋁Al2O3 5.4
氧化鐵Fe2O3 3.2
氧化鈣CaO 63.9
氧化鎂MgO Max：6.0 2.0
三氧化硫SO3 Max：3.5
燒失量L.O.I Max：0.3 1.0 不容殘渣Ins.Res Max：0.75 0.1
矽酸三鈣C3S 51.0
矽酸二鈣C2S 21.0
鋁酸三鈣C3A 8.9
鋁鐵酸四鈣C4AF 9.8
表 4-3 水泥物理性質
水泥型號 第一型水泥(Type Cement)Ⅰ
項目 國家標準 試驗值
墁料空氣含量(％) Max. 12.0 7.2 細度：Fineness(cm2/g) Max. 2800 3310 健度：Soundness(％) Max. 0.80 0.05
抗壓強度Compressive Strength，kgf/cm2(MPa)
3(days) Min.126(12.35) 210(20.60) 7(days) Min.197(19.31) 282(27.66) 28(days) Min.281(27.54) 384(37.67)
凝結時間：Time of setting(Vicat test)
初凝：Initial Min. 0：45 2：30 終凝：Final Max. 8：00 3：50
2. 聚合物橡膠及樹脂材料
(1) 苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)：
SBR 為乳液狀，如圖 4-1 所示，其固形量為 40%，比重為 0.93，是由丁乙烯 與苯乙烯在參加醇烯或丁基鋰作為催化劑及其他自由基起始劑，調節劑、乳化劑 共同聚合反應再經回收塔回收，溶劑催化劑等有用系料即為SBR 乳液；其使用方 式為先與水做均勻攪拌後，再倒入乾拌好的水泥與細粒料中，後做1.5 分鐘的拌合 即可下料灌置；藉由光譜分析、EDX 分析等可以得知聚合物化學成分。(本材料為 台灣巴斯夫提供)
SBR 化學結構式如下所示：
圖 4-1 苯乙烯-丁二烯橡膠液體外觀
(2) 聚乙烯-醋酸乙烯樹脂(EVA)：
EVA 為粉狀材料，如圖 4-2 所示，比重為 0.457；其使用方法，必須先與水泥 及細粒料乾拌達均勻分布狀態約1.5 分鐘，後將水加入在作拌合約 1.5 分鐘左右即 可下料灌置；利用光譜分析、熱重分析、EDX…等，分析材料化學成分，如表 4-4 所示；圖4-3 所顯示為 EVA 微觀分析。(本材料為南星顏料廠提供)
EVA 化學結構式如下所示：
表 4-4 聚乙烯-醋酸乙烯樹脂元素分析
元素 重量百分比(%)
C 50.18 O 43.01 Si 1.53 Ca 5.28 Totals 100.00
圖 4-2 聚乙烯-醋酸乙烯樹脂粉末外觀
圖 4-3 聚乙烯-醋酸乙烯樹脂微觀分析
(3)聚乙烯醋酸乙烯羧酸酯(Polyvinyl acetate-vinyl carboxylate, VeoVA)
VeoVA 為粉狀材料，如圖 4-4 所示，比重為 0.432，其使用方法，必須先與水 泥及細粒料乾拌達均勻分布狀態約1.5 分鐘，後將水加入在作拌合約 1.5 分鐘左右 即可下料灌置；利用光譜分析、EDX…等，分析材料化學成分，如表 4-5 所示；圖 4-5 所顯示為 VeoVA 微觀分析。(本材料為南星顏料廠提供)
表 4-5 聚乙烯醋酸乙烯羧酸酯元素分析
元素 重量百分比(%)
C 44.44
O 51.27
Si 2.44
Zr 1.38
Pd 0.48
Totals 100.00
圖 4-4 聚乙烯醋酸乙烯羧酸酯粉末外觀
圖 4-5 聚乙烯醋酸乙烯羧酸酯微觀分析
3.細粒料
本研究使用的細粒料為ATSM C109所規定的沃特華(OTTAWA)標準砂，其相 關性質與級配以及化學成分如表4-6所示。
表 4-6 細粒料性質
試驗項目 試驗值 參照規範
比重 2.65 細度模數（F.M.） 2.95
顏色 白色
外觀 圓形
pH 7 CNS487
配比設計及試體編號 1. 試體編號
試體編號說明：X X X
聚合物添加量 聚合物種類 水灰比(W/C) 第一碼：水灰比(W/C)(X=A=0.4)
第二碼：聚合物添加種類(C=無添加、S=SBR、E=EVA、V= VeoVA) 第三碼：聚合物添加量(0％=0、5％=5、10％=10、15％=15)
2. 試驗配比
水灰比0.4 聚合物改質水泥砂漿配比如表 4-7 所示：
表 4-7 聚合物改質水泥砂漿配比(kgf/m3)