淺談聚合物在砂漿及混凝土中的作用

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關(guān)鍵詞：聚合物；粘結(jié)力；混凝土

1 　問題的提出

普通水泥砂漿或普通混凝土在工程使用過程中常常出現(xiàn)脆性過大而柔性不足，其抗壓強(qiáng)度較高,而抗拉強(qiáng)度和粘接強(qiáng)度較低，彈性模量較高而變形能力很差的問題，因而在工程應(yīng)用中受到很大限制， 隨著高性能混凝土( HPC) 的發(fā)展，高強(qiáng)混凝土(HSC) 的應(yīng)用日益增多，普通混凝土的脆性問題顯得尤為突出。因此對水泥基材料降低脆性，提高韌性和變形能力，是廣大應(yīng)用領(lǐng)域必須解決的重大課題。

2 　解決思路

經(jīng)過大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在普通水泥砂漿或普通混凝土中摻加聚合物的方法使之改性，并獲得更好的工程使用性能是一條行之有效的途徑。聚合物可以下面幾種形式摻入到水泥基材中：乳液方式,在分散粉末或水溶性聚合物粉末的方式以及單體或聚合物的液體樹脂的方式，當(dāng)聚合物以乳液方式加入到水泥基材中( PCM)，叫做乳液改性水泥基材料(LMC)，用于乳液改性水泥基中的彈性體聚合物包括瀝青、天然橡膠、丁苯橡膠，熱塑體包括：聚乙烯醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、苯丙乳液等。

聚合物以粉末的形式摻入PCM中乳液在制造過程中經(jīng)噴霧干燥即形成可再分散粉末，加入到水泥槳中重新形成乳液，并在養(yǎng)護(hù)過程中干燥成膜,用時加水即可。聚合物以樹脂的方式有：環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、甲基丙烯酸酯單體、氨基甲酸乙酯、呋喃樹脂、酚醛樹脂等。

用于PCM 的聚合物的典型物理特征是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，當(dāng)溫度高于Tg 時，材料行為為類似橡膠，受載時產(chǎn)生彈性變形；當(dāng)溫度低于Tg 時，材料行為象玻璃易于產(chǎn)生脆性破壞。熱塑性聚合物Tg 值居于二者之間，用于PCM 聚合物的Tg值的重要意義在于其彈性和塑性將對PCM的性產(chǎn)生影響，配制PCM 時，應(yīng)根據(jù)不同用途及使用環(huán)境選擇不同Tg 值的聚合物。

聚合物的另一個特征是最低成膜溫度(MFT)，它是聚合物形成連續(xù)膜的最低溫度，只有當(dāng)水泥水水溫度高于MFT，聚合物才可以形成均勻的膜結(jié)物。

當(dāng)聚合物加入到新拌水泥混凝土拌合物時，在攪拌過程中聚合物顆粒均勻地分散到水泥槳體中，水泥一加水水化反應(yīng)就開始，氫氧化鈣溶液很快達(dá)到飽和并析出晶體，同時生成鈣釩石晶體及水化硅酸鈣凝膠體，聚合物顆粒便沉積到凝膠體和未水化的水泥顆粒上，隨著水化反應(yīng)進(jìn)行，水份不斷消耗，水化產(chǎn)物增多，聚合物顆粒便逐漸聚集在毛細(xì)孔中，并在凝膠體表面、未水化顆粒上形成緊密堆積層,這聚集的聚合物顆粒逐漸填充毛細(xì)孔并覆蓋著它們不能完全填充的毛細(xì)孔的內(nèi)表面，由于水化和干燥使水分進(jìn)一步減少，在凝膠體上和孔隙中緊密堆積的聚合物顆粒便凝聚形成連續(xù)的薄膜,形成與水化水泥槳體互穿基質(zhì)的混合體，并且使水化產(chǎn)物之間及骨料相互膠接。由于帶有聚合物的水化物在界面形成了覆蓋層，也由于聚合物在界面過渡區(qū)孔隙中凝聚成膜，從而使PCM 的界面過渡區(qū)更為致密，使PCM 的性能得以改善，緩解了內(nèi)應(yīng)力，減少了微裂紋的產(chǎn)生，其中聚合混凝土( PBM) 的主要性能見下表。

近年來,隨著混凝土砌塊和各類墻板的大量應(yīng)用，以及外墻抗裂、抗?jié)B要求的提高，對砂漿的性能，特別是粘結(jié)強(qiáng)度和抗裂性均提出了更高的要求，現(xiàn)以聚醋酸乙烯水泥砂漿為例來比較說明如下：試配原材料:強(qiáng)度等級為42. 5 普通水泥；細(xì)集料采用河砂、細(xì)度模數(shù)為2. 3 ；市售聚醋酸乙烯、固含量43 %砂漿配合比表：

從以上試驗(yàn)結(jié)果可知，雖然聚合物砂漿抗壓強(qiáng)度低于普通砂漿，但粘結(jié)抗彎強(qiáng)度卻比普通砂漿高60 %～82 %，且隨齡期增長，提高幅度增加，說明聚醋酸乙烯砂漿具有良好的粘結(jié)性能和耐久性。

通過大量試驗(yàn)得知：聚合物對新拌水泥基材料的工作性能影響很大，因?yàn)榉稚⒌木酆衔镱w粒象“滾珠”一樣使水泥及水化產(chǎn)物顆粒相對運(yùn)動更容易，同時聚合物本身或加入到水泥基材中已減少懸浮顆粒下沉的表面活性劑就象減水劑一樣，圍繞水泥顆粒做定向排列使顆粒分散，從而減少用量,改善了和易性。由于聚合物水泥基材( PCM) 需水量的減少，使硬化后的PCM 的抗壓、抗拉、抗彎曲強(qiáng)度得了提高。

3 　工程應(yīng)用

某工程在施工過程中，由于各種原因，導(dǎo)致混凝土表面多處鋼筋外露，部分區(qū)域隨未露筋但由于保護(hù)層過簿普遍出現(xiàn)沿鋼筋方向的裂縫。因此需大面積修補(bǔ)，由于受構(gòu)件排水系統(tǒng)的限制、尺寸的限制、無法采用細(xì)石混凝土修補(bǔ)，而且新老混凝土粘結(jié)問題也難解以解決，針對工程實(shí)際情況，最后決定采用摻15%的聚醋酸乙烯的水泥砂漿全面積修補(bǔ)，灰砂比采用1：2，中砂，52. 5 普通水泥，28d 砂漿抗壓強(qiáng)度達(dá)23MPa ，抗變強(qiáng)度達(dá)5. 56MPa，施工前,混凝土表面全部鑿毛。為保證砂漿與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度，又露筋及開裂部位均鑿去表層砂漿或混凝土，用水沖洗干凈后，先用同配合比的聚合物水泥凈漿進(jìn)行基層處理，再鋪設(shè)聚合物砂漿，抹平掃毛后立即用塑料薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)。該工程至今正常使用5 年多，未見任何起層和剝離現(xiàn)象，粘結(jié)性能良好，從工程實(shí)踐中進(jìn)一步證明,聚合物水泥基材料將廣泛用于新老混凝土的粘結(jié)，路面和墻面的修補(bǔ)以及結(jié)構(gòu)加固中鋼板粘貼和表面粉刷等。

相信今后聚合物水泥基材( PCM) 將在抗?jié)B、防裂、防腐、抗振動的結(jié)構(gòu)中發(fā)揮其應(yīng)有的重要作用。