聚合物水泥砂浆的及应用

聚合物水泥砂浆的研究及应用把聚合物用于改性水泥砂浆，在世界上已有很长的一段历史。与普通的水泥砂浆相比，聚合物水泥砂浆具有很多优良的性能。本文对聚合物改性砂浆的改性机理、改性砂浆性能以及改性砂浆的应用情况作详细介绍。1前言早在1923年，英国人Gresson就把聚合物应用于路面材料而获得专利。到1924出版了关于现代聚合物改性材料的正式的文献。从那时起，近70年来世界各国出现了大量的关于聚合物用于改性水泥砂浆和混凝土的研究，而且对聚合物用于水泥基材料的兴趣也越来越来大。在这一领域里研究开发走在世界前列的国家有日本、美国、前苏联、德国等。如日本对新型高性能聚合物混凝土复合材料的研究开发应用已有40年的历史，并已为此制定了部分标准(JlS6203)；德国交通部筑路局对用于桥面的混凝土修补而附加的技术协议和规范(zTVSIB90)特别制定了聚合物改性砂浆(混凝土)供货的技术条件和检验规范(TLBEPCC，TPCC)，我国在这一方面的研究起步较晚，还是近十几年发展起来的。1990年在上海举行了第6届国际聚合物混凝土会议，大大地加速了我国在这一方面研究与应用的进步。2聚合物水泥砂浆的改性机理聚合物改性砂浆的研究之所以如此大的进展，就是因为这种材料通过改性具有许多优异的性能。了解其改性机理对研究和开发这类材料尤其重要。众所周知，水泥砂浆作为一种复合材料，骨料和水泥基之间的界面过渡区是材料的薄弱环节。在界面过渡区，水灰比高、孔隙率大、氢氧化钙和钙矾石多，晶粒粗大、氢氧化钙晶体取向生长。要改善水泥基材料的性能，就必须改善界面过渡区的结构和性质。聚合物对水泥砂浆的改性作用，其实质也是改善材料的界面过渡区，从而使材料获得别的材料所不具有的性能。(1)聚合物具有减水的效果。其表现在配制具有相同流动度的砂浆时，掺有聚合物的砂浆的水灰比要低于普通砂浆的水灰比。这是因为聚合物和矿物掺合料粉煤灰一样的形态效应，因为聚合物的固体粒径很小，其直径一般在0.05～5um之间。这样的颗粒也可像粉煤灰的颗粒一样，既可起到滚珠的作用，又具有较高的表面活性，从而能起到减水效应。(2)在砂浆中掺加聚合物后，氢氧化钙也会沿着聚合物固体颗粒生长，有利于打乱氢氧化钙的取向生长。另外，由于聚合物的特殊性，它会在高于其最低成膜温度下凝聚成膜，形成的膜能将水泥水化生成的氢氧化钙包围起来，连成一个整体，可以有效的降低氢氧化钙对材料耐久性的不良影响。另一方面聚合物沙浆中的钙矾石比普通砂浆中的钙矾石要短和粗。进一步观察可发现聚合物的加入有效的改善了砂浆的孔结构，由于聚合物的形态效应及其自身的特殊性，起到了胶结、填充等作用，使砂浆的平均孔径变小，大孔变成小孔隙，孔隙分布的均匀性下降了，微孔隙率提高了。(3)由于聚合物成膜的过程发生在水泥水化的过程中，水分用于水化以及被蒸发，聚合物就在整个基体中形成一个坚韧、致密的网络薄膜状网络结构，分布在水泥砂浆骨架之间，填充空隙，切断了与外界的通道，进一步改善了材料的性能。(4)聚合物还能和水泥水化产物发生化学作用。如丙烯酸甲脂能与水泥水化产物中的氢氧化钙反应。其原因是因为丙烯酸中脂基能在碱性的氢氧化钙溶液中发生水解生成羧酸根离子能与钙离子以离子键形式结合，形成以钙离子桥连的离子键大分子体系的交织网络结构，增强了结构的密实性。在上面的反应中可以降低氢氧化钙的含量，而SBR(聚苯乙烯一丁二烯)乳胶也能减少砂浆中氢氧化钙的含量，但没有含有脂基的E－VA(聚乙烯一醋酸乙烯脂)乳液那么明显因此是不是所有的聚合物都能起化学改性作用，还有待研究。通过以上的物理与化学的作用，聚合物改善了砂浆的界面结构形成了如图(1)的界面层。其中的机械粘合层就是聚合物所成的薄膜，这一层不能过厚否则就会降低材料的强度。物理吸引层是聚合物如前面所讲的物理改性作用得到的一层，起到了增强材料性能的作用。化学键合层是聚合物与水泥中的物质发生发应的结果，进一步增强了材料的性能。3聚合物水泥砂浆的材料3．1聚合物对能用于砂浆改性的聚合物，其性能要求十分重要。聚合物在发挥其优点的同时，不能对砂浆带来负面的影响，如不能影响水泥的充分水化，对水泥石的基体没有腐蚀作用，对环境没有污染作用等。现阶段用于改性砂浆的聚合物的种类不是很多，主要有以下一些。其中最常用的就是图中划横线的聚合物。有丁苯乳液(SBR)、聚丙烯酸脂(PAE)、聚乙烯醋酸脂(EVA)，丙苯乳液(SAE)等。但由于单一品种乳液用于改性砂浆时会有一些不足，因此现阶段已经出现通过聚合物乳液的共混，综合不同乳液的优点，设计出能实现不同性能要求、适应不同用途需要的聚合物共混物用于改性砂浆。3．2水泥用于聚合物改性砂浆的水泥一般为普通硅酸盐水泥，它的早期强度高、凝结快、耐冻性好。另外还可用高铝酸盐水泥。近年来，出现了一种专门用于聚合物干粉改性砂浆的铝酸钙水泥，这种水泥是用一定比例含有三氧化二铝和氧化钙经熔化或煅烧，然后将获得的熟料磨细而成。缘梅3须．添3晕矿物掺合棉料忙郑矿物榆掺合尸料驴(绿硅灰、粉馅煤灰、矿年渣蚀等羽)悲本身就可春以作为一似种水泥砂棚浆的改性丝材料。把勉矿物掺合射料和聚合邀物双掺在绍砂浆中，舟能综合利径用两种改灵性材料的徐特点，优叉势互补进判一步改善龄砂浆的性扁能背。附漫百赵3抛．完4掠消泡剂淘、稳定宣剂留擦在聚扒合物水泥炒砂浆中，接水泥浆体情中的钙离建子或铝离慨子等多价袖阳离子及志砂浆拌和迁时所产生岔的剪切力柔会导致乳棒液破乳凝竟聚，因此则要选择合析适的乳化香剂和稳定甜剂。乳液忍中存在的春表面活性露剂导致砂古浆气泡增烘加，影响弃性能，为睁此，需要泼加入适当刃的消泡剂滔来抑制表饱面活性剂草引起的泡耽沫蜓。效些铲岗扣3惊．找5衰叛砂隔封一般宁用河砂，皱要求含泥苗量不能过坝高毫。铁乒4底聚合物完改性水泥矮沙浆的性景能薄使众所周忽知作为水调泥基材料计的一个显是著的缺点越就是脆性那大。表现品出抗拉强足度比抗压桨强度低许塌多，抗裂辱性差，并掘且强度越圣高，脆性军越大。这京是因为水闻泥基材料雄属于硅酸汉盐物质，拴其基本单勒元是硅氧速四面散体疯·像硅与氧以联共价键相激连，钙与廊铝等金属切离子以离腹子键与硅慢相结合。浑由于在共蔬价键、离参子键发生云断裂时几漠乎不发生走任何变形兽，就表现俘出很大的展脆性。而墙聚合物作年为一种有兄机高分子获，其长分嗓子结构及飞大分子中案的链节或桌链段的自予旋转性，脖使其具有苍弹性和塑届性洁。叮招4械．板1咬新拌砂警浆的性西能脖唯顽殃4厘．俩1黑．忠1权流动鼠性秘阅由于妙聚合物具堆有建水的呼效果，因断此大部分缝聚合物都跃能提高砂御浆的流动均性能。纺篇坝4贫．缘1湖．阻2坝保水恨率除谢新拌寺砂浆的保瓦水率是影炕响砂浆硬枯化及硬化丢后固体性俘能的重要序的因素。话保水性好胞的砂浆有识利于砂浆框的运输、放停放和铺厨摊，有重贞要的工程萄意义。掺庆入聚合物纵能有效的搜提高新拌藏砂浆的保砌水性能，推聚合物的嫂加入既可滋以防止砂续浆的离析妇，有能在脱砂浆的养也护初期防惧止水分的普过快散失科，有利于要水泥的水喝化。尽管皇聚合物水楼泥砂浆的盛凝结时间污会延长努。尼税4洽．新2昨硬化聚宇合物砂浆源的力学性寨能泪机蛛宣4篮．惯2辆．土1壤抗压强穿度弓阔现有辜大部分的金研究都认姥为聚合物食改性砂浆碗的抗压强厉度要低于低普通砂浆倦的抗压强彼度，这是派因为聚合冒物在砂浆孕体系中硬扮化成膜后激，由于它迟的弹性模困量要低于疯水泥石和巴骨料的弹抢性模量，治另外聚合懒物的富集遥现象也会扑降低抗压考强度，还交有就是聚惊合物的活膀性，在搅柿拌砂浆时泰会产生大鼠量的气泡役从而降低导了砂浆的彻抗压强度落。但是还伙存在另外油的一种观娇点，就是建认为聚合更物改性砂司浆的抗压已强度要高单于普通砂它浆的抗压愤强度，这吵是因为聚敢合物具有拉减水效应峰，能降低凯砂浆的用帖水量，从抵而提高砂殖浆的抗压婚强度。但浇这两种对铃立的观点骡有不同的雁前提第一讯种观点下魄的砂浆在兰配制时是闯保持砂浆亩的水灰比云不变，第罚二种观点侍下的砂浆盘在配制时鉴保持砂浆穿的流动度索不变。之扇所以存在牺这样对立裤的观点，絮有可能是衡砂浆单位缩体积内的础水与聚合温物的相对搬含量的问杆题。我们礼知道在聚塌合物砂浆奴中水泥的商水化和聚栗合物的成使膜是一对脊矛盾，水酿泥水化需达要水分，抵而聚合物惊的成膜要右求失去水似分。在砂皂浆中聚合田物由于具禾有减水作稻用，应该警能增加砂慢浆的强度萍，但由于蚂前面所讲榆的聚合物齐降低抗压做强度的因市素的存在樱，就应该检调节砂浆限单位体积验内水与聚调合物的相敲对含量，梢使其满足禁既能很好迎的水化又讽能很好的州成龟膜否(女所谓好的孟成膜就是未能够在砂欢浆中形成庸一个一致假、均匀、妙没有缺陷越和富集现骆象的膜网恰结构，并迎且如前面浪图所描述秧的机械粘阀合层不能炸过厚。这做样如果保剑持砂浆的尿水灰比不长变，聚合乳物的减水赠效应不能钱发挥出来景，但如保雀持砂浆的托流动度不睡变，聚合父物就能发认挥其减水割效应尽量脸调节单位赌体积内水易与聚合物渠的相对含捐量，使达亭到好的成点膜效果尽泥量降低不藏利的因素伪，从而能抢提高砂浆立的抗压强占度垒。秋贡插芒4恐．损2娘．福2景抗拉强帮度、抗折阁强统度余顷如前恒所述，高旅分子聚合忍物加进砂夜浆能改善荐材料的脆史性。除有洽机高分子流自身的特虫点外，它丢还能改善讯砂浆内部掏的界面结匪构，减少屑了骨料处矮的微裂纹摊。此外，阳由于聚合熊物薄膜的胆弹性模量馅小、变形停大，因而岁可以缓冲骆裂纹处在决受力时的写应力集中劲，从而提滚高了砂浆冲的抗拉与腾抗折强度唤。诞眠迎吨4峰．菌2产．悄3羽粘结强伙度绿敲复合冷材料之间尘的界面粘毫结作用可构以大致分铸为以下五沃类怀(1桥)磨吸附与侵艘润贫(2专)佣相互扩散案、满(3刷)姓静电吸质引柴(4娘)辰化学键慌合保(5此)企机械粘着加。聚合物桥改性砂浆腔的粘结强战度可以分待为砂浆内斩部和把砂欲浆用于修统补材料时周新老界面逼之间的粘欠结强度。骡砂浆内部她的粘结性熄能在前面认已有介绍绣，即在界雁面处分为皱机械粘合震、物理吸卸引、化学据键合，正毙是因为有竹这样的效清果使得砂筑浆浆体的友粘结强度催增大。当勉聚合物改泥性砂浆作拍为一种修扒补材料时论，与普通预的砂浆相恢比也表现断出有良好厕的粘结强糊度，之所版以有比普秤通砂浆强遭的粘结强暖度，这有崭可能是聚摊合物砂浆焦在新老界凉面出也能丽形成如查图彻(1写)叫那样的界绑面结构，谨并且聚合萌物还能扩焦散到老砂跃浆中的空鼓隙中去成貌膜，进一紫步增强粘遍结强度台。返转迹响4赶．遭2奔．姜4恰弹性模棍量隔乳聚合卧物改性砂恨浆的弹性朽模量要低圾于普通砂岂浆的弹性疤模量，因裁此聚合物绑沙浆比普树通的砂浆才有更大的陡变形性喷。南妖勇国4沿．曾2纯．诊5洽耐久稠性姜受由于树聚合物对露砂浆的改迁性作用，拴提高了砂忍浆的耐久赌性。如砂传浆的抗渗翼能力得到扰了提高，珠吸水性降围低蛮”汽，砂浆承瓦受冻融循闯环的能力勉也得到了午提高。另须外，砂浆葡长期暴露斥在野外，辩其力学性且能没有降滩低反有提愉高筐。童雾您兼4多．旷3否影响聚冬合物改性演砂浆性能控的因负素删困瑞枣4盟．陆3中．软1巨原材伞料政场原材料中循水泥品种插的选择余检地较小。叛聚合物的次品种相对辽来说要多硬一些，不缩同的聚合泥物能对砂犯浆的性能焦有不同的罢影响。如奥氯偏乳液桌改性砂浆倒抗渗能力滩强，丁苯堆乳液改性乖砂浆的抗亲折强度较侵高等。因闹此需要通败过试验来异确定聚合役物的选取幻。览添详尼4赌．匠3缺．悟2辛配合比毕设犹计故剂在确秋定了材料已的种类后歪，材料之亿间的配比旷就尤为重卷要。由前芳面所述的串改性机仓理可知．饭要得到质客量好的聚孤合物砂浆赶，聚合物浑在浆体中快的成膜尤灰其重要，玉即要形成郊一个一致厚、均匀、驰没有缺陷攻和富集现渠象、膜不技能过厚的捐网状薄膜禽。因此水熟、水泥、见砂、聚合库物这几者海的搭配就添很重要了慌。廊邮撞猪4卸．溪3柏．介3让养护条难件具卖养护础条件对于孙水泥基材洋料来说是享一个很重往要的因素师。在砂浆竭的材料与尸配比确定娃下来后，坛材料的养踏护方法就蜂很重要了剖。对于聚伤合物改性矿砂浆水泥焰的水化和访聚合物的恢成膜是一舰对矛盾，谁那么要两液者需要协局调发展，筒使砂浆中角的各个组苦分相互补菊充、共同烧成长，就叔必须选择盗好适应的风养护条件逮。现在有技多种养护昌方法，在妈国外常用廉的养护方寒法是将砂久浆试件拆叛模后，首扩先拖在总2额0巨℃由、两8柿0偿％相对湿夸度的环境而下养川护摆2缘d方，然后非在冠2贱0见℃祝的水中养愿护追5厘d厘，再擦在桥2证0设℃杰、咏5识0界％相对干富燥的环境仓下养胁护绣21飞d快。在国内厨并没有定魂型的养护奥方法，但吹有研究表尽明乳液的辽掺量越小策，试件所停需在水中桨养护的时风间越长；炉乳液的掺梢量越大，绝试件所需讲在水中养拢护的时间缘越短；当损乳液的掺急量达到一蠢定值时，神就无需在作水中养护集，只需在辣空气中干计养即可唱。聚厅贴椒5犹聚合物黑水泥砂浆令的应遍用翻亦英校梳5蓬．扭1猜混凝土妥修补材躺料权胁聚合拴物水泥砂植浆娱(炊修补砂患浆倚)章已经广泛旗应用于混奉凝土结构食加固，选宗用聚合物偏改型砂浆俩作为混凝扁土结构的告修补材料虹主要有以绒下理由麻。俩挣平雅(1腔)嫩聚合物水镰泥砂浆具惜有良好的笔粘结性和娱耐水性结