聚合物混凝土

利用聚合物改性水泥基复合材料虽然聚合物改性混凝土，研究了较长时间， 取得较多的成果，但是也存在明显的问题，主要集中在３方面：（１）聚 合物价格本身较高，且在混凝土中掺量达到５％～１５％，因此综合性价 比较低；（２）常用一些聚合物乳液遇高温容易分解，极易老化，因此聚 合物耐高温的性能较差；（３）加入的聚合物有一定的味道，有的材料还 有一定毒性、易燃性。 橡胶集料水泥基复合材料 由于橡胶粉颗粒属于憎水性材料，与水泥基体材料粘结性能较弱，橡胶粉 颗粒几乎与水泥石之间不存在化学反应，只是微弱的范德华力，产生的弱 界面效应，使得橡胶粉颗粒的改性作用弱化，抗压强度降低。
聚氨酯树脂本身较为柔韧，当其变成连 续相，并且抗折强度迅速下降的同时， 其挠度得到较大的提高(见图7)。聚氨酯 树脂含量在12% 左右较为合适。
由图8 看出，不饱和聚酯加入水泥基材，导致复合材料抗折强度下降。不饱和聚酯对水泥 颗粒表面的吸附与阻隔，减少了水化水的量，严重影响了水泥在此养护条件下水化过程， 更多的水以蒸发的形式离开复合材料，因而在基体 中造成大量的缺陷，并且形成薄弱的界面，抗折性 能下降，导致含有不饱和聚酯的试样抗折强度比纯 水泥试样的抗折强度还低。
PART 3
高韧性水泥基复合材料研究进展
本文综述了国内外在该领域已有的研究成果，从聚合物改性、橡胶粉 颗粒改性、纤维增韧、ＰＶＡ纤维增韧４个方面介绍了高韧性水泥基 复合材料
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聚合物增韧混凝土 加入聚合物后，由于范德华力和氢键的作用，聚合物可以覆盖在水化产物表面，封闭空洞 与微裂纹。另外聚合物乳液的加入可以提高微中心质效应，增加界面过渡区的粘结性能， 从而改善混凝土的微观结构，提高抗拉性能。 采用聚合物改性增韧混凝土，操作简单，效果明显，被广泛的应用于防水材料、石材瓷砖 之间的粘结剂、防腐地面材料、混凝土结构修补材料、无宏观缺陷水泥（ＭＤＦ）
新型高韧性ＥＣＣ混凝土 采用微观力学，断裂力学的原理对ＰＶＡ纤维、混凝土基体及 混凝土与纤维界面进行了总体设计与调整，使ＥＣＣ材料处于 拉伸，弯曲荷载及剪切荷载作用下具有多缝开裂、应变硬化的 特点，其极限抗拉应变能力可以超过３％，是普通混凝土的２ ００～５００倍，远超普通的钢纤维混凝土。 将ＥＣＣ材料作为修补材料可以有效的和旧的混凝土界面粘结， 可以将在外力作用下产生的裂缝无害化处理。
01
聚合物混凝土简介
CONTENT
目录
02 03 04
几种高聚物对水泥基复合材料性能的影响
高韧性水泥基复合材料研究进展
聚合物改性水泥混凝土力学性能试验研究
PART 1
聚物水泥基复合材料简介
传统的水泥混凝土因为原料易得、价格低、抗压强度高、用途广泛等优点得 到了广泛的使用。然而，由于它的抗拉抗弯能力差、自重大、变形能力差等缺点， 限制了它的进一步应用。因此，人们一直在寻求性能更优异的材料来替代它。聚 合物混凝土作为一种结合了聚合物与混凝土优点的复合材料，在近10 年来得到 了飞速的发展，在很多方面有望替代传统的混凝土。 一般将聚合物混凝土分为聚合物水泥混凝土( PCC)、聚合物浸渍混凝土( PIC) 和聚合物胶结混凝土(PC)三类[5]。
新型高韧性ＥＣＣ混凝土 ＥＣＣ增韧性能原理基于ＰＶＡ 纤维和混凝土基体的界面结构和粘附性，而界面结构和 粘附性又受ＰＶＡ表面的化学性质和微观结构的影响，如果使ＰＶＡ纤维与混凝土基体的 粘结性能达到最优化，可以产生水泥基材料增强，增韧的双优效果。因而如何提高纤维表 面的质量，是一个需要解决的问题。在实际工程应用中，国产ＰＶＡ纤维分散性较差，极 易在混凝土中结团，会导致混凝土均匀性较差，抗裂性能会受到影响。目前仅有日本可乐 丽公司生产品质较好，但价格非常高，每方混凝土中仅纤维增加的费用达３００元。另外 ＰＶＡ纤维本身对于ＥＣＣ混凝土抗裂影响的微观机理研究处于起步阶段。ＰＶＡ－ＥＣ Ｃ采用粒径小于０．１ ｍｍ的石英砂，实际相当于水泥净浆，收缩较大。
Ｓｈａｋｅｒ Ｆ．等研究者把１５％丁苯橡胶乳液加入混凝土中来提高防水性、抗氯离 子渗透性、抗硫酸盐侵蚀与防止钢筋锈蚀能力。Ｂｕｒｅａｕ Ｌ．等研究者发现：Ｗ／ Ｃ＝０．４５保的砂浆的抗折强度随着丁苯聚合物乳液掺量的提高不断提高。但Ｐａｓｃ ａｌ Ｓ．等实验表明，在保持水灰比不变且丁苯橡胶乳液的掺量＞１０％时，混凝土的 抗压强度与抗折强度有相反的表现，不断降低。
高性能纤维增强水泥基复合材料与普通混凝土相比，钢纤维增强混凝土抗裂性能大 幅度提高，但是由于钢纤维的掺入，混凝土也呈现出较多的问题：造价增大，钢纤 维较重，使得结构的自重增加，流动性变差，施工更加困难。钢纤维的耐火性能较 差，且钢纤维混凝土极易在火灾中爆裂。表层钢纤维易锈蚀，因此需要进行改性处 理。 在混凝土中加入一定量的聚丙烯纤维，可以使得混凝土的抗冲击和抗疲劳性能，抗 动载能力、路面材料性能等性能得到了极大提高。由于聚丙烯纤维的弹模较低，混 凝土处于高应力的情况下，结构变形易达到极限。而且聚丙烯纤维具有较大的柔性、 吸水性差，纤维之间容易结团，导致与水泥材料基体的粘结性能较弱。
熊剑平等通过实验研究得出混凝土宏观性能提高的根本原因是聚合物对微观结构的改 善，当聚合物的量不断增加时，与水泥水化物结合越来越紧密，填充和密封了混凝土 内部空隙，改善了材料内部的孔结构；加上聚合物的“桥接”作用，使聚合物水泥混 凝土内部结构向连续密实转化，从而使得材料的抗折强度、耐久性、柔韧性等均有所 提高。
橡胶粉颗粒增韧混凝土 在混凝土中加入橡胶粉颗粒可提高混凝土的韧性，并具 有良好的抗震性能，被称为弹性混凝土。一般加入到混 凝土中的胶粉颗粒粒径在３ ｍｍ左右，通常作为细集 料。由于橡胶粉颗粒对混凝土有一定的保水性，减少泌 水，粘聚性增加，使得结构密实。橡胶粉颗粒在混凝土 中充当软性弹性体的作用，可以有效的增加能量耗散， 抵抗应力的破坏，如温度应力，冻胀应力。
PART 4
聚合物改性水泥混凝土力学性能试验研究
文中主要是通过试验的方法对环氧树脂改性水泥混凝土的抗 压强度、抗拉强度、抗折强度等力学性能进行了试验研究试 验通过聚合物掺量为0、3%、5%、8%、10%这五种混凝土 试件测得的各种强度及弹性模量，得到了聚合物掺量对聚合 物改性水泥混凝土力学性能的影响，并提出了混凝土的强度 评价指标，试验结论: 当聚合物掺量在8% ～ 10%范围内时 对混凝土力学性能综合改性效果最好。
纤维增韧混凝土 在混凝土中加入短切乱向分布纤维，减少了泌水现象 （筛子），减少了原始缺陷的生成。另外由于柔性纤 维在受力破坏的过程中容易产生较大幅度的徐变，多 用于基体在受力过程中不产生破裂与受到瞬间应力的 情况。研究表明，在混凝土中加入聚丙烯纤维，具有 良好的抗裂性能，耐久性较好。如体积分数为０．７ ％～０．９％时，混凝土梁的断裂韧性是空白组的１ ８～２４倍，初裂荷载是空白组的１．３７倍，裂纹 平均间距是空白组的６４％～５６％.
PART 2
几种高聚物对水泥基复合材料性能的影响
研究了几种不同的高聚物对普硅水泥基体性能的影响规律， 并对其增强规律作了比较。测试结果显示：聚乙烯醇、叔碳 酸乙烯酯共聚乳液对水泥基体有明显的增强效果；聚氨酯树 脂对水泥基体有一定的改性效果；单纯添加不饱和聚酯改性 水泥导致复合材料性能劣化。
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通过以上各力学性能试验结果及扫描电镜分析，得到如下关于聚合物改性水泥混凝土 性能的结论： （1）与普通混凝土相比，聚合物改性水泥混凝土的抗压强度没有增强，但其抗拉强 度及抗折强度提高。 （2）当聚灰比为10%时，混凝土的抗折强度较普通混凝土提高了30.8%，弹性模量 下降了22.1%，对混凝土的柔性性能改善效果较好，因此建议当聚合物选用该种环氧 树脂乳液制备混凝土时为得到最佳力学性能掺量控制在10%左右。 （3）掺加聚合物后混凝土在破坏时应变增加明显，出现裂缝的时间晚，数量少且深 度小。 （4）掺加适量聚合物能从根本上改善水泥石的结构形态，在内部形成交错的空间网 状结构，增强材料的密实性，有利于解决混凝土材料面临的脆性大的缺点，在此基础 上可以更好地运用该种材料。
PVA 增强水泥的抗折强度曲线如图1 所示。 图1 PVA 增强水泥的抗折强度由图1 看出，复合材料 的抗弯强度随着PVA 的增加而连续增长，并逐渐放缓。 当PVA 含量为2.5% 时，试体抗弯强度达到22.0 MPa， 增强幅度为115.5%。
对纯水泥及P V A 增强水泥基复合材料的 场发射扫描电镜照片( 4000 倍) 做显微结 构对比，如图3 PVA 增强试样微观形貌分 析，可见，添加了PVA 的试块，微观形貌 比纯水泥更致密，水化颗粒和凝胶结构周 围粘结有聚合物膜，微观形貌平整致密。
2017
聚合物水泥基复合材料
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梁乃兴等人把丁苯乳液加入混凝土中，７ ｄ抗折强度提高２２％，但抗折弹性模量降低 ２２％。混凝土２８ｄ抗折强度提高了３８％，抗折弹性模量降低了１９％，总体柔性增 加，且干缩性能与耐磨性能也有一定的提高。姜洪义采用丁苯橡胶乳液改性砂浆，提高了 抗水性，但是抗压和抗折强度呈现先增加而后降低的现象。申爱琴等研究发现，丁苯橡胶 乳液混凝土可降低开口孔孔隙率同时细化孔隙，降低脆性，提高防水性。
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（1）聚合物水泥混凝土( PCC):是以聚合物(或单体) 与水泥作为胶结材料再加上骨料配 制而成的。聚合物的加入使混凝土的密实度有所提高，水泥石与骨料的粘结有所加强， 与普通混凝土相比，其耐磨性、耐腐蚀性、耐冲击性、绝缘性等方面均有所改善。聚合 物水泥混凝土操作简单，改性效果明显，成本较低，因而能在实际生产中得到广泛应用。 （2）聚合物浸渍混凝土(PIC):是将已硬化的普通混凝土经干燥、真空处理后，浸渍在液 态树脂中，通过加热或者催化使树脂渗入到混凝土孔隙中产生聚合作用，使两者成为一 体而形成的。聚合物填补了混凝土内部孔隙从而提高了混凝土的密实度，与此同时也增 加了水泥石与骨料之间的粘结力，但由于操作和催化不容易进行，目前这类混凝土应用 范围有局限性。 （3）聚合物胶结混凝土(PC):是以聚合物取代水泥，与骨料配置而成。优点在于强度高、 耐化学腐蚀、耐磨性、抗冻性好等优点，但硬化时收缩较大，耐久性差。聚合物用量约 占混凝土重量的8%左右，但是这种混凝土的价格较贵，一般只用于一些特殊工程。