聚合物混凝土讲解
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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]。
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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。
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。
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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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。
目录
CONTENT
01 聚合物混凝土简介 02 几种高聚物对水泥基复合材料性能的影响 03 高韧性水泥基复合材料研究进展 04 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。
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。
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）
2017
聚合物水泥基复合材料
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叔碳酸乙烯酯共聚乳液增强 图4 未改性叔碳酸乙烯酯共聚乳液对水泥抗
折强度的影响，随着聚灰比的不断增加，体系的 抗折强度趋向于逐渐变大。当达到10%，抗折强 度达到最大值15.84 MPa，最大增强幅度55.14%。 之后随着聚灰比的增加，抗折强度逐渐变小。
加入硅烷偶联剂改性，并与纳米SiO2均匀混 合之后，乳液对水泥的增强效果明显提高。随着 聚灰比的不断增加，体系的抗折强度迅速变大。 聚灰比达到12%时，抗折强度达到最42.55MPa， 增强幅度316.75%。当聚灰比大于12% 时，体系 的抗折强度降低，在聚灰比为14% 时，降低到 17.26 MPa，增强幅度69.05%。
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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。
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。
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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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。
目录
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01 聚合物混凝土简介 02 几种高聚物对水泥基复合材料性能的影响 03 高韧性水泥基复合材料研究进展 04 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。
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。
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）
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叔碳酸乙烯酯共聚乳液增强 图4 未改性叔碳酸乙烯酯共聚乳液对水泥抗
折强度的影响，随着聚灰比的不断增加，体系的 抗折强度趋向于逐渐变大。当达到10%，抗折强 度达到最大值15.84 MPa，最大增强幅度55.14%。 之后随着聚灰比的增加，抗折强度逐渐变小。
加入硅烷偶联剂改性，并与纳米SiO2均匀混 合之后，乳液对水泥的增强效果明显提高。随着 聚灰比的不断增加，体系的抗折强度迅速变大。 聚灰比达到12%时，抗折强度达到最42.55MPa， 增强幅度316.75%。当聚灰比大于12% 时，体系 的抗折强度降低，在聚灰比为14% 时，降低到 17.26 MPa，增强幅度69.05%。