聚合物水泥砂漿的及應(yīng)用

聚合物水泥砂漿的研究及應(yīng)用把聚合物用于改性水泥砂漿，在世界上已有很長(zhǎng)的一段歷史。與普通的水泥砂漿相比，聚合物水泥砂漿具有很多優(yōu)良的性能。本文對(duì)聚合物改性砂漿的改性機(jī)理、改性砂漿性能以及改性砂漿的應(yīng)用情況作詳細(xì)介紹。1前言早在1923年，英國(guó)人Gresson就把聚合物應(yīng)用于路面材料而獲得專利。到1924出版了關(guān)于現(xiàn)代聚合物改性材料的正式的文獻(xiàn)。從那時(shí)起，近70年來世界各國(guó)出現(xiàn)了大量的關(guān)于聚合物用于改性水泥砂漿和混凝土的研究，而且對(duì)聚合物用于水泥基材料的興趣也越來越來大。在這一領(lǐng)域里研究開發(fā)走在世界前列的國(guó)家有日本、美國(guó)、前蘇聯(lián)、德國(guó)等。如日本對(duì)新型高性能聚合物混凝土復(fù)合材料的研究開發(fā)應(yīng)用已有40年的歷史，并已為此制定了部分標(biāo)準(zhǔn)(JlS6203)；德國(guó)交通部筑路局對(duì)用于橋面的混凝土修補(bǔ)而附加的技術(shù)協(xié)議和規(guī)范(zTVSIB90)特別制定了聚合物改性砂漿(混凝土)供貨的技術(shù)條件和檢驗(yàn)規(guī)范(TLBEPCC，TPCC)，我國(guó)在這一方面的研究起步較晚，還是近十幾年發(fā)展起來的。1990年在上海舉行了第6屆國(guó)際聚合物混凝土?xí)h，大大地加速了我國(guó)在這一方面研究與應(yīng)用的進(jìn)步。2聚合物水泥砂漿的改性機(jī)理聚合物改性砂漿的研究之所以如此大的進(jìn)展，就是因?yàn)檫@種材料通過改性具有許多優(yōu)異的性能。了解其改性機(jī)理對(duì)研究和開發(fā)這類材料尤其重要。眾所周知，水泥砂漿作為一種復(fù)合材料，骨料和水泥基之間的界面過渡區(qū)是材料的薄弱環(huán)節(jié)。在界面過渡區(qū)，水灰比高、孔隙率大、氫氧化鈣和鈣礬石多，晶粒粗大、氫氧化鈣晶體取向生長(zhǎng)。要改善水泥基材料的性能，就必須改善界面過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。聚合物對(duì)水泥砂漿的改性作用，其實(shí)質(zhì)也是改善材料的界面過渡區(qū)，從而使材料獲得別的材料所不具有的性能。(1)聚合物具有減水的效果。其表現(xiàn)在配制具有相同流動(dòng)度的砂漿時(shí)，摻有聚合物的砂漿的水灰比要低于普通砂漿的水灰比。這是因?yàn)榫酆衔锖偷V物摻合料粉煤灰一樣的形態(tài)效應(yīng)，因?yàn)榫酆衔锏墓腆w粒徑很小，其直徑一般在0.05～5um之間。這樣的顆粒也可像粉煤灰的顆粒一樣，既可起到滾珠的作用，又具有較高的表面活性，從而能起到減水效應(yīng)。(2)在砂漿中摻加聚合物后，氫氧化鈣也會(huì)沿著聚合物固體顆粒生長(zhǎng)，有利于打亂氫氧化鈣的取向生長(zhǎng)。另外，由于聚合物的特殊性，它會(huì)在高于其最低成膜溫度下凝聚成膜，形成的膜能將水泥水化生成的氫氧化鈣包圍起來，連成一個(gè)整體，可以有效的降低氫氧化鈣對(duì)材料耐久性的不良影響。另一方面聚合物沙漿中的鈣礬石比普通砂漿中的鈣礬石要短和粗。進(jìn)一步觀察可發(fā)現(xiàn)聚合物的加入有效的改善了砂漿的孔結(jié)構(gòu)，由于聚合物的形態(tài)效應(yīng)及其自身的特殊性，起到了膠結(jié)、填充等作用，使砂漿的平均孔徑變小，大孔變成小孔隙，孔隙分布的均勻性下降了，微孔隙率提高了。(3)由于聚合物成膜的過程發(fā)生在水泥水化的過程中，水分用于水化以及被蒸發(fā)，聚合物就在整個(gè)基體中形成一個(gè)堅(jiān)韌、致密的網(wǎng)絡(luò)薄膜狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分布在水泥砂漿骨架之間，填充空隙，切斷了與外界的通道，進(jìn)一步改善了材料的性能。(4)聚合物還能和水泥水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)作用。如丙烯酸甲脂能與水泥水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣反應(yīng)。其原因是因?yàn)楸┧嶂兄茉趬A性的氫氧化鈣溶液中發(fā)生水解生成羧酸根離子能與鈣離子以離子鍵形式結(jié)合，形成以鈣離子橋連的離子鍵大分子體系的交織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的密實(shí)性。在上面的反應(yīng)中可以降低氫氧化鈣的含量，而SBR(聚苯乙烯一丁二烯)乳膠也能減少砂漿中氫氧化鈣的含量，但沒有含有脂基的E－VA(聚乙烯一醋酸乙烯脂)乳液那么明顯因此是不是所有的聚合物都能起化學(xué)改性作用，還有待研究。通過以上的物理與化學(xué)的作用，聚合物改善了砂漿的界面結(jié)構(gòu)形成了如圖(1)的界面層。其中的機(jī)械粘合層就是聚合物所成的薄膜，這一層不能過厚否則就會(huì)降低材料的強(qiáng)度。物理吸引層是聚合物如前面所講的物理改性作用得到的一層，起到了增強(qiáng)材料性能的作用?；瘜W(xué)鍵合層是聚合物與水泥中的物質(zhì)發(fā)生發(fā)應(yīng)的結(jié)果，進(jìn)一步增強(qiáng)了材料的性能。3聚合物水泥砂漿的材料3．1聚合物對(duì)能用于砂漿改性的聚合物，其性能要求十分重要。聚合物在發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，不能對(duì)砂漿帶來負(fù)面的影響，如不能影響水泥的充分水化，對(duì)水泥石的基體沒有腐蝕作用，對(duì)環(huán)境沒有污染作用等?，F(xiàn)階段用于改性砂漿的聚合物的種類不是很多，主要有以下一些。其中最常用的就是圖中劃?rùn)M線的聚合物。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。但由于單一品種乳液用于改性砂漿時(shí)會(huì)有一些不足，因此現(xiàn)階段已經(jīng)出現(xiàn)通過聚合物乳液的共混，綜合不同乳液的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出能實(shí)現(xiàn)不同性能要求、適應(yīng)不同用途需要的聚合物共混物用于改性砂漿。3．2水泥用于聚合物改性砂漿的水泥一般為普通硅酸鹽水泥，它的早期強(qiáng)度高、凝結(jié)快、耐凍性好。另外還可用高鋁酸鹽水泥。近年來，出現(xiàn)了一種專門用于聚合物干粉改性砂漿的鋁酸鈣水泥，這種水泥是用一定比例含有三氧化二鋁和氧化鈣經(jīng)熔化或煅燒，然后將獲得的熟料磨細(xì)而成。緣梅3須．添3暈礦物摻合棉料忙鄭礦物榆摻合尸料驢(綠硅灰、粉餡煤灰、礦年渣蝕等羽)悲本身就可春以作為一似種水泥砂棚漿的改性絲材料。把勉礦物摻合射料和聚合邀物雙摻在紹砂漿中，舟能綜合利徑用兩種改靈性材料的徐特點(diǎn)，優(yōu)叉勢(shì)互補(bǔ)進(jìn)判一步改善齡砂漿的性扁能背。附漫百趙3拋．完4掠消泡劑淘、穩(wěn)定宣劑留擦在聚扒合物水泥炒砂漿中，接水泥漿體情中的鈣離建子或鋁離慨子等多價(jià)袖陽(yáng)離子及志砂漿拌和遷時(shí)所產(chǎn)生岔的剪切力柔會(huì)導(dǎo)致乳棒液破乳凝竟聚，因此則要選擇合析適的乳化香劑和穩(wěn)定甜劑。乳液忍中存在的春表面活性露劑導(dǎo)致砂古漿氣泡增烘加，影響棄性能，為睜此，需要潑加入適當(dāng)刃的消泡劑滔來抑制表飽面活性劑草引起的泡耽沫蜓。效些鏟崗扣3驚．找5衰叛砂隔封一般寧用河砂，皺要求含泥苗量不能過壩高毫。鐵乒4底聚合物完改性水泥矮沙漿的性景能薄使眾所周忽知作為水調(diào)泥基材料計(jì)的一個(gè)顯是著的缺點(diǎn)越就是脆性那大。表現(xiàn)品出抗拉強(qiáng)足度比抗壓槳強(qiáng)度低許塌多，抗裂辱性差，并掘且強(qiáng)度越圣高，脆性軍越大。這京是因?yàn)樗勀嗷牧闲蹖儆诠杷釢h鹽物質(zhì)，拴其基本單勒元是硅氧速四面散體瘋·像硅與氧以聯(lián)共價(jià)鍵相激連，鈣與廊鋁等金屬切離子以離腹子鍵與硅慢相結(jié)合。渾由于在共蔬價(jià)鍵、離參子鍵發(fā)生云斷裂時(shí)幾漠乎不發(fā)生走任何變形獸，就表現(xiàn)俘出很大的展脆性。而墻聚合物作年為一種有兄機(jī)高分子獲，其長(zhǎng)分嗓子結(jié)構(gòu)及飛大分子中案的鏈節(jié)或桌鏈段的自予旋轉(zhuǎn)性，脖使其具有蒼彈性和塑屆性潔。叮招4械．板1咬新拌砂警漿的性西能脖唯頑殃4厘．倆1黑．忠1權(quán)流動(dòng)鼠性秘閱由于妙聚合物具堆有建水的呼效果，因斷此大部分縫聚合物都躍能提高砂御漿的流動(dòng)均性能。紡篇壩4貧．緣1湖．阻2壩保水恨率除謝新拌寺砂漿的保瓦水率是影炕響砂漿硬枯化及硬化丟后固體性俘能的重要序的因素。話保水性好胞的砂漿有識(shí)利于砂漿框的運(yùn)輸、放停放和鋪廚攤，有重貞要的工程萄意義。摻慶入聚合物縱能有效的搜提高新拌藏砂漿的保砌水性能，推聚合物的嫂加入既可滋以防止砂續(xù)漿的離析婦，有能在脫砂漿的養(yǎng)也護(hù)初期防懼止水分的普過快散失科，有利于要水泥的水喝化。盡管皇聚合物水樓泥砂漿的盛凝結(jié)時(shí)間污會(huì)延長(zhǎng)努。尼稅4洽．新2昨硬化聚宇合物砂漿源的力學(xué)性寨能淚機(jī)蛛宣4籃．慣2輛．土1壤抗壓強(qiáng)穿度弓闊現(xiàn)有辜大部分的金研究都認(rèn)姥為聚合物食改性砂漿碗的抗壓強(qiáng)厲度要低于低普通砂漿倦的抗壓強(qiáng)彼度，這是派因?yàn)榫酆厦拔镌谏皾{孕體系中硬扮化成膜后激，由于它遲的彈性模困量要低于瘋水泥石和巴骨料的彈搶性模量，治另外聚合懶物的富集遙現(xiàn)象也會(huì)撲降低抗壓考強(qiáng)度，還交有就是聚驚合物的活膀性，在攪柿拌砂漿時(shí)泰會(huì)產(chǎn)生大鼠量的氣泡役從而降低導(dǎo)了砂漿的徹抗壓強(qiáng)度落。但是還伙存在另外油的一種觀嬌點(diǎn)，就是建認(rèn)為聚合更物改性砂司漿的抗壓已強(qiáng)度要高單于普通砂它漿的抗壓憤強(qiáng)度，這吵是因?yàn)榫鄹液衔锞哂欣瓬p水效應(yīng)峰，能降低凱砂漿的用帖水量，從抵而提高砂殖漿的抗壓婚強(qiáng)度。但澆這兩種對(duì)鈴立的觀點(diǎn)騾有不同的雁前提第一訊種觀點(diǎn)下魄的砂漿在蘭配制時(shí)是闖保持砂漿畝的水灰比云不變，第罰二種觀點(diǎn)侍下的砂漿盤在配制時(shí)鑒保持砂漿穿的流動(dòng)度索不變。之扇所以存在犧這樣對(duì)立褲的觀點(diǎn)，絮有可能是衡砂漿單位縮體積內(nèi)的礎(chǔ)水與聚合溫物的相對(duì)搬含量的問桿題。我們禮知道在聚塌合物砂漿奴中水泥的商水化和聚栗合物的成使膜是一對(duì)脊矛盾，水釀泥水化需達(dá)要水分，抵而聚合物驚的成膜要右求失去水似分。在砂皂漿中聚合田物由于具禾有減水作稻用，應(yīng)該警能增加砂慢漿的強(qiáng)度萍，但由于螞前面所講榆的聚合物齊降低抗壓做強(qiáng)度的因市素的存在櫻，就應(yīng)該檢調(diào)節(jié)砂漿限單位體積驗(yàn)內(nèi)水與聚調(diào)合物的相敲對(duì)含量，梢使其滿足禁既能很好迎的水化又諷能很好的州成龜膜否(女所謂好的孟成膜就是未能夠在砂歡漿中形成庸一個(gè)一致假、均勻、妙沒有缺陷越和富集現(xiàn)駱象的膜網(wǎng)恰結(jié)構(gòu)，并迎且如前面浪圖所描述秧的機(jī)械粘閥合層不能炸過厚。這做樣如果保劍持砂漿的尿水灰比不長(zhǎng)變，聚合乳物的減水贈(zèng)效應(yīng)不能錢發(fā)揮出來景，但如保雀持砂漿的托流動(dòng)度不睡變，聚合父物就能發(fā)認(rèn)揮其減水割效應(yīng)盡量臉調(diào)節(jié)單位賭體積內(nèi)水易與聚合物渠的相對(duì)含捐量，使達(dá)亭到好的成點(diǎn)膜效果盡泥量降低不藏利的因素偽，從而能搶提高砂漿立的抗壓強(qiáng)占度壘。秋貢插芒4恐．損2娘．福2景抗拉強(qiáng)幫度、抗折閣強(qiáng)統(tǒng)度余頃如前恒所述，高旅分子聚合忍物加進(jìn)砂夜?jié){能改善薦材料的脆史性。除有洽機(jī)高分子流自身的特蟲點(diǎn)外，它丟還能改善訊砂漿內(nèi)部掏的界面結(jié)匪構(gòu)，減少屑了骨料處矮的微裂紋攤。此外，陽(yáng)由于聚合熊物薄膜的膽彈性模量餡小、變形停大，因而歲可以緩沖駱裂紋處在決受力時(shí)的寫應(yīng)力集中勁，從而提滾高了砂漿沖的抗拉與騰抗折強(qiáng)度喚。誕眠迎噸4峰．菌2產(chǎn)．悄3羽粘結(jié)強(qiáng)伙度綠敲復(fù)合冷材料之間塵的界面粘毫結(jié)作用可構(gòu)以大致分鑄為以下五沃類懷(1橋)磨吸附與侵艘潤(rùn)貧(2專)傭相互擴(kuò)散案、滿(3刷)姓靜電吸質(zhì)引柴(4娘)辰化學(xué)鍵慌合保(5此)企機(jī)械粘著加。聚合物橋改性砂漿腔的粘結(jié)強(qiáng)戰(zhàn)度可以分待為砂漿內(nèi)斬部和把砂欲漿用于修統(tǒng)補(bǔ)材料時(shí)周新老界面逼之間的粘欠結(jié)強(qiáng)度。騾砂漿內(nèi)部她的粘結(jié)性熄能在前面認(rèn)已有介紹繡，即在界雁面處分為皺機(jī)械粘合震、物理吸卸引、化學(xué)據(jù)鍵合，正斃是因?yàn)橛兄襁@樣的效清果使得砂筑漿漿體的友粘結(jié)強(qiáng)度催增大。當(dāng)勉聚合物改泥性砂漿作拍為一種修扒補(bǔ)材料時(shí)論，與普通預(yù)的砂漿相恢比也表現(xiàn)斷出有良好廁的粘結(jié)強(qiáng)糊度，之所版以有比普秤通砂漿強(qiáng)遭的粘結(jié)強(qiáng)暖度，這有嶄可能是聚攤合物砂漿焦在新老界涼面出也能麗形成如查圖徹(1寫)叫那樣的界綁面結(jié)構(gòu)，謹(jǐn)并且聚合萌物還能擴(kuò)焦散到老砂躍漿中的空鼓隙中去成貌膜，進(jìn)一紫步增強(qiáng)粘遍結(jié)強(qiáng)度臺(tái)。返轉(zhuǎn)跡響4趕．遭2奔．姜4恰彈性模棍量隔乳聚合臥物改性砂恨漿的彈性朽模量要低圾于普通砂豈漿的彈性疤模量，因裁此聚合物綁沙漿比普樹通的砂漿才有更大的陡變形性噴。南妖勇國(guó)4沿．曾2純．診5洽耐久稠性姜受由于樹聚合物對(duì)露砂漿的改遷性作用，拴提高了砂忍漿的耐久賭性。如砂傳漿的抗?jié)B翼能力得到擾了提高，珠吸水性降圍低蠻”汽，砂漿承瓦受凍融循闖環(huán)的能力勉也得到了午提高。另須外，砂漿葡長(zhǎng)期暴露斥在野外，辯其力學(xué)性且能沒有降灘低反有提愉高筐。童霧您兼4多．曠3否影響聚冬合物改性演砂漿性能控的因負(fù)素刪困瑞棗4盟．陸3中．軟1巨原材傘料政場(chǎng)原材料中循水泥品種插的選擇余檢地較小。叛聚合物的次品種相對(duì)遼來說要多硬一些，不縮同的聚合泥物能對(duì)砂犯漿的性能焦有不同的罷影響。如奧氯偏乳液桌改性砂漿倒抗?jié)B能力灘強(qiáng)，丁苯堆乳液改性乖砂漿的抗親折強(qiáng)度較侵高等。因鬧此需要通敗過試驗(yàn)來異確定聚合役物的選取幻。覽添詳尼4賭．匠3缺．悟2辛配合比畢設(shè)猶計(jì)故劑在確秋定了材料已的種類后歪，材料之億間的配比曠就尤為重卷要。由前芳面所述的串改性機(jī)倉(cāng)理可知．飯要得到質(zhì)客量好的聚孤合物砂漿趕，聚合物渾在漿體中快的成膜尤灰其重要，玉即要形成郊一個(gè)一致厚、均勻、馳沒有缺陷攻和富集現(xiàn)渠象、膜不技能過厚的捐網(wǎng)狀薄膜禽。因此水熟、水泥、見砂、聚合庫(kù)物這幾者海的搭配就添很重要了慌。廊郵撞豬4卸．溪3柏．介3讓養(yǎng)護(hù)條難件具賣養(yǎng)護(hù)礎(chǔ)條件對(duì)于孫水泥基材洋料來說是享一個(gè)很重往要的因素師。在砂漿竭的材料與尸配比確定娃下來后，壇材料的養(yǎng)踏護(hù)方法就蜂很重要了剖。對(duì)于聚傷合物改性礦砂漿水泥焰的水化和訪聚合物的恢成膜是一艦對(duì)矛盾，誰(shuí)那么要兩液者需要協(xié)局調(diào)發(fā)展，筒使砂漿中角的各個(gè)組苦分相互補(bǔ)菊充、共同燒成長(zhǎng)，就叔必須選擇盜好適應(yīng)的風(fēng)養(yǎng)護(hù)條件逮。現(xiàn)在有技多種養(yǎng)護(hù)昌方法，在媽國(guó)外常用廉的養(yǎng)護(hù)方寒法是將砂久漿試件拆叛模后，首擴(kuò)先拖在總2額0巨℃由、兩8柿0償％相對(duì)濕夸度的環(huán)境而下養(yǎng)川護(hù)擺2緣d方，然后非在冠2賤0見℃祝的水中養(yǎng)愿護(hù)追5厘d厘，再擦在橋2證0設(shè)℃杰、詠5識(shí)0界％相對(duì)干富燥的環(huán)境倉(cāng)下養(yǎng)脅護(hù)繡21飛d快。在國(guó)內(nèi)廚并沒有定魂型的養(yǎng)護(hù)奧方法，但吹有研究表盡明乳液的遼摻量越小策，試件所停需在水中槳養(yǎng)護(hù)的時(shí)風(fēng)間越長(zhǎng)；爐乳液的摻梢量越大，絕試件所需講在水中養(yǎng)攏護(hù)的時(shí)間緣越短；當(dāng)損乳液的摻急量達(dá)到一蠢定值時(shí)，神就無需在作水中養(yǎng)護(hù)集，只需在辣空氣中干計(jì)養(yǎng)即可唱。聚廳貼椒5猶聚合物黑水泥砂漿令的應(yīng)遍用翻亦英校梳5蓬．扭1猜混凝土妥修補(bǔ)材躺料權(quán)脅聚合拴物水泥砂植漿娛(炊修補(bǔ)砂患漿倚)章已經(jīng)廣泛旗應(yīng)用于混奉凝土結(jié)構(gòu)食加固，選宗用聚合物偏改型砂漿倆作為混凝扁土結(jié)構(gòu)的告修補(bǔ)材料虹主要有以絨下理由麻。倆掙平雅(1腔)嫩聚合物水鐮泥砂漿具惜有良好的筆粘結(jié)性和娛耐水性結(jié)