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聚合物水泥砂浆的研究及应用

2013-07-15 01:12

　　摘　要：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。 
　　关键词：聚合物；砂浆，改性；性能；应用 
　　 
　　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。  （转载自中国科教评价网http://www.nseac.com）
　　(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。 

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　　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