浅谈聚合物在砂浆及混凝土中的作用

    关键词：聚合物；粘结力；混凝土

    1 　问题的提出

    普通水泥砂浆或普通混凝土在工程使用过程中常常出现脆性过大而柔性不足，其抗压强度较高,而抗拉强度和粘接强度较低，弹性模量较高而变形能力很差的问题，因而在工程应用中受到很大限制， 随着高性能混凝土( HPC) 的发展，高强混凝土(HSC) 的应用日益增多，普通混凝土的脆性问题显得尤为突出。因此对水泥基材料降低脆性，提高韧性和变形能力，是广大应用领域必须解决的重大课题。

    2 　解决思路

    经过大量的试验发现，在普通水泥砂浆或普通混凝土中掺加聚合物的方法使之改性，并获得更好的工程使用性能是一条行之有效的途径。聚合物可以下面几种形式掺入到水泥基材中：乳液方式,在分散粉末或水溶性聚合物粉末的方式以及单体或聚合物的液体树脂的方式，当聚合物以乳液方式加入到水泥基材中( PCM)，叫做乳液改性水泥基材料(LMC)，用于乳液改性水泥基中的弹性体聚合物包括沥青、天然橡胶、丁苯橡胶，热塑体包括：聚乙烯醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸酯、苯丙乳液等。

    聚合物以粉末的形式掺入PCM中乳液在制造过程中经喷雾干燥即形成可再分散粉末，加入到水泥桨中重新形成乳液，并在养护过程中干燥成膜,用时加水即可。聚合物以树脂的方式有：环氧树脂、不饱和聚酯树脂、甲基丙烯酸酯单体、氨基甲酸乙酯、呋喃树脂、酚醛树脂等。

    用于PCM 的聚合物的典型物理特征是玻璃化转变温度(Tg)，当温度高于Tg 时，材料行为为类似橡胶，受载时产生弹性变形；当温度低于Tg 时，材料行为象玻璃易于产生脆性破坏。热塑性聚合物Tg 值居于二者之间，用于PCM 聚合物的Tg值的重要意义在于其弹性和塑性将对PCM的性产生影响，配制PCM 时，应根据不同用途及使用环境选择不同Tg 值的聚合物。

    聚合物的另一个特征是最低成膜温度(MFT)，它是聚合物形成连续膜的最低温度，只有当水泥水水温度高于MFT，聚合物才可以形成均匀的膜结物。

    当聚合物加入到新拌水泥混凝土拌合物时，在搅拌过程中聚合物颗粒均匀地分散到水泥桨体中，水泥一加水水化反应就开始，氢氧化钙溶液很快达到饱和并析出晶体，同时生成钙钒石晶体及水化硅酸钙凝胶体，聚合物颗粒便沉积到凝胶体和未水化的水泥颗粒上，随着水化反应进行，水份不断消耗，水化产物增多，聚合物颗粒便逐渐聚集在毛细孔中，并在凝胶体表面、未水化颗粒上形成紧密堆积层,这聚集的聚合物颗粒逐渐填充毛细孔并覆盖着它们不能完全填充的毛细孔的内表面，由于水化和干燥使水分进一步减少，在凝胶体上和孔隙中紧密堆积的聚合物颗粒便凝聚形成连续的薄膜,形成与水化水泥桨体互穿基质的混合体，并且使水化产物之间及骨料相互胶接。由于带有聚合物的水化物在界面形成了覆盖层，也由于聚合物在界面过渡区孔隙中凝聚成膜，从而使PCM 的界面过渡区更为致密，使PCM 的性能得以改善，缓解了内应力，减少了微裂纹的产生，其中聚合混凝土( PBM) 的主要性能见下表。

    近年来,随着混凝土砌块和各类墙板的大量应用，以及外墙抗裂、抗渗要求的提高，对砂浆的性能，特别是粘结强度和抗裂性均提出了更高的要求，现以聚醋酸乙烯水泥砂浆为例来比较说明如下：试配原材料:强度等级为42. 5 普通水泥；细集料采用河砂、细度模数为2. 3 ；市售聚醋酸乙烯、固含量43 %砂浆配合比表：

     从以上试验结果可知，虽然聚合物砂浆抗压强度低于普通砂浆，但粘结抗弯强度却比普通砂浆高60 %～82 %，且随龄期增长，提高幅度增加，说明聚醋酸乙烯砂浆具有良好的粘结性能和耐久性。

    通过大量试验得知：聚合物对新拌水泥基材料的工作性能影响很大，因为分散的聚合物颗粒象“滚珠”一样使水泥及水化产物颗粒相对运动更容易，同时聚合物本身或加入到水泥基材中已减少悬浮颗粒下沉的表面活性剂就象减水剂一样，围绕水泥颗粒做定向排列使颗粒分散，从而减少用量,改善了和易性。由于聚合物水泥基材( PCM) 需水量的减少，使硬化后的PCM 的抗压、抗拉、抗弯曲强度得了提高。

    3 　工程应用

    某工程在施工过程中，由于各种原因，导致混凝土表面多处钢筋外露，部分区域随未露筋但由于保护层过簿普遍出现沿钢筋方向的裂缝。因此需大面积修补，由于受构件排水系统的限制、尺寸的限制、无法采用细石混凝土修补，而且新老混凝土粘结问题也难解以解决，针对工程实际情况，最后决定采用掺15%的聚醋酸乙烯的水泥砂浆全面积修补，灰砂比采用1：2，中砂，52. 5 普通水泥，28d 砂浆抗压强度达23MPa ，抗变强度达5. 56MPa，施工前,混凝土表面全部凿毛。为保证砂浆与钢筋的粘结强度，又露筋及开裂部位均凿去表层砂浆或混凝土，用水冲洗干净后，先用同配合比的聚合物水泥净浆进行基层处理，再铺设聚合物砂浆，抹平扫毛后立即用塑料薄膜覆盖养护。该工程至今正常使用5 年多，未见任何起层和剥离现象，粘结性能良好，从工程实践中进一步证明,聚合物水泥基材料将广泛用于新老混凝土的粘结，路面和墙面的修补以及结构加固中钢板粘贴和表面粉刷等。

    相信今后聚合物水泥基材( PCM) 将在抗渗、防裂、防腐、抗振动的结构中发挥其应有的重要作用。