聚合物改性水泥混凝土集料分形特征研究_訚伟
聚合物改性水泥砂浆的研究进展
聚合物改性水泥砂浆的研究进展引言早在90年前聚合物改性砂浆和混凝土的概念就已被提出了，但直到20世纪70年代后此类材料才得到较快发展，正值欧美发达国家在20世纪四五十年代修建的混凝土结构进入修补加固的时期。
从某种程度上说,聚合物在水泥基材料中的应用是伴随着混凝土结构的修补加固而发展起来的.随着近年来我国兴建的混凝土结构进入维修加固期，聚合物改性水泥砂浆在我国的研究应用也有了较快发展.聚合物的掺入可以提高水泥砂浆和混凝土的强度、粘结性能、抗渗透性、耐腐蚀性等，因此聚合物被广泛用于提高建筑材料的性能。
用于修补混凝土结构表面缺陷的聚合物改性水泥砂浆（PMCM），可分为乳液类和胶粉类。
对大量应用于PMCM中的聚合物的调查表明，通过乳液聚合的聚合物应用最为广泛并且能够被接受。
用于聚合物改性水泥砂浆中的常用聚合物乳液主要有丁苯类乳液(SBR）、丙烯酸类乳液（PAE)、环氧类乳液(EE）、氯丁类乳液（CR）、苯丙乳液(SAE)、醋酸乙烯酯－乙烯共聚物乳液（V AE）、支化羟酸乙烯酯乳液(V A－VEOV A）、聚醋酸乙烯酯乳液（PVAC）等。
一、新拌聚合物改性水泥砂浆的性能1、工作性聚合物的种类、掺量对新拌砂浆的工作性影响显著。
有研究发现，不同种类聚合物乳液的减水率都能达到20％以上,减水效果明显，其中SBR的减水效果更优。
即使是同种聚合物，由于聚合物乳液的性质不同，对改性砂浆流动性的影响也不相同。
通常，随着聚灰比(聚合物与水泥的质量比）的增加，乳液改性砂浆的流动性提高，工作性改善。
聚合物乳液的掺入能提高新拌砂浆的工作性，这是因为乳液中的表面活性剂及稳定剂在改性砂浆中引入了较多气泡，砂浆中水泥颗粒的堆积状态得到改善，水泥颗粒的分散效果提高。
乳液的憎水性和胶体特性使新拌改性砂浆具有良好的保水性,从而降低了对其进行长期湿养护的必要.通过在聚合物改性砂浆中掺入纤维素醚、改性无机矿粉可以进一步提高新拌砂浆的保水率。
2、含气量已有研究表明,聚合物乳液改性砂浆的含气量高于空白普通水泥砂浆，这是因为掺入的聚合物乳液中的表面活性剂和稳定剂在新拌砂浆中引入了较多气泡.适当的引气有助于改善新拌水泥砂浆的流动性，提高其抗渗性和抗冻融性，但过量的气泡则会降低砂浆的强度。
聚合物改性水泥基材料的研究进展_衡艳阳
第33卷第2期硅酸盐通报Vol．33No．22014年2月BULLETIN OF THE CHINESE CEＲAMIC SOCIETY February ，2014聚合物改性水泥基材料的研究进展衡艳阳1，赵文杰2（1．南阳理工学院基建处，南阳473004；2．长春工业大学化学工程学院，长春130012）摘要：普通混凝土与水泥砂浆具有许多优点，但其抗渗性差，在腐蚀性介质的作用下其使用寿命缩短。
加入聚合物是解决这一问题的一种有效途径，并且聚合物能够显著改善水泥材料的性能。
论文介绍了用于改性水泥砂浆和水泥混凝土的聚合物的种类，探讨了聚合物水泥基材料的改性机理，介绍了聚合物水泥基材料的应用及存在的问题，并据此对聚合物水泥基材料的研究进行了展望。
关键词：聚合物改性水泥基材料；性能；改性机理；研究进展中图分类号：TQ174文献标识码：A 文章编号：1001-1625（2014）02-0365-07Ｒesearch Development of Polymer Modified Cement Based MaterialsHENG Yan-yang 1，ZHAO Wen-jie 2（1．Infrastructure Construction Department of Nanyang Institute of Technology ，Nanyang 473004，China ；2．Institute of Chemical Engineering ，Changchun University of Technology ，Changchun 130012，China ）作者简介：衡艳阳（1969-），女，硕士，讲师．主要从事建筑材料方面的研究．通讯作者：赵文杰．E-mail ：zhaowenjie@mail．ccut．edu．cn Abstract ：The common concrete and cement mortar have many advantages ，but their poor permeabilityresistances ，under the action of corrosive medium ，the service life was shorten．Joining the polymer is aneffective way to solve this problem．Furthermore ，polymer can significantly improve the performance ofthe cement-based materials．The kinds of polymer are introduced in modified cement mortar andconcrete．The modified mechanism and application of polymer cement based materials are discussed．Theproblems and future applications of polymer cement based materials are pointed out．Key words ：polymer modified cement based material ；property ；modified mechanism ；researchdevelopment 1引言普通混凝土与水泥砂浆由于具有原料丰富、价格低廉、抗压强度高、生产工艺简单、用途广泛、适应性强等众多优点，以使其成为世界范围内应用最广、用量最大的一种建筑材料。
MG聚合物改性水泥砂浆与混凝土的性能及其在路面修补中的应用
MG聚合物改性水泥砂浆与混凝土的性能及其在路面修补中
的应用
杨学忠;单俊鸿;周明凯
【期刊名称】《建材世界》
【年(卷),期】2004(025)002
【摘要】研究了MG聚合物乳液的掺量及其对混凝土性能的影响,并系统比较了普通混凝土、聚合物早强微膨胀混凝土、钢纤维混凝土、钢纤维增强聚合物早强微膨胀混凝土的力学性能和耐久性.室内性能试验与工程应用结果表明:MG聚合物乳液是一种理想的水泥混凝土改性材料,与R-24早强膨胀剂或与钢纤维复合进一步改善了混凝土的性能,在路面修补工程中可大力推广应用.
【总页数】3页(P22-24)
【作者】杨学忠;单俊鸿;周明凯
【作者单位】武汉理工大学;武汉理工大学;武汉理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TU5
【相关文献】
1.聚合物改性水泥砂浆层与混凝土结合面抗剪性能试验研究∗ [J], 李淼;廖维张;王波
2.聚合物改性干混砂浆在混凝土修补中的应用——修补砂浆基本性能的影响因素研究 [J], 梁树娟;张明良
3.湿热环境作用下聚合物改性纤维水泥砂浆加固混凝土梁试验 [J], 戴显荣;徐祖恩;毛温柔;王嘉西;张大伟;金伟良;
4.湿热环境作用下聚合物改性纤维水泥砂浆加固混凝土梁试验 [J], 戴显荣;徐祖恩;毛温柔;王嘉西;张大伟;金伟良
5.高性能水泥混凝土在路面修补中的应用 [J], 石云飞
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聚合物改性水泥砼改性效果的评价参数研究
般来说 ， 察 聚 合 物乳 液 改 性水 泥 砼 的改性 考 效果 可用水 泥砼 的抗 折强 度提高 百分率 或压 折 比来
＝
对 于砼 材 料 ， 在 ０～０５ 间 ， ．之 为脆性 ； ｄ Ｒ 在
０５ ～ Ｉ ． 之间 ， 为柔性 ．
（） １
式 中，， （—— 抗折破 裂 能 由弯 挠 曲线 下 的面 积 可求 ， 得抗 折破 裂能 ， 即使 试 件 破坏 所需 要 的单 位 面积 上 的功 （ ｍ） —— 抗 压破 裂 能 ， Ｎ． ； 是试 件 受 压 破 坏 所需要 的单位 面积 上 的功 （ ｍ） Ｎ． ，
收 稿 日期 ：（） １－２ ２Ｋ －０１ ４ 作者简介 ： 红云（９６ ， ， 姚 １７ 一）女 湖南株洲人 ， 工学博士研究生 ， 从事砼材 料改性 的研究 ．
维普资讯
第１ 期
姚红云， ： 等 聚合物改性水泥砼改性效果的评价参数研 究
４ ５
折破 裂能 与抗 压破 裂能 的 比值 （ ／ ）的 Ⅳ 次幂 的乘 积 ， ： 即 Ｋ ×（ ／ ）
太 多太 复杂 ．
判 断 聚合 物 乳液 改 性砼 的综合 改 性 效果 ， 既要 反映 抗折 强度 的提 高 与 否 。 又要 反 映 脆 性状 况 和抗 变形 能力 ． 文提 出柔 度 系 数 的概 念 来 综 合 评价 聚 本 合物 改性水 泥砼 的综合 改性 效 果 ， 不 仅 包括 抗 折 它 强 度 的提 高状 态 ， 也包 括 压折 比的脆 性改善 情况 ， 而
2.1聚合物改性砂浆和混凝土形态结构形成模型 - Evernote
2.5聚合物对混凝土孔结构的改善
l 水泥砂浆和混凝土都是多孔材料。孔是物质在混凝土中迁移的主要通 道。因此孔隙率以及孔径对混凝土的渗透性、耐腐蚀性和耐久性还有 力学性能有非常重要的影响。
l 聚合物使改性水泥净浆和改性砂浆中的孔隙率增大，但是却能改善渗 透性。这主要是因为聚合物改性之后，砂浆的孔径分布发生改变，大 孔被明显减少。而且聚合物形成的薄膜可能封堵了一部分中空的孔， 这些孔相当于封闭孔，能使介质的迁移收到阻碍。
2.1聚合物改性砂浆和混凝土形态结构形成模型
l Ohama模型
第一阶段：当聚合物通过水泥混凝土搅拌掺入混凝土后，聚合物颗粒均匀分布在水泥浆体 中，形成聚合物水泥浆体。随着水泥的水化，水泥凝胶逐渐形成，同时，聚合物颗粒 沉积在水泥凝胶（凝胶内可包含着未水化水泥）颗粒的表面。
第二阶段：随着水分的减少，水泥凝胶结构在发展，聚合物逐渐被限制在毛细孔隙中，随 着水化的进一步进行，毛细孔隙中的水量在减少，聚合物颗粒絮凝在一起。水泥水化 凝胶（包括未水化水泥颗粒）的表面形成聚合物密封层，聚合物密封层也粘结了骨料 颗粒的表面及水泥水化凝胶与水泥颗粒混合物的表面。因此混合物中的较大孔隙被有 粘结性的聚合物所填充。
l 乳液成膜的过程
2.1聚合物改性砂浆和混凝土形态结构形成模型
l Konietzko的结构模型 Konietzko发现，并不是所有的聚合物都能在水泥混凝土体系中形成 Ohama的结构。
l Puterman与Malorny模型 Puterman和Malorny提出了聚合物改性混凝土中聚合物结构形成过程 的另一种观点。其主要的不同之处在于聚合物薄膜行程时间和聚合物 乳液最低成膜温度对它的影响。他们认为，即便在砂浆的孔中任然有 自由水的时候，聚合物就能够形成一个紧密堆积的薄层，进而凝结成 聚合物薄膜。另外，如果养护温度比乳液的最低成膜温度低，则聚合 物对基层不会形成连续的薄膜。这个对基层的抗渗透性很差，即使它 可能会改善水泥基体的强度和韧性。
聚合物乳液改性水泥砂浆基本性能研究
聚合物乳液改性水泥砂浆基本性能研究张金喜1,金珊珊1,张 江1,2,王德志3(11北京工业大学交通工程重点实验室,北京 100124;21首都公路发展集团公司,北京 100087;31秦皇岛市交通局,河北秦皇岛 066000)摘 要:为开发高性能的表面修补材料,选用2种聚合物乳液对水泥砂浆进行改性,并对聚合物乳液改性水泥砂浆进行了室内抗压强度、抗折强度、黏结抗折强度、吸水率和孔结构分析等试验.结果表明,聚合物乳液的使用明显提高了砂浆与原混凝土的黏结抗折强度、降低了砂浆的吸水率,改善了砂浆的孔结构分布形态.关键词:聚合物;强度;吸水率;孔尺寸中图分类号:TU 528141文献标志码:A 文章编号:0254-0037(2009)08-1062-07收稿日期:2008203218.基金项目:人事部留学人员科技活动项目择优资助项目;河北省交通厅科技计划资助项目(Y-070112).作者简介:张金喜(1965—),男,河北保定人,教授. 由于早期在进行混凝土结构设计时过于注重利用其强度高、刚度大的特点,忽略了混凝土材料和结构耐久性方面的问题,导致某些混凝土设施,尤其是桥梁、道路这类工作环境较为恶劣的混凝土结构出现过早劣化现象[123],极大地影响了混凝土结构的正常使用,目前,最有效的方法就是将原表面已老化的混凝土去除,再涂抹新拌砂浆.该方法的有效性受修补材料本身的内在性能和与原结构混凝土的匹配性2个方面的影响.为开发高性能的表面修补材料,本文选用2种聚合物乳液对水泥砂浆进行改性,并针对聚合物乳液改性水泥砂浆的力学强度、渗透性、微观特性及与原混凝土的黏结性能等方面进行研究.1 试验材料及配合比111 材料选取 水泥采用北京兴发水泥有限公司生产的4215#基准水泥;砂为厦门艾思欧标准砂有限公司生产的ISO 标准砂;减水剂采用北京建筑工程研究院研制的萘系减水剂,减水率为18%;聚合物选择安徽生产的二甲基羟基硅油乳液(简称硅油乳液)和齐鲁石化生产的丁苯乳液作为对比材料,前者固体含量为70%,p H 值为6～8,后者固体含量为48%,p H 值为7～9;丁苯乳液稳定性良好,选用磷酸三丁酯为其消泡剂,选用非离子型的硅油为其稳定剂,2种试剂均为无色透明油状;硅油乳液稳定性很好,不需要其他助剂.为进一步提高聚合物乳液改性砂浆的性能,改善其内部结构,试验中还使用了磨细高炉矿渣粉(GG BS )和硅灰2种掺合料,其中磨细高炉矿渣粉(GG BS )为由首钢生产,密度为219g/cm 3;硅灰密度为211g/cm 3.112 配合比设计以砂浆的流动度P k =150±10mm 为控制指标,固定水泥和砂的质量比(简称灰砂比)C/S =1/3,同时调整聚合物乳液与水泥的质量比(简称聚灰比,包含水的聚合物乳液与水泥的比,而非纯聚合物与水泥的比)P/C 分别为5%、10%、15%、20%、25%,名义水灰比(简称水灰比)W/C =015,水包括实际加入的水和聚合物乳液所含有的水2部分,GG BS 的比例为取代水泥用量的30%[4-5],硅灰的掺量为GG BS 的5%.养护方式分为标准养护(简称标养)和干养2种,其中干养是指试件成型后在标准养护间放置24h ,脱模后在室温为20℃～25℃的室内养护,相对湿度控制在30%.试验所采用的具体配合比和养护方式如表1所示.除普通砂浆和掺入掺和料的砂浆外,其他类型的砂浆均使用了减水剂为水泥质量的1%.第35卷第8期2009年8月北京工业大学学报JOURNAL OF BEI J IN G UN IV ERSIT Y OF TECHNOLO GY Vol.35No.8Aug.2009表1 试验配合比T able 1 Mix proportion for test 砂浆类型编号聚灰质量比P/C 水灰质量比W/C 普通0-X—0150-F—015B-5-X01050139B-10-X 01100137丁苯乳液改性B-15-X 01150135B-15-F 01150135B-20-X 01200132G-0-X —015掺入掺合料G-5-X —015G-5-F—015砂浆类型编号聚灰质量比P/C 水灰质量比W/C S-5-X 01050140S-10-X 01100139硅油乳液改性S-15-X 01150137S-15-F 01150137S-20-X 01200136S-25-X 01250135掺入掺合料的SG-0-X 01150137硅油乳液改性SG-5-X 01150137SG-5-F 01150137 注:编号中S 和B 后的数字为聚合物乳液的百分比掺量;G 和SG 后的数字代表硅灰相对GG BS 的掺量;编号末尾的X 代表标养,F 代表干养.图1 抗折强度、抗压强度随聚灰比的变化关系Fig.1 Relationship between flexural strength or compressive strength and polymer 2cement ratio2 力学性能试验211 抗折强度试验和抗压强度试验 抗折和抗压强度试验按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程J TG E30—2005》中规定的方法进行.图1为抗折强度和抗压强度随聚灰比的变化关系图,与普通砂浆相比,经硅油乳液和丁苯乳液改性后的水泥砂浆,其抗折强度和抗压强度均略有下降.随着聚合物乳液掺量的增加,改性砂浆的抗折强度和抗压强度均先增大后减小,峰值对应的掺量均为15%左右.这表明聚合物乳液的成膜作用对水泥砂浆的改3601 第8期张金喜,等:聚合物乳液改性水泥砂浆基本性能研究善还不是很理想,尤其在掺量很少或者掺量过高时.图2为掺入GG BS 和硅灰的砂浆的抗折强度和抗压强度.抗折强度和抗压强度的变化趋势基本相同.比较0-X 、G-0-X 和G-5-X 三组数据可得,GG BS 的掺入(G-0-X )使强度略有下降,当掺入硅灰后(G -5-X )强度有所增加,可与普通砂浆强度持平.掺合料对于硅油乳液改性砂浆(SG-0-X 和SG-5-X )也有同样的作用效果,这说明硅灰有利于砂浆强度的提高.图2 掺入GG BS 和硅灰的砂浆的强度Fig.2 The strength of mortar with GG BS and silica fume图3所示为干养条件下各类砂浆的抗折强度和抗压强度.同为普通砂浆,干养条件下砂浆的强度(0-F )明显低于标养条件下的砂浆(0-X );而同为干养条件,改性砂浆的抗折强度和抗压强度普遍高于普通砂浆,且随着龄期的增长这种优势越趋明显,与文献[6]的试验结果吻合.其中以掺入掺合料的硅油乳液改性砂浆的强度最高,这表明聚合物乳液和掺合料的使用有助于改善不利养护条件下水泥砂浆的力学性能.图3 干养条件下普通砂浆及改性砂浆的强度Fig.3 The strength of ordinary mortar and modified mortar under dry cure212 黏结抗折强度试验对于承受弯拉应力的混凝土结构的修补,在新老材料共同受力的过程中,其黏结界面的抗折强度起着重要的作用,而且新老材料黏结面的其他力学性能,如抗拉强度,抗剪强度也间接与抗折强度有关[7].本研究采用黏结抗折强度试验结果来表征新老砂浆间的黏结性能.黏结抗折强度试验聚合物乳液掺量取15%,硅灰的掺量取5%.即对表1中编号为0-X 、S-15-X 、B-15-X 、G-5-X 和SG-5-X 的5组材料进行黏结抗折强度试验.21211 试验方法及试件的制备黏结抗折强度试验采用文献[8]方法:将尺寸为4cm ×4cm ×16cm 的普通砂浆试件标养28d 后,使用切割机从正中间(8cm 处)将试件切成两半,然后在断面另一侧浇注新拌的普通砂浆或改性砂浆,制成新老砂浆的黏结试件,如图4所示.将试件养护7d 和28d 后测定其抗折强度,用于描述改性水泥砂浆与普通砂浆的黏结性能.4601北 京 工 业 大 学 学 报2009年21212 试验结果分析黏结抗折强度的试验结果如图5所示,聚合物乳液能有效提高改性砂浆的黏结抗折强度,提高幅度为20%～50%,且硅油乳液改性砂浆的黏结抗折强度显著高于丁苯乳液改性砂浆;掺入GG BS 和硅灰的砂浆的黏结抗折强度与普通砂浆的几乎相同,这说明掺合料对砂浆的黏结抗折强度影响甚微;将修补材料的黏结抗折强度与其抗折强度作比,硅油乳液改性砂浆的黏结抗折强度能够达到其自身抗折强度的47%～60%,丁苯乳液改性砂浆可达到39%～51%.图4 黏结抗折强度测定方法示意Fig.4 Sketch of test method of adhesive bending strength 图5 各组砂浆的黏结抗折强度Fig.5 Adhesive bending strength of each kind of mortar 3 吸水率试验吸水率试验聚合物乳液的掺量取15%,硅灰的掺量取5%,即对表1中编号为0-X 、S-15-X 、B -15-X 、G-5-X 和SG-5-X 的5组材料进行吸水率试验.311 试验方法及试件的制备本文采用文献[9]中的试验方法,选用尺寸为4cm ×4cm ×16cm 的水泥砂浆试件的吸水率试验为代用试验评价聚合物改性水泥砂浆的抗渗性能.首先,将试件标养28d 后放入烘箱中,35℃烘干24h ,75℃烘干24h ,105℃烘干48h ,接着将试件继续放在烘箱内降温干燥至常温,然后用保鲜膜和胶带将试件严格密封,在试件一端刻出315cm ×315cm 的正方形作为渗水口,用玻璃胶密封渗水口边缘.待玻璃胶硬化后将渗水口朝下直立放入水槽内,水槽内液面保持1cm 深度.浸水时间到期以后,取出试件,拆去密封层,擦干表面.把试件从浸水面开始按长度方向分为16等份,每份1cm.用利器把每份敲下,称重并记数.然后把试样在105℃下烘3d ,再次称重并记数.最后计算试件各个高度处的含水量.吸水率试验方法如图6所示.312 试验结果分析图7所示为28d 时各类砂浆的吸水率试验结果.普通砂浆、丁苯乳液改性砂浆及掺入GG BS 和硅灰的砂浆的含水量从浸水面至某一高度范围内较高且基本保持不变,这说明此高度内含水量已经达到饱和,3类砂浆的饱和含水量为7%～9%.然而,3类砂浆的饱水高度不同,高度越高说明吸水速率越快.吸水速率由快至慢依次为普通砂浆、丁基乳液改性砂浆和掺入掺合料的砂浆.与上述3类砂浆不同,硅油乳液改性砂浆和掺入掺合料的硅油乳液改性砂浆并未饱和,这说明硅油乳液能够延缓水在砂浆中的渗透作用,可有效提高水泥砂浆的耐久性.掺入掺合料的硅油乳液改性砂浆比较特殊,虽然含水量不高,但水能够在短期渗透至试件内较高的位置(10～12cm ),且在此范围内基本保持不变.产生这种现象的原因可能是由于其内部存在一定数量的连通孔隙通道,但是总可用孔隙的数量并不高.5601 第8期张金喜,等:聚合物乳液改性水泥砂浆基本性能研究图6 吸水率试验示意Fig.6 Sketch of absorption test 图7 浸水28d 时不同高度处的含水量Fig.7 Water content of different hieght at 28d 4 孔结构分析试验孔结构按照孔径的大小混凝土中的孔可分为4类:凝胶孔(<10nm )、过渡孔(10～100nm )、毛细孔(100～1000nm )和大孔(>1000nm )[10211],其中大孔主要影响混凝土的强度,毛细孔和过渡孔主要影响混凝土的渗透性,对强度也有一定影响,凝胶孔则主要影响混凝土的收缩和蠕变性能.本试验聚合物乳液掺量取15%,硅灰的掺量取5%,对表1中编号为0-X 、S-15-X 、B -15-X 、G-5-X 、SG-5-X 、0-F 、S-15-F 、B-15-F 、G-5-F 和SG-5-F 的10组材料进行孔结构分析试验.411 试验方法本研究采用美国麦克公司生产的Micromeritic AutoPore Ⅳ9510型全自动压汞测孔仪测定砂浆的孔结构,测定孔直径范围为3～360000nm ,主要包括过渡孔、毛细孔和大孔,这是能影响砂浆和混凝土强度与渗透性的主要孔结构.412 试验结果分析1)将标养条件下各组砂浆龄期为28d 时的孔级配曲线绘制如图8所示.比较其中0-X 、S-15-X 和B -15-X 3组砂浆的孔级配曲线可见,均存在一个级配峰值,该峰值出现在10～100nm ,与普通砂浆相比,聚合物改性砂浆的孔级配峰值向孔径减小的方向移动,说明聚合物乳液的掺入细化了水泥砂浆的孔隙.从孔级配曲线的总体形态来看,聚合物乳液的掺入主要改变了10～1000nm 的孔结构,又根据Ollitrault 2Fichet [12]等通过实验研究得出的聚合物对水泥浆体中5nm 以下的孔几乎没有影响,以上综合说明聚合物乳液作用于水泥浆体时影响的主要是过渡孔与毛细孔,即主要对强度和渗透性起影响作用.力学试验和吸水率试验的结果在这里得到了验证.2)比较图8(a )中0-X 和G-5-X 两组砂浆的孔级配曲线可见,曲线峰值位置虽几乎相同,但掺加掺合料的砂浆的孔级配峰值明显小于普通砂浆,从曲线整体形态来看,掺合料的掺入主要改变了1000nm 以下的孔结构,减少了毛细孔的数量,增加了凝胶孔的数量,这是因为掺合料的掺入促进了水泥水化反应的发生,使水化产物含量增加,填充了毛细孔隙,从而凝胶孔数量增多.SG-5-X 在硅油乳液和掺合料的共同作用下,孔结构得到进一步改善,表现为总孔隙量较小,毛细孔数量少,砂浆中的孔隙主要为过渡孔和凝胶孔.3)图8(b )为干养条件下各类砂浆的孔级配曲线.比较0-X 和0-F 两组砂浆的孔级配曲线可知,0-F 的峰值位置明显向孔径增大的方向移动,毛细孔和大孔在砂浆内占较大比例,由此可见不利的养护条件将导致普通砂浆内部孔结构劣化,强度因此降低,这与力学试验得出的结论吻合.掺入聚合物乳液和掺合料的砂浆的孔级配并未出现类似的情况,与标养条件下砂浆的孔级配曲线相比,曲线形态相同,峰值仍保持在10～100nm ,这说明改性砂浆在不利的养护条件下仍能得到较好的内部孔结构.6601北 京 工 业 大 学 学 报2009年图8 不同条件下各类砂浆龄期为28d 时的孔级配曲线Fig.8 Pore size distribution of each kind of mortar at 28d under standard cure5 结论1)与普通砂浆相比,聚合物改性砂浆的抗折强度和抗压强度均略有下降,随着聚合物乳液掺量的增加强度先增大后减小,最佳掺量为15%左右;2)聚合物乳液和掺合料的掺入使砂浆在不利的养护条件下亦能获得较好的内部孔结构和较高的力学强度,这表明改性砂浆比普通砂浆更适合于条件复杂的现场施工;3)聚合物乳液的掺入能有效地提高改性砂浆的黏结抗折强度,提高幅度为20%～50%,且硅油乳液改性砂浆的黏结抗折强度显著高于丁苯乳液改性砂浆;而掺合料对砂浆的黏结抗折强度影响甚微;4)硅油乳液改性砂浆和掺入掺合料的硅油乳液改性砂浆的吸水率最低,在试验期内未出现饱水现象,而其他3种砂浆均不同程度的饱水,吸水率由低至高的排列顺序为:掺入掺合料的砂浆、丁苯乳液改性砂浆和普通砂浆;5)聚合物乳液和掺合料均具有细化水泥砂浆孔隙的作用,但二者对孔隙的影响范围不同,聚合物乳液主要改变10～1000nm 范围内的孔结构,表现为减少毛细孔数量,增加过渡孔数量;而掺合料主要改变1000nm 以下的孔结构,表现为毛细孔数量减少,凝胶孔数量显著增加.参考文献:[1]王德志,张金喜,张建华.沿海公路钢筋混凝土桥梁氯盐侵蚀的调研与分析[J ].北京工业大学学报,2006,32(2):1872192.WAN G De 2zhi ,ZHAN G Jin 2xi ,ZHAN G Jian 2hua.Investigation on chloride 2induced corrosion in reinforced concrete bridge along seaside highway[J ].Journal of Beijing University of Technology ,2006,32(2):1872192.(in Chinese )[2]覃维祖.混凝土结构耐久性的整体论[J ].建筑技术,2003,34(1):19222.Q IN Wei 2zu.Holistic view of durability of conerete structures [J ].Architecture Technology ,2003,34(1):19222.(in Chinese )[3]魏华.混凝土结构耐久性评估与质量控制基础研究[D ].郑州:郑州大学,2004:122.WEI Hua.Furdamental research on durability assessment and quality control of concrete structure [D ].Zhengzhou :Zhengzhou University ,2004:122.(in Chinese )[4]郑克仁,孙伟,贾艳涛,等.矿渣掺量对高水胶比水泥净浆水化产物及孔结构的影响[J ].硅酸盐学报,2005,33(4):5202524.ZHEN G K e 2ren ,SUN Wei ,J IA Y an 2tao ,et al.E ffects of slag dosage on hydration products and pore structure of cement paste at high water to binder ratio[J ].Journal of the Chinese Ceramic S ociety ,2005,33(4):5202524.(in Chinese )[5]刘轶翔,邓德华,元强,等.矿渣掺量和水胶比对水泥砂浆强度及流动度的影响[J ].粉煤灰综合利用,2005(1):35236.L IU Y i 2xiang ,DEN G De 2hua ,YUAN Qiang ,et al.E ffect of slag content and water to binder ratio on strength and flowability of cement mortar[J ].Fly Ash Comprehensive Utilization ,2005(1):35236.(in Chinese )7601 第8期张金喜,等:聚合物乳液改性水泥砂浆基本性能研究8601北 京 工 业 大 学 学 报2009年[6]罗立峰,钟鸣,黄成造.钢纤维增强聚合物改性混凝土桥面铺装技术[M].广州:华南理工大学出版社,2004:49250.[7]赵志方,赵国藩,黄承逵.新老混凝土粘结抗折性能研究[J].土木工程学报,2000,33(2):67272.ZHAO Zhi2fang,ZHAO Guo2fan,HUAN G Cheng2kui.Research on adhesive bending behavior of young on old concrete[J].China Civil Engineering Journal,2000,33(2):67272.(in Chinese)[8]黄从运,张明飞,曾俊杰,等.聚合物乳液改性硫铝酸盐水泥修补砂浆的试验研究[J].化学建材,2006,22(5):34236.HUAN G Cong2yun,ZHAN G Ming2fei,ZEN G J un2jie,et al.Experiment study of polymer latex modified sulphoaluminate cement mortar for repair[J].Chemical Material for Construction,2006,22(5):34236.(in Chinese)[9]ZHAN GJin2xi,FUJ IWARA T.Resistance to frost damage of concrete with various mix proportions under salty condition[C]∥Frost Resistance of Concrete/From Nano2Structure and Pore S olution to Macroscopic Behavior and Testing.EssenG ermany:RIL EM,2002:3672374.[10]郭剑飞.混凝土孔结构与强度关系理论研究[D].杭州:浙江大学建筑工程学院,2006:327.GUO Jian2fei.The theoretical research of the pore structure and strength of concrete[D].Hangzhou:College of Civil Engineering&Architecture,2006:327.(in Chinese)[11]申爱琴.水泥与水泥混凝土[M].北京:人民交通出版社,2000:932103.[12]OLL ITRAUL T2FICHET R,G AU THIER C,CLAMEN G,et al.Micro2structural aspects in polymer2modified cement[J].Cement and Concrete Research,1998,28(12):168721693.Study on B asic Characteristics of PolymerLatex Modif ied Cement MortarZHAN G Jin2xi1,J IN Shan2shan1,ZHAN G Jiang1,2,WAN G De2zhi3(11K ey Laboratory of Traffic Engineering,Beijing University of Technology,Beijing,100124,China;21Capital Highway Development Group Corporation,Beijing,100087,China;31Qinhuangdao Transportation Bureau,Qinhuangdao,Hebei,066600,China)Abstract:Maintenance of concrete structure has become a hot topic at present.In order to develop high performance materials for repair of concrete structure,two species of polymer latex were selected to modify cement mortar.Experiments of compressive strength,flexural strength,adhesive bending strength, absorption,and pore structure analysis were executed on polymer latex modified cement mortar.The test results in lab showed that with the additive of polymer latex,the adhesive bending strength between mortar and old concrete was enhanced,the water absorption coefficients of mortar decreased,and pore structure of mortar was improved.K ey w ords:polymers;strength of materials;absorption coefficients;pore size(责任编辑 张士瑛)。
210970772_聚合物砂浆基本性能试验研究
0 前言聚合物砂浆作为水泥基材料的一种复合材料，具有强度高、抗老化、耐久性好的特点[1]，同时又改善了高普通水泥砂浆强度低、黏结性差的问题，具有广泛的应用前景[2]。
国内外学者针对聚合物砂浆进行了大量的研究试验，王培铭等人[3-4]研究表明丁苯乳液可以有效改善水泥砂浆力学性能，提高抗折强度。
闫义等人[5]研究发现羧甲基纤维素钠和矿物掺合料可以有效改善聚合物砂浆的抗裂性能；吴开胜等人[6-7]研究表明消泡剂可以有效提升丁苯乳液聚合物砂浆的力学性能，同时发现聚合物掺量越高，可以有效改善抗折强度和黏结强度，但不利于抗压强度的发展。
韩晓丽等人[8]进行了聚合物砂浆对裂缝、坑槽等病害处理技术研究，结果表明聚合物砂浆在公路维修养护具有良好的路用效果。
张浩等人[9]通过研究发现纤维可以有效提升聚合物砂浆的力学性能，尤其是对人性的改善尤为显著，并对其微观增强增韧机理进行了分析。
SHAKER[10]等人研究表明聚合物可以有效提升水泥砂浆的耐久性能和混凝土的耐腐蚀性能。
该文在借鉴已有科研成果的基础上，通过研究聚灰比对聚合物砂浆性能的影响规律，测试了丁苯乳液掺量和丙稀酸乳液掺量对聚合物砂浆的稠度、密度、黏结强度等性能的影响，为聚合物砂浆的制备和应用提供参考依据。
1 试验1.1 试验原材料水泥采用陕西冀东水泥盾石工程有限责任公司生产的P.042.5级普通硅酸盐水泥；硅灰：实测密度为2.214 g/cm3，粒径1 μm以下；丁苯乳液（SBR）：水乳溶液固体含量为47%；高效减水剂：聚羧酸系列高效减水剂，减水率大于25%；消泡剂：消泡剂为磷酸三丁酯；膨胀剂（UEA）：全称U型混凝土膨胀剂，为钙矾石型膨胀剂；砂采用标准砂，实测密度为2.63 g/cm3，SiO2含量大于96%。
1.2 试验方法具体方法如下。
1）聚合物砂浆制备：根据配比设计，先将称取好的聚合物、试验用水以及减水剂倒入搅拌锅中进行混合，待聚合物和水混合均匀后加入预先称好的消泡剂、水泥和砂子进行搅拌，低速搅拌120 s后，转高速搅拌60 s即可制得聚合物改性水泥砂浆。
《水泥》杂志2020年优秀论文作者获奖名单
作者姓名 孙惠敏，渠 华 ，芮文洁，嵇 磊 ，吴德厚 仉振民 刘亚辉，赵美中，李阳阳，靳 威 翁福州，朱宗斌，钟 根 ，武艳文，康 宇 李传松
作者姓名 王新春，王 琦 ，江志钟，李淑珍 鄂 刚 ，张宝林，李玉军 马建军，李昌友，张昌煜，黄先立 易晶 谢鸿源，柯盛强，高宇蕾，齐砚勇 刘福永 郑 波 ，韩 智
唐山冀东水泥股份有哏公司
江山南方水泥有限公司 中国航空技术北京有限公司 北京金隅水泥节能科技有哏公司 湖南韶峰南方水泥有限公司
工作单位 西安西矿环保科技有限公司 陕西北元集团水泥有限公司 唐山盾石建筑工程有限责任公司 苏州中材建设有哏公司 天津水泥工业设计研究院有哏公司 四川峨胜水泥集团股份有哏公司 中国联合水泥集团东平中联水泥有哏公司 天能水泥有哏公司
工作单位 建筑材料工业技术情报研究所 唐山冀东装备工程股份有哏公司 中材萍乡水泥有限公司 邯郸中材建设有限责任公司 西南科技大学 合肥中亚建材装备有限责任公司 焦作千业水泥有限责任公司
赞皇金隅水泥有限公司
脱硝粉煤灰铵含量对水泥胶砂性能影响研究
中国建筑材料科学研究总院有哏公司
处于小容量运行工况水泥余热发电汽轮机提效优化 实施方案 国内首条两窑一塔烟气脱硫系统的应用 利用洪堡公司（KHD) 技术对烧成系统提产改造 水 泥 生 产 铬 的 来 源 及 水 溶 性 铬 （V I)的 转 化 研 宄 2500t /d 回转窑托轮轴瓦事故的处理及分析
二等奖
文章题目 水泥工业控汞措施 浅谈立磨辊套及衬板研磨曲线对提产降耗的影响 辊压机行星齿轮减速机的损坏原因及维护 使用功率表征窑主传负荷 回转窑内温度分布的影响及分析 浅 谈 HRM外循环立磨及其粉磨工艺的应用 原煤取料机取料方式改造 水泥窑协同处置固废熟料重金属含量超标原因分析 以及控制措施
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文将表征不规则分形体特征的集料分数维与聚合物改 性混凝土性能建立联系， 通过分析分数维与集料级配、 集料振实空隙率的关系以及混凝土弹性模量 、 抗压、 抗 折强度及折压比与分数维的关系， 从而有效利用分数 维实现对集料级配及新拌混凝土性能的定量描述 ， 为 混凝土组成设计提供一种新方法。
2
2． 4
性能试验
强度及弹性模量是混凝土的主要力学性能指标 。 抗折抗压试样尺寸为 150 mm × 150 mm × 550 mm， 弹 性模量试样尺寸为 150 mm × 150 mm × 300 mm， 上述 每组成型 6 个试件。 先将集料与水泥混合均匀， 边人 工拌和边加入聚合物乳液， 最后逐渐加入水、 混合料拌 2 ， 100 ， 和均匀后分 层装模 每层人工插捣 次 再将试模 置于 振 实 台， 上 负 压 板 振 捣 2 min， 振捣频率为 60 次 / min。各组级配的混凝土分别成型后， 先薄膜覆 盖试件表面湿养 7 d， 然后自然养护至 28 d， 按照文献 ［ 11 ］ 28 d ， 用万能试验机及共振仪分别测试混凝土 7 ， 的抗压、 抗折强度及弹性模量， 并计算折压比。
－D － r －D r min N（ r） = （ r ） = －D －D N0 r min － r max
（ 4）
1． 2
集料级配的分形特征
由式（ 1 ） 得 dN（ r） = － CDr －D －1 dr 则集料质量可表示为 d M（ r） = ρV（ r ） d N（ r） （ 5） （ 6）
log［ M（ r） / M］与 logr 料的通过率。 在双对数坐标系中， D 为集料级配的 近似成直线关系， 其斜率为 b = 3 － D， 分数维， 它是集料粒度分布复杂程度的度量 。
2 2． 1
试验材料与方法 原材料及物理性能
（ 1 ） 水泥。 选用华新 P · O 42． 5 普通硅酸盐水
， 集料用量及比
90
表4
编号 1 2 3
人 分析研究所采用的集料质量及比例
集料质量 /
－3
民
长
江
2016 年
集料比例
（ 1 档∶ 2 档∶ 3 档） （ kg·m ） 4∶ 1∶ 2 1776． 6 3． 5∶ 1∶ 2． 5 2． 5∶ 1． 5∶ 3 1830． 6 1876． 5
编号 4 5
CDρk 3 －D －D （r － r3 min ） 3 －D
（ 10 ）
分析研究所采用的集料级配
4． 75mm 47． 5 54． 0 66． 5 60． 4 60． 7 2． 36mm 27． 9 34． 2 41． 3 40． 6 46． 2 1． 18mm 16． 5 20． 4 24． 5 24． 3 27． 9 0． 6mm 10． 3 12． 8 15． 3 15． 3 17． 9
第 47 卷 第 18 期 2016 年9 月 文章编号： 1001 － 4179 （ 2016 ） 18 － 0088 － 04
人 民 长 江 Yangtze Ｒiver
Vol． 47 ， No． 18 Sep． ， 2016
聚合物改性水泥混凝土集料分形特征研究
訚
1 朱 伟 ， 2 婧 ， 徐 1 1 方 ， 王 定 鹏 ， 高
［5 ］
。由此可见， 聚合物改性水泥混凝土中的
在混凝土集料级配描述方法中， 细度模数对细粒 部分不敏感； 级配曲线不具有数字特征， 不能反映级配 与粒径的连续变化， 而分数维克服了两者的缺点。 本
收稿日期： 2016 － 05 － 22
集料存在着多种层次的分形。
1． 1
集料颗粒粒径的分形特征
根据无穷破碎体分形
式中， （ r） 为粒径分布函数； N（ r） 为粒径不小于 r 的 集料的数目； N0 为集料的总数。 设集料中最大粒径为 r max ， 最小粒径为 r min ， 则
泥， 水泥的物理力学性能如表 1 所示。 （ 2 ） 集料。集料应选用洁净、 坚硬而耐久的碎石， 共分 本文粗细集料均采用石灰岩碎石制得 （ 见表 2 ） ， 2 档的 为 3 档， 其中 1 档的粒径范围为 4． 75 ～ 9． 5 mm， 3 档的为 0 ～ 2． 36 mm。 为 2． 36 ～ 4． 75 mm， （ 3 ） 拌和水为普通自来水。 （ 4 ） 聚合物乳液。 采用丁苯乳液， 主要化学成分 pH 值为 7 ～ 10 。 为丁二烯、 苯乙烯， 固含量 50% ，
2． 3
配合比设计
3 水灰 各个配合比的水泥用量固定为 300 kg / m ， ［10 ］
P （ r） 为粒径小于 r 的集料质量同集料总质量的 式中， 比值。 由此可见， 集料质量级配也可近似地认为是一种 分形。 当式中 r 表示筛子的孔径时， 上式也表明级配集
比固定为 0． 36 ，聚灰比固定为 20% 例如表 4 所示。
1
聚合物改性水泥混凝土中集料分形特征
分形几何学用分数维来定量描述和分析分形几何
［8 ］
复合材料体系， 尤其是集料的级配具有突出的自相似 ［4 ］ 性， 适合利用分形几何学进行研究 。 加入聚合物乳 液后， 水泥混凝上的强度性能、 变形性能、 粘结性能、 抗 渗性、 抗冻性、 耐久性能等都得到了有效改善， 使其在 大坝等水利工程中应用日益广泛 。混凝土作为一种工 程材料， 无论是其形成还是在工作过程中均表现出了 一系列分形特征 ， 采用分形几何学对聚合物 因此， 改性水泥混凝土进行分形研究具有现实意义 。
集料比例பைடு நூலகம்
集料质量 /
由图 1 可知， 上述 5 种级配拟合后， 其相关性系数 Ｒ 均达到 0． 99 左右， 具有明显的线性特征， 表明集料
2
（ 1 档∶ 2 档∶ 3 档） （ kg·m － 3 ） 3∶ 1∶ 3 1927． 8 3∶ 0． 5∶ 3． 5 1962． 9
级配具有明显的分形特征； 分数维随着细集料的增多 而增大， 表明集料级配越密实分数维越大。 由图 2 可 知， 分数维随着通过 0． 075 mm 方孔筛集料质量的增 多而增大， 且它们之间具有较好的线性关系， 进行线性 回归分析可得关系式 M0． 075 = 21 ． 04 D － 45 ． 34 ， 其相关 由分数维 与集料级配的线性关 性系数 Ｒ 达到 0 ． 994 。 系可知， 分数维能较好地用数字表征集料级配 ， 这为聚 合物改性混凝土的集料级配设计提供了一种新方法 。
第 18 期
訚
伟， 等： 聚合物改性水泥混凝土集料分形特征研究
89
说， 设集料的颗粒直径为 r， 直径大于 r 的颗粒的数目 为 N（ r） ， 则 N（ r） = Cr －D （ 0 ＜ D ＜ 3） （ 1） C 为常数， D 为集料颗粒粒径的分数维。 式中， 定义集料粒径分布函数为 N（ r） （ r） = N0 （ 2）
表3
编号 1 2 3 4 5 13． 2mm 100． 0 100． 0 100． 0 100． 0 100． 0
M =
r min
∫ dM（ r）
r max
=
CDρk 3 －D －D （r － r3 min ） 3 － D max
（ 9）
粒径小于 r 的集料质量为 M（ r） =
∫ dM（ r）
r
=
［5 － 7 ］
的复杂性和不确定性
。 由于混凝土是由粗集料和
细集料组成的， 集料粒径分布具有明显统计意义上的 自相似性。① 集料本身形状的不规则， 使其表面构成 了一种分形； ② 当不同粒径的集料混合后， 代表集料 大小的粒径分布也构成了一种分形 ； ③ 由于粒径分布 分形而导致的质量分布函数、 体积、 孔隙率等也构成了 多种分形
分形几何学是定量描述几何形体复杂程度及空间 有许多采用传统科学研究 填充能力的一门新兴学科， 方法难以解决的问题， 用分形理论却得到了很好的解 ［1 ］ 决 。因此， 分形几何学创立不久就得到了迅速发 ［2 ］ ， 、 计算机科学、 展 在化学 土力学 、 信息科学、 医学、 混凝土等领域得到了广泛应用。混凝土宏观性能呈现 出的不确定性、 不规则性、 模糊性和非线性是微观结构
2
华新 P． O 42 ． 5 水泥物理力学性能
凝结时间 /min 初凝 130 终凝 195 安定性 合格 抗折强度 /MPa 3d 7d 28d 4． 7 抗压强度 /MPa 3d 7d 28d
（ m ·kg － 1 ） % 360 28． 0
7． 9 10． 5 19． 5 38． 9 58． 2
r max
压碎值 / % 12
（ 7）
含量 / % 13
（ 8）
2． 2
集料级配
本文设计出 5 种骨架密实 根据最大密实度理论，
最大粒径为 r max ， 则集 设集料中最小粒径为 r min ，
型级配， 如表 3 所示。其结构特点为： 粗集料在内部形 成坚固嵌挤的骨架， 细集料和聚合物改性水泥胶浆有 效填充骨架中的空隙， 使聚合物改性混凝土密实度大、 空隙率小， 且具有较高的强度性能， 从而大幅度提高了 材料的路用性能。
攀
1
（ 1． 中国地质大学（ 武汉） 工程学院， 湖北 武汉 430074 ；
2． 湖北交通职业技术学院 ， 湖北 武汉 430079 ）
摘要： 利用分形几何学原理对集料分形特征进行分析 ， 研究了分数维与聚合物改性水泥混凝土 （ PMCC ） 集料 级配、 振实空隙率、 强度及刚度性能的相关联系 。研究结果表明， 分数维与集料级配、 空隙率具有较好的线性 PMCC 的抗折强度与 关系； 分数维与 PMCC 强度、 刚度性能的内在联系并不明显 ， 但当分数维 D 为 2． 394 时， D ≥2． 394 时， 折压比均出现最大值 ， 其弹性模量减小幅度显著增加 。 利用集料分数维实现对集料级配及 PMCC 性能的定量描述， 可为 PMCC 的组成设计与性能研究提供一种新方法 。 关 键 词： 集料级配； 折压比； 分形维数； 聚合物改性混凝土 文献标志码： A DOI： 10． 16232 / j． cnki． 1001 － 4179． 2016． 18． 019 中图法分类号： TV431