聚合物改性混凝土研究进展
聚合物改性水泥砂浆力学性能的研究
应， 对搅拌设备也没 有特 殊的要求 。无论是 在混凝 土搅拌站 还是 要 的延 性。另一方面 由于 钢管混 凝土 柱高 强混凝 土浇 筑时 通常
在 现 场 施 工 都 非 常 方 便 ， 护 也 没 有 额 外 的 要 求 ， 施 工 环 境 有 采用混凝土高位抛 落法 ， 养 对 这样 浇筑 的混 凝土 气孔率 较高 ， 响高 影 很好的适应 。
同 面积大 ， 早期水化迅速 ， 由于水泥用量大 ， 再加上 使用保 水性较好 就 需 要 大 量 进 口 ， 为 聚 丙 烯 材 料 的 国 内纤 维 产 品 因表 面 处 理 相 对落后 ， 维的分散 性及力 学性 能较 杜拉纤 维有 所欠 缺 ， 望 国 纤 希 的萘系减水剂 ， 使得 采用这 种水 泥 的商品混 凝土 形成水 化 快 、 水
青 独 霸 我 国高 等 级 公 路 路 面 材 料 市 场 的 局 面 ， 就 大 大 提 高 了路 和 应 用 在 不 断 地 发 展 和 变 化 ， 良好 的性 能 引 起 了 广 泛 关 注 。 聚 这 其 所 学 性 质 ， 会 和 混 凝 土 中 的 骨 料 、 加 剂 、 合 料 和 水 泥 发 生 反 塑 性 和 较 大 的 脆 性 ， 以设 计 高 强 混 凝 土 时 必 须 保 证 构 件 能 有 必 不 外 掺
强混凝 土的密实度及承载力 ， 现场虽然可 利用高强 混凝土不 易离 析、 不易过振等特点 ， 用振捣器在钢 管内加 以振 动 ， 确保混凝 土密
３ ３ 杜拉 纤 维在 泵送 混凝 土 中的应 用 ．
但高强混凝 土的气孔 率仍 偏 高 ， 上高 强混凝 土 的极 限 应变 加 泵送混凝土 ， 即泵送商 品混凝 土在工程 中被广 泛应 用。但泵 实 ， 值 仅 为 ０ ０ ３ 较 普 通 混 凝 土 的 极 限 应 变 值 小 ， 易 产 生 劈 裂 现 ．０ ， 容 送 混 凝 土 工 程 出 现 早 期 裂 缝 有 日益 增 加 的 趋 势 。 所 谓 早 期 裂 缝 ，
聚合物水泥基复合材料研究及进展
研究与探讨
广东建材２０ 年第７ ０７ 期
聚合物水泥基复合材料研究及进展
李 民强 （ 广州 市市政 工程水泥 制品有限公司）
摘 要：聚合物水泥基复合材料因其在抗压、 抗折、 耐化学腐蚀等方面的优异性能， 受到了广泛研究
与关注 。本文就聚合物 并 在力学性 能方面 ， 将聚合物水泥材料与普通混凝土材料进行 了对 比。
关键 词：聚合物水泥基复合材料； 无宏观缺陷水泥； 超细粉末
１ 前言
１２ ９ ３年 克 莱 森 （ｒ ｓｏ ） 次 申请 了有 关 聚 合 物 Ｃ ｅｓｎ 首
他把 天然 橡胶 乳液 作为填 料加 入 １４ 年阿斯普丁 （． ．ｐ ｄｎ 首次制备 出波特兰 硬 化水 泥体 系 的专利 。 ８３ ｗＡ Ｓｅ ｉ） 道路路面建筑材料中。 ９４ Ｌｆ ｂｒ １２ 年，ｅ ｅｕｅ在 １２ ９４年申 水泥 （ｏ ｔａ ｄＣｍ ｎ） 从此 ， 泥混凝 土 作为用 量最 Ｐｒ ｌｎ ｅ ｅｔ 。 水 请 了用天然橡胶乳液使水泥砂浆及水泥混凝土改性 的 大 的建筑 材料 ， 为世 界文 明史 作 出 了无 可取 代 的重 大贡 专 利 ， 一 次提 出 了用 聚合 物对 水泥 砂浆 及 混凝 土进 行 第 献 。混凝 土 的发展 也经 历 了以下 四个 阶段 ： 混凝 土水 ① 改性 的概念 。从 此 ， 开 了混凝 土 中添 加聚 合物 的历史 拉 胶 比理论 的提 出 。１１ ，Ａｒ ｍ ９ ８年 ｂ ａ ｓ首 次提 出 了 ｗ ｃ比 ／ 性序幕 。９ ２ Ｂ ｎ 第一个提 出了利用人造橡胶改性 １３ 年，ａｄ 理论 ；０年 代 ，．．ｏ ｅ ｓ 出 了混凝 土 强度 增长 与胶 ４ ＴＣ Ｐｗ ｒ 提 水 泥砂 浆 及水 泥混 凝 土 ， 获得 了专利 。４ 也 ０年代 ， 们 人 空 比的关系 ； 干硬 性混 凝土 和预 应 力及预 制 混凝 土 的 ② 先 后 尝试 了用合 成聚 合物 乳胶 改性 ， 以及把 聚 乙烯 乙酸 时期 。 １３ ， ．Ｍ发 明 了震动 器 ；９ ８年 ，．ｒ ｙ— ９ ４年 Ａ １２ ＥＦ ｅ ｓ ０年代 ， 一领域 的研 究与 尝试 这 ｓｎ ｉｅ提出了混凝土收缩与徐变理论；￣＃ ２ 剂和流动 酯 也用 于 改性 的方法 。５ ｂｎ 开始 受到各 国材 料界 专家 学者 的重 视 ， 获得 很 多项研 究 性 时代 。１３ ９ ７年 ，亚 硫 酸盐 纸 浆废 液 改善 混凝 土 和 易 成 果 ， 多都 进行 了广泛 的工程 应 用 。６ ￣７ 代 ， 许 ０ ０年 开 性 ， 高 强度 和 耐久 性 的专利 ， 开 了现 在外 加 剂 的序 提 拉 始 研 究用液 态 和固态 的聚合物 ， 如聚 合物 单 体 、 脂 、 诸 树 幕 ； 高强 （ｓ ） 高性 能 （Ｐ ） 凝土 时代 。Ｓ ④ Ｈ ｃ和 ＨＣ 混 Ｈ Ｃ与 ＨＣ Ｐ 聚 合物 乳胶 粉等 对水 泥砂 浆及 水泥 混凝 土进行 改 性 。０ ８ 最 初是 由美 国 国家标准 与技 术研 究院 （ＩＴ提 出的 。 ＮＳ） 就 年代 ， 各国都投入 了大量 的人力、 物力、 财力， 对混凝土 中国学 者 的观 点而 言 ，Ｐ 该 体现 在 ：混 凝 土工 程 力 Ｈ Ｃ应 改性 进 行 了研 究 ， 随着 科研 成 果 的不 断 出现 ， 一 领域 这 学特性 、 新拌混凝土施工特性 、 使用寿命和节能制度 （ 经 也得到了极大的推动 ， 研究水平得到了极大的提升 。美 济学特性） 的综合能力上 。 国是 世 界 上聚 合 物 水泥 基 复 合材 料 研 究 来 发 的先 行 国 经 过 １０多年 的应 用与 发展 ， ６ 混凝 土材 料 的优 缺 点 家 ， 早于 ５ 最 ０年就 开始 了对其 进行 实 际应用 的尝 试 。 无 已经为世人所熟知 。 其优点为： 较高的抗压强度， 较强的 宏观缺 陷水泥基材料 （Ｄ） ￣ Ｆ 被广泛应用于唱片、 Ｉ 精密弹 适应性 与经济 性等 。 是混凝 土 的缺 点 ， 但 如抗 拉 、 抗折 强 簧， 就是实例。现在， 实际的工程应用 已经屡见不鲜 ， 而 度 较低 ， 抗裂 能力 小 ， 性大 ， 脆 柔性 低 ， 单位 体积 自重大 ， 且对 改性机 理 、 聚合 物 与水 泥 、 水泥 生 成 物之 间 的作用 干 缩变 形大 ， 抗冻 性及抗 化 学腐蚀 能力不 强等 也 限制 了 机理 从理论 上进 行 了深入 研 究分 析 ， 并涌 现 出 了大 量 的 混凝土 更广泛 的应 用 。 科研 成果 。 １ 关于聚 合物 应用 于混 凝土 和砂浆 的国 表 是 随 着科 学技术 和各 种工 业 的迅速 发 展 ， 于水 泥 混 对 际会 议情 况 。 凝 土 的性 能也提 出越来 越 高的要 求 。长期 以来 ， 界 各 世 经 过 了世 界 各 国 专家 学 者 以及 工 程 人 员 的大 量研 国的学者专家进行了大量的研究试验 ， 以期得到提高混 究与实验分析， 根据聚合物加入水泥材料中的不同工艺 凝 土性 能 的办法 。 既然 混凝 土作 为多孔 结构 的不均 质 脆 条件 ， 我们 通 常把聚 合物 在混 凝 土 中的应 用分 为三 个类 性 材料 ， 有着 许 多 自身难 以克服 的缺 陷 ， 能否 通 过 改 那 别， 即聚合物混凝土 （ 简称 Ｐ ） 聚合物 改性混凝土 （ Ｃ、 简 性 的途 径 ， 改善 混凝 土 的性 质 呢 ？从而 使 混凝 土满 足 来 Ｍ） 简称 ＰＣ 。聚合 物 混凝 Ｉ） 不 同工程 的需求呢？ 又如何改性呢？ 如果能够解答这一 称 ＰＣ 和 聚合 物 浸渍 混 凝土 （ 系列 问题 ， 毫无疑问， 将会极大 的促进混凝土材料科学 土是一种完全不用水泥、全部 以合成树脂为胶结材料 ， 以砂 、 为骨 料 的混 凝土 。 合物 改性混 凝 土 （Ｍ ） 石 聚 ＰＣ 是指 的发 展进程 。
聚合物水泥混凝土的研究现状
聚合物水泥混凝土的研究现状摘要：普通混凝土是一种典型的脆性材料，存在着材质不均匀、拉压比小、干缩明显、耐久性不强的缺点。
聚合物可以明显改善混凝土的力学性能、柔韧性和耐久性等。
本文介绍了聚合物混凝土的研究现状，阐述了聚合物对混凝土的改性机理，列举了聚合物混凝土目前存在的问题，并对聚合混凝土的发展进行了总结和展望。
关键词：聚合物;聚合物混凝土;改性机理引言普通的水泥混凝土属于脆性材料，孔隙多而且不规则，内部结构不均匀、干缩变形大。
这极大地影响了水泥混凝土的抗渗、抗冻、抗碳化等耐久性。
人们在使用混凝土的过程中对其进行了诸多改良，进而出现了钢筋混凝土、纤维混凝土和聚合物混凝土等。
聚合物混凝土是指在混凝土搅拌过程中将高分子聚合物掺入到水泥混凝土中而形成的一种有机复合材料。
与普通混凝土相比，聚合物混凝土具有抗渗性及抗冻性突出、耐磨、抗冲击、干缩较小、后期强度强度高、浇筑时流动性好、成品表面光滑、与普通水泥混凝土粘结强度高等优点。
1 国内外研究现状聚合物混凝土作为一种性能优良的复合材料，得到了世界各国的重视，得以快速发展。
1923 年英国工程师Cressons首创用天然橡胶乳液改善水泥混凝土路面的使用性能。
1924年英国工程师Lefebure用聚合物改善水泥混凝土的使用性能。
1930 年后随着塑料在水泥混凝土中的应用，人们开始注重人工聚合物对水泥混凝土性能的改进作用，从此开启了聚合物水泥基复合材料的研究时代。
美国、苏联、德国、日本等国家从1950年开始便对聚合物混凝土进行了广泛而系统的试验研究。
目前德国已经将聚合物混凝土普遍应用于工业建筑、建筑装饰、建筑结构修复、电力设备基础、混凝土制品等方面。
1970年以后聚合物改性混凝土在日本已经成为重要的建筑材料。
建筑装饰、混凝土防护、混凝土修复、混凝土构件预制等领域均已大面积采用聚合物改性混凝土。
目前日本已经制订了聚合物混凝土的相关标准。
1980年之前由于化工行业一直比较薄弱，我国从1980年后才对聚合物混凝土的力学性能、耐久性进行大规模的试验研究，但是对聚合物混凝土的改性机理的研究不多。
聚合物乳液改性混凝土应用研究
树 脂
合物的表面， 因此可以认 为混合物 中的较大孔隙被
有粘结性的聚合物填充。水泥浆体中孔隙的尺寸在 水泥混凝土搅拌均匀后 ， 聚合物乳液颗粒会相当均 零点几个纳米到几百个纳 米之间 ， 丽聚合物颗粒尺 Ｏ ｔ ５０ ｍ之间 ， ｏ 故这种认为聚合物颗 匀地分散在水泥混凝土体系中。形成水泥基的复合 寸一般在 ５ ｎ 一 ０ ｎ 材料。随着水泥 的水化 ， 系中的水不断地被水化 粒主要填充在水 泥浆体孔 隙中 的理 论是可 以接受 体 水泥所结合 ， 乳液中的聚合物颗粒会相互融 合连接 的 。 （） ３ 最后 由于水化过 程 的不 断进行 ， 凝聚在一 在一起 。随着水分 的不断减少 ， 聚合物在水泥混凝 土中形成结构。Ｏ ａ ａ ｈｍ 给出了这种结构形成过程的 起 的聚合物颗粒之间的水分逐渐被全部吸收到水化 结构的化学结合水 中去， 最终聚合物颗粒联结在一 模型， 并把这一结构形成过程分为三个阶段 。 （） １首先水泥混凝土搅拌过程 中掺人聚合物乳 起形成的交联的空间网状结构。这种空间网状结构 改善了水泥 石的结构 液以后 ， 乳液中的聚合物颗 粒均匀分布在水泥浆体 把水泥水化产物联结在一起 ，
，
物乳液。 聚合物水泥砂浆的一般配 比为水泥： ＝１２— 砂 ：
水泥基 复合 材 料 （ ｏ ｍ ｒ—ｍ ｄ ｅ ｅ ｅｔ ｏｓ ３ 重量比） 聚灰 比 ＝ ％ 一 Ｏ ； Ｐｌ ｅ ｙ ｏｉ ｄｃｍ ｎ ｔｕ ｉ ｆ ｉ ｉ （ ； ５ ２ ％ 水灰 比 Ｗ／ ０ Ｃ＝ ． ｍｘ ｒ） ｉ ｕ 。聚合物胶乳是在水泥砂浆或水泥混凝土 ３ ０６ 。本次试验采用 ４ ． 级硅酸盐水泥 ， ｔｅ Ｏ一 ．０ ２５ 采用 拌和成型时拌入 ， 可以部分或者 全部取代拌合水。 细度模数为 ３ ２的机制粗砂 ， ． 采用连续级配 的人工 聚合物胶乳在水泥混凝 土凝结硬化过程中脱水 ， 在 轧制花岗岩碎石 ， 最大粒径为 ３嗍 ； ０ 聚合物乳液采 混凝士中形成致密结构 的空 间网状结构， 并可能影 用上海高桥 Ｂ Ｓ 司生产 的羧基 丁苯 （Ｄ２Ｓ Ａ Ｆ公 Ｓ６２ ） 响水泥的水化过程及水 泥混凝土 的结晶结构 ， 从而 乳液 ， 固体含量为 ４ ％， ７ 助剂选用有机硅 油和磷酸 对水泥砂浆或水泥混凝土的性能起到改善作用。
混凝土工程修补材料的研究进展
具 有 的 共 同 性 能 ． 确 保 修 补 系 统 可 以 抵 抗 作 用 应 力 ， 超 过 设 计 它 在
修 补 材 料 脱 落 或 者 电 化 学 性 不 一 致 引 起 钢 筋 的 加 速 锈 蚀 等 。 因 此 ． 液 ， 分 或 完 全 替 代 水 。经 过 丙 烯 酸 乳 液 改 性 过 的 砂 浆 其 抗 压 、 折 部 抗
修 补 材 料 应 兼 具 高 性 能 和 与 基 材 良好 的 性 能 相 容 性 。基 于 这 样 的 原 与 普 通 水 泥 砂 浆 相 比 有 所 下 降 ， 其 粘 结 强 度 得 到 提 高 ， 其 是 与 但 尤
修 补 材 料 的 性 能 主 要 可 以 分 为 两 类 ：一 为 修 补 材 料 的 高 强 度 、 加 可 以 给 水 泥 基 材 料 带 来 明 显 的 性 能 改 善 ， 增 加 与 基 材 的 粘 结 强 如 高 耐 久 性 ： 为 修 补 材 料 与 基 材 性 能 的 相 容 性 。 耐 久 性 是 材 料 的 重 度 、 渗 透 性 和 防水 性 等 。其 中环 氧 砂浆 和 聚 丙 烯 酸 酯 乳 液砂 浆 使 二 抗 要 性 能之 一 ． 于修 补 材 料 而 言 ， 久 性 就更 为 重 要 ， 为它 不 仅 自 对 耐 因 用 最 广泛 。 身 要 能 抵 抗 环 境 作 用 ， 时 还 要 保 护 基 材 ， 缓 或 阻 止 基 材 进 一 步 同 延 受 损 。 不 过 在 工 程 上 不 能 盲 目追 求 性 能 指 标 高 的 修 补 材 料 ， 为 修 因
聚合物改性水泥混凝土性能及其应用
文／白会 民 刘
１ 聚合 物水 泥 混 凝 土 材 料 的 改 性 机 理 及 性 能
在 水 泥混 凝 土成 型 过 程 中掺 加 一 定 量 的 聚 合 物 ，从 而 改 善混 凝 土 的性 能 ， 类材 料 称 为 聚 合 物 改 性 水 泥 混 凝 土 。 英 这 其 文缩 写为 Ｐ Ｃ Ｐ １ ｍ Ｍ ｄ ｆ ｄ Ｃ ｎ ｒ ｔ） Ｍ （ ｏ ｙ ｅ ｏ １ １ ｏ Ｃ ｅ 。聚 合 物 改 ｒ ｅ 性水泥混凝 土的改性效果虽不如 聚合物浸渍混凝 土明显 ． 但 由于 其 工 艺 简 单 ． 用 方便 ． 使 因而 在 工 程 中 的 应 用 也 越 来 越 广
泛。
琳
土 的 整体 结 构 有 关 外 ， 与 聚合 物 的性 质 有 关 。 还 弹性 胶 乳 有 使 抗 压 强 度 下 降 的 趋 势 ， 塑 性树 脂 乳液 有 使 强 度增 大 的倾 向。 凝 土有 较 为 密 实 的结 构 。因 为 较 大 的 孔隙被聚合物所填充 ， 因而 减 小 了渗 透 性 ， 少 了 水 的 吸 附 ， 减
土体 系 中 ， 着水 泥 颗 粒 的 水化 ， 合 物颗 粒 开 始 堆 积 ， 随 聚
逐 渐 形 成 聚 合 物 膜 最 终 聚 合物 在水 泥 混 凝 土 中形 成 空 间连
物 水 泥 混 凝 土 的抗 冻 性 与 耐 久性 。
２ 聚合 物 改性 水 泥 混 凝 土 的 应 用及 研 究
代 水泥 作 为 混 凝 土 中 的胶 结 材 ，使 得 与 普 通 水 泥 混 凝 土 相 比 有许 多特 殊 的 性 能 ．其 中聚 合 物 本 身 的 性 能 虽 起 到 一 定 的 作
普 通 水泥 混凝 土有 明显 的 提 高 。 聚合 物 改 性 水 泥 混 凝 土 的结
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.一般聚合物乳液改性砂浆的含气量为5%~20％，有些甚至高达30％。
钢纤维增强聚合物改性混凝土力学性能的研究
Ｐ Ｇｏ
Ｇ１
１ ０ ０
５
３ ． ９３ ４ ． ２５
４１ ７ ．
４． ５ ４ ４ ５】 ．（
４ ２ ．１
作用 ， 明显克服其很多弱点 ， 将 从而使各组分性能得到充分发０ １ ５ ２ ０
３ ８１ ３ ． ６７ ３ ． ３７
钢纤维 ： 江苏宜 兴军威 钢纤维 厂生产 的剪 切型 钢纤维 ， 长 其
径 比５； ０
由表 ３可 以看 出， 在普 通混凝 土中加入胶乳会 降低混凝 土的 抗压强度 ， 可以提 高混凝 土的抗 折强度 。在钢纤维 混凝土 中加 但
入乳胶会降低钢纤维混凝土的抗压强度 ， 能提 高钢纤维混凝土 但
钢 纤 维 增 强 聚合 物 改性 混 凝 土 力学 性 能 的研 究
刘 亚 东
摘 要 ： 对钢纤维增 强聚合 物改性混凝土力 学试验 的基 础上 ， 在 对不 同聚合 物掺 量对钢纤维混凝土 的改善作用进行 了比
较， 并对其机理进 行 了分 析， 以提高混凝土 的抗拉 、 折强度及 承载力。 抗
聚合物 ： 宝鸡宝 防化工 有限公 司 的丙 烯酸酯 改性 剂 ， 固含量
为 ５ ％。 ０
１２ 配合 比方案 （ ． 见表 １ ）
在试件成型过程 中 ， 考虑到上述水 泥砂浆 裹骨料法能起 到减
抗折强度 ， 然而并不是掺人乳胶一定 能够提高钢 纤维混凝土 的抗 折强度 ， 在聚灰 比小 于 ５ ％时 ， 至会降低抗折 强度 ， 甚 此后随着乳
表 １ 混凝 土配 合 比设 计 方 案
编号
Ｃ Ｐ （ ） ｏ Ｇ１ Ｇ ２ Ｇ ３ Ｇ ４
ｋ／ ｇ ｍ３
乳胶
０ ３ ６ ２． ０ ２ ０ ４ ０ ６ ０ ８ ０
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聚合物改性混凝土研究进展摘要：介绍了聚合物改性混凝土的种类、改性机理和研究现状，并对其应用前景作了展望。
和普通混凝土相比，聚合物改性混凝土有良好的性能：高的抗折、抗拉强度、好的柔韧性，高的密实度和抗渗性等，当前聚合物改性混凝土主要有 3 种, 即: 聚合物浸渍混凝土, 聚合物混凝土, 聚合物改性混凝土。
聚合物改性混凝土学科的发展前景广阔。
关键词：聚合物改性混凝土；种类；改性机理；研究现状；前景0 引言聚合物改性混凝土是指一类聚合物与混凝土复合的材料，是用有机高分子材料来代替或改善水泥胶凝材料所得到的高强、高质混凝土。
聚合物改性混凝土的发展已有多年历史，并得到了越来越广泛的应用。
目前，聚合物改性混凝土的性能已经得到广泛认可。
普通混凝土虽然抗压强度高，但也存在着较多缺点，比如抗拉和抗折强度较低，干燥收缩大，脆性大。
在水泥混凝土中加入少量有机高分子聚合物，可以使混凝土获得高密实度，改变混凝土的脆性，拓宽了混凝土的使用领域，能带来较大的社会效益及经济效益[1]。
1 聚合物改性混凝土的分类聚合物改性混凝土按照制备方式，可分为聚合物浸渍水泥混凝土（PIC），聚合物胶结混凝土（PC）和聚合物水泥混凝土（PCC）三种。
1.1 聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土（PIC）是将已经水化的混凝土用聚合物单体浸渍, 随后单体在混凝土内部进行聚合生成的复合材料。
聚合物浸渍混凝土有良好的力学性能、耐久性及侵蚀能力。
用于浸渍混凝土的聚合物单体主要有丙烯酸或甲基丙烯酸酯、苯乙烯、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯腈等。
这种混凝土适用于要求高强度、高耐久性的特殊构件，特别适用于输运液体的有筋管、无筋管、坑道等。
聚合物浸渍混凝土因其实际操作和催化复杂，目前多用于重要工程。
国外已用于耐高压的容器，如原子反应堆、液化天然气贮罐等。
1.2 聚合物胶结混凝土聚合物胶结混凝土（PC）是以聚合物为唯一胶结材料的混凝土，又称之为树脂混凝土。
大部分情况下是把聚合物单体与骨料拌和，把骨料结合在一起，形成整体。
聚合物混凝土所用的聚合物主要有环氧树脂、甲基丙烯酸酯树脂、不饱和聚酯树脂、呋喃树脂、沥青等，混凝土的胶结完全靠聚合物，聚合物的用量约占混凝土重量的8%左右，这种混凝土具有高强、耐腐蚀等优点，但目前成本较高，工艺复杂, 经济适用性和工程实用性均很差[2]，只能用于特殊工程（如耐腐蚀工程）。
1.3 聚合物水泥混凝土聚合物水泥混凝土（PCC）是将水泥和骨料混合后，与分散在水中或者可以在水中分散的有机聚合物材料结合所生成的复合材料。
制备的方式主要有两种：一是先将聚合物用水分散后，以乳液或聚合物水溶液的形式加入，聚合物胶乳在混凝土水化过程中影响混凝土水化过程及混凝土的结构，从而对水泥砂浆或混凝土的性能起到改善作用。
另一种是先将聚合物与水泥或其他分散介质进行预分散，以干拌砂浆的形式使用。
混合料与水拌和时，聚合物遇水变为乳液，在混凝土凝结硬化过程中，乳液脱水，形成聚合物固体结构[3]。
此外，聚合物还可以纤维或者纤维增强塑料的形式，或者起外加剂的作用在混凝土中获得了应用。
聚合物水泥混凝土由于操作简单，改性效果明显，成本较低（相当其他两种聚合物混凝土成本的1/10），因而在实际应用中得到了广泛的应用。
2 聚合物对水泥混凝土的改性机理国内外用于水泥混凝土改性的聚合物品种繁多，但基本上是三种类型：即乳液（乳胶、分散体）、液体树脂和水溶性聚合物。
其中乳胶是使用最广的，主要分为三类：1)橡胶乳液类。
主要有天然乳胶(NR)、丁苯乳胶(SBR)和氯丁乳胶(CR) 甲基丙烯酸甲脂- 丁二烯胶乳(MBR)等;2)热塑性树脂乳液类。
主要有聚丙烯酸乳液(PAE)、聚醋酸乙烯脂乳液(PV AC) 、苯丙乳液(SAE) 、聚丙酸乙烯脂乳液(PVP) 、氯乙烯- 偏氯乙烯共聚乳液等；3)热固性树脂乳液类。
主要有环氧树脂乳液(EP)、不饱和聚酯乳液(UP) 等。
聚合物乳液或可再分散乳胶粉对混凝土的改性首先都分散在混凝土中形成混合物, 乳液通过乳化聚合作用形成热塑性大分子分散在水中, 借助于保护胶质和表面张力的稳定作用, 分散在水中的微粒不会凝聚, 脱水导致乳化或再分散的聚合物成膜, 聚合物能在硬化水泥浆体中交织成网状胶膜，一方面起到增韧的作用，另一方面起到提高耐久性能的作用；聚合物膜铰接的作用机理表现在聚合物形成的空间三维连续网状结构，相当于纤维状，从而增强了水泥浆体的基体，抵抗裂纹扩展，提高了抗折强度，增加抗拉强度；另外，聚合物乳液中大量的活性物质增强了混凝土拌合物料表面的湿润，降低了孔隙率，改善了其断裂性能，有效防止裂缝的产生。
影响聚合物膜性能的一个重要因素是最低成膜温度(MFT),大于MFT 温度所生成的膜层均匀、耐久并有较高的强度, 若略低于MFT 的温度则只能部分成膜,且膜易开裂、强度较低。
理想的状况是水泥水化产物与聚合物相互穿透,聚合物相在砂浆中应呈网状结构, 如果荷载造成砂浆内出现微裂纹, 该部位的聚合物膜就会承受进一步传递来的拉应力,裂纹扩展须补充能量, 提高砂浆和混凝土的抗拉和抗折强度,断裂拉伸率也有所提高。
在水泥进一步水化过程中,聚合物集合体在孔隙壁上富集并部分形成覆盖于孔隙内壁的薄层。
在和水接触时,有些聚合物可以发生可逆性膨胀,提高改性砂浆和混凝土抗液体、甚至气体介质侵入的能力,提高基体的耐久性。
合适的制备和存放条件有利于良好的聚合物的形成, 聚合物改性混凝土的性能最终取决于聚合物所形成的“密室的网络结构”。
3 聚合物改性混凝土的研究现状梁乃兴等[4]用丁苯乳液改性混凝土的路用性能进行深入系统的分析,丁苯乳液的掺入使混凝土的抗折强度明显提高, 弹性模量降低, 柔性增加, 干缩性和耐磨性得到改善,性能价格比几乎为普通混凝土路面的 2 倍。
姚红云等[5]通过大量的实验和理论分析, 发现羧基丁苯乳液对普通水泥混凝土有减水作用, 干缩率降低, 刚度降低。
李芳等[6]通过实验发现羧基丁苯乳液对提高水泥砂浆的粘结有显著的作用, 并可大幅度降低压折比, 得出在优化聚合物改性砂浆的施工性能时, 可以不考虑水灰比的大小的结论。
李振东等[7]研究了酸性阳离子氯丁胶乳对水泥砂浆进行改性, 通过干湿养护的方法可以提高材料的抗折强度70%~50% , 达到10MPa。
氯丁胶乳的掺入可以改善材料的抗渗性, 降低吸水率, 增加粘结强度。
黄月文等[8]研究了糠叉丙酮环氧浆材改性水泥涂料的配制, 讨论了固化剂、改性剂、催化剂、稀释剂、环境温度、水分及助剂对涂料强度、韧性和流动性能等的影响。
糠叉丙酮环氧水泥在催化剂的作用下具有较高的抗压强度和韧性, 在低温潮湿环境中能快速固化, 在各种助剂作用下呈现良好的施工性能。
夏冬将60% ~70% 的水硬化水泥及超细矿物掺合料与聚合物、水、助剂等捏合搅拌, 塑炼和压延等加工工艺制成了一种柔性聚合物水泥防水卷材, 该卷材拉伸强度可达到 2.6~3.4MPa, 伸长率可达到600% 以上, 抗渗性0.3MPa 90min 不透水。
华渊等发现聚丙烯纤维的加入能有效提高高强度混凝土的断裂变形能力, 当掺量在0.7%~0.9% (体积份数) 之间而其他条件基本相同时, 聚丙烯纤维混凝土配筋梁的断裂韧性、初裂荷载、裂纹平均间距分别是基准混凝土配筋梁的18~24倍、1.32~1.37 倍和64% ~56% 。
孙家瑛等[9]研究了硅灰对水泥基聚丙烯纤维复合材料性能的影响,认为硅灰不仅提高了水泥基材的密实度, 而且改善了水泥基材与纤维、水泥基材与集料界面的疏松结构, 从而使混凝土形成了一个结构致密基本无结构薄弱区域的均匀整体。
廖宪廷等研究了经表面改性后的聚丙烯纤维水泥复合材料的耐磨性, 认为表面改性的聚丙烯纤维与水泥基体之间粘结力较强,纤维加入增强了材料的耐磨性, 并指出耐磨性的提高是因纤维对水泥裂缝有搭接作用, 纤维对分离的水泥块有牵制作用, 纤维从水泥基体剥落时要消耗摩擦功。
近几年, 随着人们的环保意识的加强和对资源充分利用等方面的关注, 聚合物改性混凝土的研究又呈现了新的方向—废弃物的利用。
Palos 等[10]把聚合物固体废料用于砂浆改性, 将ABS 回收料磨碎成粉末掺入到水泥砂浆中, 掺量为水泥质量的8% 、15% 和25% 。
压缩试验发现, 掺8% 、15%ABS 粉末的砂浆的弹性模量有所增加。
掺加ABS后, 砂浆与钢筋的粘结变差, 但如用马来酸酐预先对ABS 进行处理, 则粘结性可以改善。
Xu 等将片状模塑料(Sheet Molding Compond) 和汽车破碎废料(Automotive fluff) 先进行裂解, 然后将裂解过的废料掺入到水泥砂浆中。
他们发现, 裂解过的片状模塑料能够改善混凝土的性能, 提高强度,提高抗氯离子的扩散能力。
裂解过的汽车破碎废料却会影响混凝土的其他性能。
Bignozzi 等将废橡胶粉末用做聚合物砂浆和混凝土的填充料, 这种砂浆具有很好的能量吸收性能, 同时具有良好的介电性能。
4聚合物改性混凝土的展望随着科学技术的发展，人们对聚合物水泥混凝土材料的要求越来越高。
日本、美国、德国等工业发达国家对混凝土聚合物复合材料做了大量的研究工作，在新型混凝土聚合物复合材料的研制中，都确定了自己新的研究方向，使其具有更优良的动力学性能、良好的阻尼性能等[11]。
目前，聚合物改性混凝土复合材料的发展研究主要表现在以下几个方面：废物的利用，例如把聚合物固体废料用于砂浆和混凝土的改性；多种方式复合改性，例如多种聚合物复合，包括乳液共混、水溶性聚合物共混、乳液与水溶性聚合物复合改性等；节能和环境友好聚合物改性复合材料，例如聚合物改性砂浆用作钢筋混凝土结构的永久模板，则可以更好地防止氯离子渗透和更好地抗碳化作用；功能性聚合物改性混凝土材料，例如，具有自修复功能的环氧树脂改性砂浆，产生裂缝的环氧树脂改性砂浆经过一段时间后强度重新恢复。
聚合物水泥混凝土的最佳增强材料是今后的一个重要研究课题，除此之外，还有防老化、延长使用寿命等也将是主要的研究方向之一。
[1]储汉东, 李朝阳, 张旺兴. 聚合物改性混凝土的研究与应用[J]. 科协论坛：下半月, 2010, (8):97-98.[2]张春光, 何小芳. 聚合物改性混凝土研究进展[J]. 河南建材, 2008, (3):31-32.[3]肖力光, 刘畅, 王文彬. 聚合物改性混凝土的研究进展[J]. 吉林建筑大学学报, 2013, (6):4-7.[4] 梁乃兴, 曹源文, 姚红云. 聚合物改性水泥混凝土路用性能研究[J]. 公路交通科技, 2005, (3):21-23.[5] 姚红云, 梁乃兴, 孙立军等. 羧基丁苯聚合物改性水泥混凝土的路用性能及经济性研究[J]. 公路交通科技, 2004, (8):12-16.[6]李芳,王培铭.不同水灰比下聚合物改性水泥砂浆的力学性能[J].化学建材,2002,18(6):33-35.[7]李振东, 吕永翠, 姚文红等. 聚合物改性水泥砂浆性能研究[J]. 莱阳农学院学报, 2004, (1):74-77.[8] 黄月文, 刘伟区, 不详. 糠叉丙酮环氧改性水泥涂料的研究[J]. 建筑涂料, 2004, (3):38-40.[9] 孙家瑛, 陈建祥. 硅灰对水泥基PP纤维复合材料路用性能的影响[J]. 建筑材料学报, 2000, (1):80-83.[10]Palos A, D’Souza N A, Snively C T,Reidy ⅢR F. Modification of cement mortarwith recycled ABS. Cement and Concrete Research, 2001 31(7):1003- 1007.[11]何娟,杨长辉.聚合物改性混凝土的研究[J].混凝土,2009,(5):65-67.。