聚合物水泥混凝土介绍

聚合物水泥混凝土早在1920年，国外曾以天然橡胶胶乳配制水泥砂浆，后逐步又用合成橡胶、合成树脂的各种乳液作为外加剂，对水泥砂浆及混凝土进行改性。

1974年第六届国际水泥化学会议首次讨论了关于聚合物水泥的化学作用过程。

1981年在日本召开的第三届聚合物水泥的国际会议上将聚合物水泥列为独立研究方向。

我国采用聚合物研制化学注浆材料始于20世纪50年代，当时开发的品种有甲凝、丙凝、酚醛树脂、环氧树脂，以及不饱和聚酯等，并于60年代在水电、交通、煤炭、建筑等方面进行工程实践，取得了成功。

70年代我国开发聚合物水泥材料无论从品种上、还是数量上均有大幅度提高，相继有聚乙烯醇缩甲醛（107胶）、聚醋酸乙烯乳液（白乳胶）、氯丁橡胶、丙烯酸醋等问世。

随着我国高分子化学工业的发展，80年代末期至90年代初期，我国在聚合物水泥方面的研究和实践有更大发展，聚合物混凝土及聚合物水泥砂浆在建筑工程中被大量采用，并获得优异效果。

聚合物加入混凝土或砂浆中，其形成的弹性网膜将混凝土、砂浆中的孔隙结构填塞，并经化学作用加大了聚合物同水泥水化产物的粘结强度，从而有效地对混凝土和砂浆进行改性。

不仅增加了混凝土和砂浆的抗压强度，还使抗拉强度和抗弯强度获得较大提高，增强混凝土和砂浆的密实度，减少了裂缝，因而使抗渗性获显著提高，且增加了适应变形的能力，适用于地下建（构）筑物防水，以及游泳池、水泥库、化粪池等防水工程。

如直接接触饮用水，例如贮水池，应选用符合要求的聚合物。

从发展前景以及提高防水工程质量的角度来看，其潜能和作用不可低估。

1．材料要求（1）水泥按本章17-1-1-2节的要求选用水泥。

（2）聚合物用于水泥材料的聚合物分为三类：1）水溶性聚合物分散体，包括：橡胶胶乳——天然橡胶胶乳、合成橡胶胶乳；树脂乳液——热塑性及热固性树脂乳液、沥青质乳液；混合分散体——混合橡胶、混合乳胶。

2）水溶性聚合物，包括：纤维素衍生物——甲基纤维素；聚乙烯醇；聚丙烯酸盐——聚丙烯酸钙；糠醇。

3）液体聚合物，包括：不饱和聚醋；环氧树脂。

本章介绍用于混凝土和砂浆的聚合物有：聚丙烯酸乙酯、醋酸乙烯—乙烯的共聚物（EVA）、甲基硅醇钠、高沸硅醇钠、阳离子氯丁胶乳，以及丙烯酸酯等。

对聚合物的质量要求是：掺入水泥混凝土或砂浆中的聚合物不应影响水泥水化过程或对水泥水化产物有不良作用，且聚合物本身不会被水解或破坏；聚合物应对钢筋无锈蚀作用。

聚合物质量指标见表17-13。

聚合物质量指标表17-13（3）砂、石子应符合本章17-1-1-2节相关内容的要求。

（4）水符合国家标准的饮用水。

（5）主要助剂1）稳定剂为避免聚合物乳液与水泥水化产物中大量多价金属离子作用而致破乳、凝聚，以及在搅拌过程中聚合物乳液产生析出及凝聚，必须加入稳定剂，从而改善聚合物乳液对水泥水化生成物的化学稳定性以及对搅拌剪切力的机械稳定性，使聚合物与水泥有效地混合均匀，并紧密粘附成稳定的聚合物水泥多相体。

稳定剂多采用表面活性剂，其种类及掺量对效果有直接影响，所以应根据聚合物品种选择适宜的稳定剂及掺量。

常用的稳定剂有：OP型乳化剂、均染剂102、农乳600等。

2）消泡剂为避免因聚合物乳液中乳化剂、稳定剂的表面活化影响而在拌合时产生的大量气泡，必须加入适量的消泡剂，从而消除气泡，降低拌合物的孔隙率，减小对强度的影响。

3）抗水剂当选用耐水性较差的聚合物、乳化剂、稳定剂时，应加入适量的抗水剂。

4）促凝剂为避免由于聚合物掺量较多而延缓聚合物水泥混凝土的凝结，须加入一定量的促凝剂，以促使其凝结。

2．配合比的选择使聚合物水泥混凝土呈现最佳力学状态的主要因素是聚合物的品种、性能、掺量，及其相应的助剂。

聚合物掺量过小，则对混凝土性能的改善也小；聚合物掺量加大，则混凝土各项强度亦随之提高，但当掺量增大超过一定范围时，则混凝土强度、粘结性、干缩等性能反而向劣质转化，所以，聚合物应有其最佳掺量。

因此，在选择配合比时，应着重考虑“聚灰比”（聚合物和水泥在整个固体中的重量比），其次再选定混凝土的其他组分。

通常聚灰比在5%~20%的范围内选用，其他组分可同于普通混凝土。

参考配合比见表17-14。

聚合物水泥混凝土参考配合比表17-14注：1．聚合物为聚丙烯酸乙酯。

2．水灰比为聚合物分散体中的用水量和加水量之和对水泥重量之比。

3．配制要点（1）在满足对聚合物水泥混凝土使用功能要求的前提下，通过配合比选择及试验，确定聚合物及其助剂的最小掺量，以降低混凝土造价。

现提供不同种聚合物混凝土选用不同的聚灰比的强度特性，见表17-15。

聚合物水泥混凝土的强度特性表17-15注：表中数据引自建材院水泥所、建材部技术情报标准研究所，“聚合物混凝土的发展现状与动向”（1982）。

（2）按选定的配合比准确称量备好原材料。

（3）将聚合物乳胶置于容器中，加入稳定剂、消泡剂以及一定量的水，混合搅拌均匀制成聚合物乳液备用。

（4）将水泥和砂投入搅拌机中干拌均匀，再加入石子、水、聚合物乳液共同搅拌均匀制成聚合物水泥混凝土。

4、施工注意事项（1）浇筑混凝土的垫层应洁净、无尘土等杂物；若浇筑混凝土的基层为旧有混凝土或砂浆层，则应除去其表面上的杂物及油污，露出坚实洁净的面层，用水冲刷一遍，表面不得有积水。

（2）基层若有裂缝或管道穿过，应沿裂缝或管道周围剔成V形凹槽，并用高等级砂浆填实抹平。

如基层有渗漏水，应先行堵漏。

（3）控制水灰比，掌握施工和易性。

拌合和浇筑过程中如出现拌合物趋于黏稠而影响施工和易性时，注意不得任意加水，以防影响质量，应补加适量备用乳液，再行搅拌均匀供施工使用。

（4）根据所选聚合物的性能以及工程量的大小，掌握拌合量及浇筑时间。

当所选胶乳凝聚较快时，则应掌握浇筑速度，且应用多少拌多少，随拌随用。

（5）施工温度：冬季以+5℃以上为宜；夏季以+35℃以下为宜。

（6）混凝土浇筑完毕在硬化之前，不得直接浇水养护，露天作业应避免遭受雨淋。

这是防止胶乳析出的白色脆性聚合物膜被水冲掉，从而会使聚合物混凝土质量下降。

（7）聚合物水泥混凝土的养护方法不同于普通防水混凝土，通常采取干湿交替的方法进行养护。

混凝土硬化后的7d以内，应保持湿润养护，这是为了在此期间使水泥得以充分水化，水泥强度尽快增长，形成混凝土的刚性骨架；7d 以后，应转入自然条件下养护，混凝土在大气环境中自然干燥，以有利于聚合物胶乳脱水固化，使聚合物形成的点、网、膜胶联于水泥混凝土的刚性骨架之中紧密粘固，并将混凝土内部毛细孔道填塞。

高性能聚合物水泥混凝土(砂浆)的研究摘要:高性能聚合物水泥混凝土(砂浆)的研究1 引言民用及水工建筑物在建设和使用过程中经常遇到混凝土质量问题，如蜂窝麻面、空洞、大面积损坏等，为恢复其使用功能，需进行修补。

一般的修补方法是采用普通混凝土或砂浆作为修补材料，但普通混凝土粘结强度低，将其用于混凝土修补，容易造成界面粘结不牢、开裂而导致混凝土再度损坏等质量问题，近年来民用建筑已很少应用，仅用于水工建筑坝体的大体积混凝土修补。

目前一般使用环氧树脂混凝土或砂浆作为修补材料，也有采用特殊骨料拌制的混凝土作为修补材料，如岩滩水电站溢流坝面修补材料采用的就是铁刚砂、石料拌制的抗压强度高达100MPa的高强混凝土。

这两种混凝土修补材料均具有抗压强度高的特点，环氧树脂混凝土还具有粘接强度高的特点，但也存在材料成本高、不宜大量使用等缺点，而且在拌制环氧树脂混凝土时需要使用大量对人体危害极大的有毒助此外这两种材料自身强度过高(环氧树脂混凝土强度在60MPa以上)，与修补剂；基面混凝土强度(一般约为30MPa)相差太大，在外界条件(如温差、湿度)发生较大变化的情况下，尤其在北方寒冷干燥气候，存在二者由于受力变形不一致而遭受破坏的隐患。

因此，研制低成本、高性能、使用可靠方便的混凝土修补材料，已成为科研人员亟需攻克的难题。

2 新型修补材料的配方特点为解决上述难题，我们通过广泛地收资及研究，参考了国内外众多的配方，经过试验筛取、组合，得出一种新型的高性能混凝土及砂浆配合比。

该种材料由普通砂石料、525＃优质水泥、高分子聚合物、水泥塑化剂、增强剂、调凝剂、改性剂、膨胀剂、优质活性混合材等组成，各原材料的性能特点分述如下：(1)优质水泥采用铁铝酸盐525＃水泥，该种水泥具有快凝快硬，水化时能快速产生大量的铁凝胶体的特点，因而混凝土收缩小、表面坚硬、早期强度高，抗腐蚀、抗冲刷性能优良。

铁铝酸盐水泥与柳州普通水泥各项物理性能指标比较见表1。

(2)高分子聚合物采用可溶性高粘型聚合物粉料，粘度高达10000Pa。

s，该剂有极好的保水粘聚性，以适当掺量加入混凝土中可成倍提高混凝土的粘结强度。

(3)助剂：选入的助剂有塑化剂、增强剂、调凝剂、改性剂等，其中塑化剂可调整混凝土拌合物的粘度，使其有较好的施工性能；增强剂可与混凝土内部的高聚物形成网络状结构，提高混凝土的韧性及强度；调凝剂则可任意调整混凝土凝结时间；改性剂可改变混凝土内部水化产物Ca(OH)2的结晶度，使其以小分子形态出现，从而提高混凝土的密实度和强度。

(4)优质活性混合材：由硅灰、沸石粉、优质粉煤灰和膨胀剂以合适的比例混合而成，将其加入混凝土中可大大提高混凝土的密实度、强度及抗收缩性能。

3新型修补材料的作用机理一般来说，混凝土修补材料应具有如下基本性能：对老混凝土基面有足够高的粘结强度、较高的抗裂性和抗渗能力、优良的耐久及抗冻融性能。

新型修补材料的成份以普通砂石、水泥为主，辅以少量有机高分子聚合物及助剂，通过大大改善混凝土的施工性能来保证混凝土具有正常的使用功能。

当进行混凝土拌制时，聚合物分子与水泥颗粒间仅发生化学吸附作用，聚合物分子吸水而增稠提高材料的吸附粘结力，同时各种助剂的存在又使混凝土浆体具有较好的施工性能，如流动性和保水性等。

在水泥凝结硬化过程中，水泥从聚合物中不断吸收水分而充分水化，同时聚合物粒子由于脱水而逐渐聚集，并在混凝土内部空间形成网络状骨架，加上活性混合材及塑化剂引入的封闭型微小气泡，有效封堵了混凝土内部的毛细管道，从而形成具有较高强度和密实度的带韧性的高性能混凝土。

4 新型修补材料的应用4.1 一般建筑物混凝土修补一般建筑物少量混凝土修补可使用高性能砂浆，砂浆配合比见表2。

不需浇水润湿混凝土基面，砂浆可直接用于干净的光滑混凝土或破损混凝土基面，并能够和基层牢固粘结为一体，表面形成的一层致密坚固的砂浆层能够隔断水分的透过，有效的保护破损混凝土面。

4.2 大体积混凝土修补大体积混凝土破损一般发生在水工建筑物过水部分，如溢流坝、泄洪道等。

过水部分混凝土由于长期受水流、泥砂冲刷及气蚀作用，普通混凝土在此条件下极易被破坏。

因此，要求修补材料具有粘结牢固、密实抗裂、耐冲刷等性能，针对这一特性组成修补材料配方，见表3。