第二十一讲 高分子聚合物改性水泥混凝土
聚合物混凝土
利用聚合物改性水泥基复合材料虽然聚合物改性混凝土，研究了较长时间， 取得较多的成果，但是也存在明显的问题，主要集中在３方面：（１）聚 合物价格本身较高，且在混凝土中掺量达到５％～１５％，因此综合性价 比较低；（２）常用一些聚合物乳液遇高温容易分解，极易老化，因此聚 合物耐高温的性能较差；（３）加入的聚合物有一定的味道，有的材料还 有一定毒性、易燃性。 橡胶集料水泥基复合材料 由于橡胶粉颗粒属于憎水性材料，与水泥基体材料粘结性能较弱，橡胶粉 颗粒几乎与水泥石之间不存在化学反应，只是微弱的范德华力，产生的弱 界面效应，使得橡胶粉颗粒的改性作用弱化，抗压强度降低。
聚氨酯树脂本身较为柔韧，当其变成连 续相，并且抗折强度迅速下降的同时， 其挠度得到较大的提高(见图7)。聚氨酯 树脂含量在12% 左右较为合适。
由图8 看出，不饱和聚酯加入水泥基材，导致复合材料抗折强度下降。不饱和聚酯对水泥 颗粒表面的吸附与阻隔，减少了水化水的量，严重影响了水泥在此养护条件下水化过程， 更多的水以蒸发的形式离开复合材料，因而在基体 中造成大量的缺陷，并且形成薄弱的界面，抗折性 能下降，导致含有不饱和聚酯的试样抗折强度比纯 水泥试样的抗折强度还低。
PART 3
高韧性水泥基复合材料研究进展
本文综述了国内外在该领域已有的研究成果，从聚合物改性、橡胶粉 颗粒改性、纤维增韧、ＰＶＡ纤维增韧４个方面介绍了高韧性水泥基 复合材料
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聚合物增韧混凝土 加入聚合物后，由于范德华力和氢键的作用，聚合物可以覆盖在水化产物表面，封闭空洞 与微裂纹。另外聚合物乳液的加入可以提高微中心质效应，增加界面过渡区的粘结性能， 从而改善混凝土的微观结构，提高抗拉性能。 采用聚合物改性增韧混凝土，操作简单，效果明显，被广泛的应用于防水材料、石材瓷砖 之间的粘结剂、防腐地面材料、混凝土结构修补材料、无宏观缺陷水泥（ＭＤＦ）
聚合物水泥混凝土介绍
聚合物水泥混凝土介绍导读：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…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。
聚合物混凝土
二、性能
普通混凝土是一种非均质多孔材料，PIC中用聚 合物填充了混凝土内部的孔隙和微裂纹，特别是提 高了水泥石与骨料间的粘结强度，减少了应力集中， 使PIC具有高强、密实、防腐、耐磨、抗渗、抗冲 击等优良物理性能，与基准混凝土相比，抗压强度 可提高2-4倍，一般在150MPa以上，最高可达 285MPa，抗拉强度提高2-3倍，抗弯强度提高2-3 倍，徐变减小、弹性模量和抗冲击强度有所提高。
七、PCC的应用
PCC的应用主要有以下几个方面 ① 修补材料：聚合物对旧混凝土有很好的粘附效果，可用于 修补混凝土结构； ② 用作粘附剂：利用PCC良好的粘结性用于粘结瓷砖，新旧 混凝土等； ③ 用于防腐蚀涂层：由于PCC密实度高抗渗能力大、吸水率 低可有效阻止腐蚀介质的渗入，提高混凝土结构的耐腐蚀 性； ④ 用于表面装饰和保护； ⑤ 预应力聚合物改性水泥混凝土； ⑥ 水下不分散聚合物改性混凝土。
聚合物胶结混凝土
一、定义：聚合物胶结混凝土（polymer concrete）简称PC。又称聚合物混凝土或 树脂混凝土。它是由聚合物代替水泥作为 胶凝材料与集料拌合
二、PC的性能
与普通混凝土相比，PC具有强度高，耐化学腐 蚀、耐磨、抗冻性好等有点，但硬化时收缩大，耐 久性差。 其抗压强度一般在60-180MPa之间，最高可达 210MPa，抗弯强度为14-28MPa，抗拉强度为 10.3-17.2MPa，弹性模量范围较大：4-40GPa；抗 冲击韧性耐磨性由于普通混凝土6倍和2-3倍徐变较 大为普通混凝土的2-3倍，变形性能好。 早期强度高，1d强度可达28d强度的50%以上， 3d可达70%以上，粘结强度高不论对水泥制品还是 石材、金属等军有很高的粘结性。
三、聚合物对PCC的改性机理
聚合物乳液对水泥砂浆和混凝土的改性作用是通过聚合物在 水泥浆与集料间形成具有较高粘结力的膜，并堵塞砂浆内 的孔隙来实现的，水泥水化形成的水泥浆与聚合物颗粒聚 集形成聚合物相互交织在一起形成一个完整的相互穿透的 网状结构，集料被粘结在其中形成一个复合体。其中裂缝 被聚合物薄膜架桥连接起来，从而避免裂缝的扩展，同时 水泥水化物与集料间连接加强，随着聚灰比的增加这种架 桥作用更明显，导致拉伸强度和开裂韧度的增加，改善其 防水性、水密性、耐潮湿耐化学介质和冻融性等性能。这 个过程的简化图如下：
聚合物混凝土
聚合物混凝土是由混凝土和高分子聚合物材料有效结合而制成的有机无机复合材料。
聚合物混凝上可分为三大类，即聚合物浸渍混凝土、聚合物水泥混凝土以及树脂混凝土。
从微观的角度看，由于普通混凝土属于多孔结构物质，其内部分布着大量的毛细孔隙及细微裂缝，这些孔隙与裂缝是混凝土的薄弱环节，将导致混凝土拉伸、弯曲强度较低，而且混凝土的抗渗、抗冻融、耐腐蚀性能也与其密实度即孔隙状况密切相天。
而聚合物混凝土则可比较有效地克眼普通混凝土的上述缺陷。
聚合物浸渍混凝土是将已经成型、硬化的混凝土，经干燥和真空处理后，浸渍在高分子聚合物的液态单体中，然后用辐射、加热或化学方法，使渗入到混凝土内部孔隙中的单体聚合，生成坚硬的玻璃状聚合物，并与混凝土基体紧密结合。
形成低孔隙率、高密实度、高强度、高抗渗性、耐腐蚀、耐磨并抗冻融的复合材料。
聚合物浸渍混凝土性能优良，但价格较高，阻碍了其更为广泛的直用。
树脂混凝土是用液态聚合物代替水泥作为胶结材料．和普通混凝土用的粗、细集料混合而成的复合材料。
作为胶黏剂的聚合物通常用热固性树脂、(如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、丙烯酸环氧、聚氮基甲酸酯及酚醛树脂等)、焦油改性树脂(如焦油环氧树脂、焦油尿醛树脂等)、沥青及其改性物(如沥青、环氧沥青、橡胶沥青等)以及乙烯单体等。
这些液态胶结料聚合物中还需加入一定量的外加剂，以使液态树脂转化为固态并改善施工性能。
树脂混凝土通常还加入水泥、石英粉、滑石粉、碳酸争与粉等作为填料以增加强度。
树脂混凝土具有优异的抗渗、抗冻、耐腐蚀性能，强度、抗冲击、耐磨性能也很好，可用于建筑物的地下、屋面防水层及预埋锚栓、修补混凝土裂缝等场合，树脂混凝土目前价格也较贵。
故也限制了其更广泛的应用。
聚合物水泥混凝土是在普通混凝土拌合物中加入聚合物，以聚合物与水泥共同作胶结材料，将粗、细骨料黏合为一体而成的复合材料。
聚合物水泥混凝土比普通混凝土有较高的密实度和强度，其抗渗、耐腐蚀及耐磨性能也有相应的提高。
聚合物混凝土特点及用途
聚合物混凝土特点及用途聚合物混凝土是一种由水泥、砂、骨料和聚合物改性剂等原料混合而成的混凝土材料。
它具有许多优点，因此在建筑、交通、水利等领域被广泛应用。
聚合物混凝土具有优异的耐久性。
由于聚合物改性剂的添加，聚合物混凝土具有较高的抗渗性和耐化学腐蚀性，能够有效地防止水分和化学物质的侵入，从而延长混凝土的使用寿命。
聚合物混凝土具有较高的抗裂性能。
聚合物改性剂能够改善混凝土的抗裂性能，减少开裂的可能性。
这对于一些需要承受较大变形或受到温度影响较大的结构来说尤为重要，如大型水利工程、高速公路等。
聚合物混凝土还具有较高的抗冻性。
在寒冷地区，由于冻融循环的影响，普通混凝土容易出现开裂和破损。
而聚合物混凝土通过添加聚合物改性剂，能够有效提高混凝土的抗冻性能，减少冻融损伤。
聚合物混凝土还具有较好的施工性能。
由于聚合物改性剂的添加，聚合物混凝土的流动性和可塑性得到了提高，便于施工操作。
与传统混凝土相比，聚合物混凝土的施工过程更加简便、高效。
除了以上特点，聚合物混凝土还具有良好的环保性能。
在生产过程中，聚合物改性剂能够减少对环境的污染。
而且，聚合物混凝土的使用寿命较长，减少了对资源的消耗。
根据聚合物混凝土的特点，它在各个领域都有广泛的应用。
在建筑领域，聚合物混凝土可以用于制作各种建筑构件，如楼板、梁柱、墙体等。
由于其耐久性好、抗裂性能强，能够提高建筑物的稳定性和安全性。
在交通领域，聚合物混凝土可用于修建各类道路、桥梁和隧道。
由于其抗冻性好、耐久性强，能够在恶劣的气候条件下保持良好的使用性能。
在水利领域，聚合物混凝土可用于修建水库、渠道、堤坝等水利工程。
由于其抗渗性好，能够有效防止水分渗透，提高水利工程的稳定性和安全性。
聚合物混凝土还可以应用于地下工程、海洋工程、电力工程等领域。
由于其特殊的性能，能够满足特殊工程的需求。
聚合物混凝土具有耐久性好、抗裂性能强、抗冻性好、施工性能好、环保性能好等特点，并且在建筑、交通、水利等领域有广泛的应用前景。
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。
高分子材料在水泥混凝土中的应用研究
高分子材料在水泥混凝土中的应用研究高分子材料在水泥混凝土中的应用研究摘要：效能的高分子涂料材料越来越广泛地应用于交通、人民家居、污水治理与建筑等领域。
而在这部分涂料材料中，有一部分的对水泥混凝土有极强的作用，与水泥混凝土制品的生产加工工艺密切相关。
作为净水过滤材料、处理废气的活性材料、催化剂与吸附剂等多种用途，高分子材料对改善水泥混凝土的物理性能、力学性能和化学性能起到了关键性作用。
本文主要讨论了高分子材料在水泥混凝土中的应用、关键技术以及展望，为高分子涂料材料的研究与开发提供了理论基础与实验依据。
关键词：高分子材料，水泥混凝土，物理性能，力学性能，化学性能1. 引言高分子材料是一种由大分子聚合物构成的材料，它们有着良好的化学稳定性、力学性能和加工性能，因此在许多领域都有广泛的应用。
水泥混凝土是一种常见的建筑材料，广泛应用于建筑、交通、水利和环境工程等领域。
然而，传统的水泥混凝土在力学性能、物理性能和耐久性方面存在一些问题。
因此，将高分子材料引入水泥混凝土中，可以改善其性能，提高其耐久性和使用寿命。
2.高分子材料在水泥混凝土中的应用2.1 高分子材料的选择高分子材料的种类繁多，根据水泥混凝土的需求，需要选择具有合适性能的高分子材料。
常用的高分子材料包括聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯和聚酯等。
根据水泥混凝土的需求，例如增强强度、提高耐久性或改善施工性能，可以选择不同类型的高分子材料。
2.2 高分子材料的添加方法高分子材料的添加方法有两种：一种是作为填料添加，另一种是作为涂层材料添加。
作为填料添加的高分子材料，可以直接添加到水泥混凝土的原料中，与水泥、砂子和骨料一起进行搅拌。
这种方法可以增加混凝土的强度和耐久性。
例如，在高层建筑中使用聚丙烯酸酯作为填料添加剂，可以提高混凝土的抗裂性能。
作为涂层材料添加的高分子材料，可以在水泥混凝土表面形成一层保护膜，起到防水、抗碱、抗冻和耐久性等作用。
例如，在水利工程中，可以在水泥混凝土上涂一层聚合物涂料，提高水泥混凝土的防水性能。
聚合物水泥混凝土
聚合物水泥混凝土聚合物水泥混凝土，亦称聚合物改性混凝土，是在普通混凝土的拌合物中加入聚合物而制成的性能明显改善的复合材料。
聚合物的使用方法与混凝土外加剂一样，可将它们与水泥、骨料、水一起进行搅拌。
采用现有普通混凝土的设备，即能生产聚合物水泥混凝土。
一，聚合物水泥混凝土的原材料：1.聚合物：1.1聚合物水泥混凝土所用的聚合物总体可分三类：1.1.1聚合物水分散体，即乳胶，是应用最广泛的一种。
1.1.2水溶性聚合物，如纤维素衍生物、聚丙烯酸盐、糠醇等。
1.1.3液体聚合物，如不饱和聚酯、环氧树脂等。
1.2在水泥中掺加的聚合物与水泥具有良好的适应性，应满足：1.2.1水泥的凝结硬化和胶结性能无不良影响；1.2.2在水泥的碱性介质中不被水解或破坏；1.2.3对钢筋无锈蚀作用。
2.助剂：2.1稳定剂：水泥溶出的多价离子（指Ca〃、AF+）等因素，往往使聚合物乳液产生破乳，出现凝聚现象，使聚合物乳液不能在水泥中均匀分散。
通常需加入适量稳定剂，如0P型乳化剂、均染剂102、农乳600等。
2.2消泡剂：聚合物乳液和水泥拌合时，由于乳液中的乳化剂和稳定剂等表面活性剂的影响，通常在搅拌过程中产生许多小泡，凝结后混凝土的孔隙率增加，强度明显下降。
因此，必须添加适量的消泡剂。
消泡剂的选择应注意：①化学稳定性良好；②表面张力较消泡介质低；③不溶于被消泡介质中。
此外，消泡剂还应具有良好的分散性、破泡性、抑泡性及碱性。
常用的消泡剂有：①醇类消泡剂，如异丁烯醇、3-辛醇等；②脂肪酸酯类消泡剂，如甘油（三）硬脂酸异戊酯等；③磷酸酯类消泡剂，如磷酸三丁酯等；④有机硅类消泡剂，如二烷基聚硅氧烷等。
消泡剂的针对性非常强，必须认真试验选择。
工程实践证明，通常多种消泡剂复合使用，可达到较好的效果。
2.3抗水剂：对于耐水性较差的聚合物，如乳胶树脂及其乳化剂、稳定剂，使用时尚需加抗水剂。
2.4促凝剂：乳胶树脂等聚合物掺量较大时，会延缓聚合物水泥混凝土的凝结，可加入促凝剂促进水泥的凝结。
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（３）与集料的粘附性强 （４）结构密实
第四节 高分子聚合物改性沥青混合料
目前，应用于改善沥青性能的高分子
聚合物，主要有树脂、橡胶类和树脂—橡
胶共聚物等三类，各类常用聚合物名称分
别列于表6-2。
1.热塑必性树脂类改性沥青
２、技术性能
（１）抗弯强度高 （２）冲击韧性好
（３）耐磨性好
（４）耐久性好
三、聚合物胶结混凝土（简称ＰＣ）
聚合物胶结混凝土是完全以聚合物为胶结材的混 凝土，常用的聚合物为各种树脂或单体，所以亦 称“树脂混凝土”．
１、组成材料 （１）胶结材 用于拌制聚合物的树脂或单体 （２）集料 应选高强度和耐磨的岩石，最大粒径
第二十一讲高分子聚合物 改性水泥混凝土
• 姚昱晨副教授主讲 • 浙江建设职业技术学院
第三节 高分子聚合物改性水泥混凝土
一、聚合物浸渍混凝土（简称ＰＩＣ）
聚合物浸渍混凝土是已硬化的混凝土(基材) 经干燥后浸入有机单体,用加热或辐射等方法使混 凝土孔隙内的单体聚合而成的一种混凝土。
１、基本工艺
（１）干燥 使聚合物能渗填混凝土基础材料的孔隙
苯乙烯-异戊二烯 嵌段共聚物（ SIS）
（２）浸渍 使配好的浸渍液填入混凝土孔隙
（３）聚合 使浸渍在基本孔隙中的单体聚合固化
２、技术性能
聚合物浸渍混凝土优点：抗压强度、抗拉强度、 抗弯强度、弹性模量、抗冲击强度比普通混凝土 都有显著提高，徐变也大大减少，抗冻性、耐硫 酸盐、耐酸和耐碱等性能也有很大改善． 缺点： 耐热性差，高温聚合物易分解．
2.橡胶类改性沥青
3.热塑性弹性体改性沥青
改性沥青常用高聚物
树脂类高聚物 橡胶类高聚物 树脂一橡胶共聚物
丁苯橡胶（SBR）
聚乙烯（PE） 氯丁橡胶（CR）
聚乙烯（PP） 丁腈橡胶（NBR）
聚乙烯—乙酸 苯乙烯-异戊二烯
乙烯共聚物 橡胶（SIR）
（EVA）
乙丙橡胶
（FPDR）
苯乙烯-丁二烯嵌 段共聚物（SBБайду номын сангаас）
二、聚合物水泥混凝土（简称ＰＣＣ）
聚合物水泥混凝土是以聚合物（或单体）和水泥共同起 胶结作用的一种混凝土．（工艺简单，便于现场使用）
１、材料组成
普通水泥加以下三种常用的聚合物：
（１）橡胶乳液类 天然胶乳、丁苯胶乳和氯丁胶乳等
（２）热塑性树脂类 聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯等
（３）热固性树脂类 环氧树脂等