聚合物水泥砂浆的应用性分析

 

关键词：聚合物；砂浆，改性；应用

 

前言

 

早在1923年，英国人Gresson就把聚合物应用于路面材料而获得专利。我国在这一方面的研究起步较晚，还是近十几年发展起来的。1990年在上海举行了第6届国际聚合物混凝土会议，大大地加速了我国在这一方面研究与应用的进步。

 

1聚合物水泥砂浆的改性机理

 

水泥砂浆作为一种复合材料，骨料和水泥基之间的界面过渡区是材料的薄弱环节。在界面过渡区，水灰比高、孔隙率大、氢氧化钙和钙矾石多，晶粒粗大、氢氧化钙晶体取向生长。要改善水泥基材料的性能，就必须改善界面过渡区的结构和性质。聚合物对水泥砂浆的改性作用，其实质也是改善材料的界面过渡区，从而使材料获得别的材料所不具有的性能。

 

（1）聚合物具有减水的效果。

 

其表现在配制具有相同流动度的砂浆时，掺有聚合物的砂浆的水灰比要低于普通砂浆的水灰比。这是因为聚合物和矿物掺合料粉煤灰一样的形态效应，因为聚合物的固体粒径很小，其直径一般在0.05～5um之间。这样的颗粒也可像粉煤灰的颗粒一样，既可起到滚珠的作用，又具有较高的表面活性，从而能起到减水效应。

 

（2）在砂浆中掺加聚合物后，氢氧化钙也会沿着聚合物固体颗粒生长，有利于打乱氢氧化钙的取向生长。

 

另外，由于聚合物的特殊性，它会在高于其最低成膜温度下凝聚成膜，形成的膜能将水泥水化生成的氢氧化钙包围起来，连成一个整体，可以有效的降低氢氧化钙对材料耐久性的不良影响。

 

（3）由于聚合物成膜的过程发生在水泥水化的过程中，水分用于水化以及被蒸发，聚合物就在整个基体中形成一个坚韧、致密的网络薄膜状网络结构，分布在水泥砂浆骨架之间，填充空隙，切断了与外界的通道，进一步改善了材料的性能。

 

2聚合物水泥砂浆的材料

 

2．1聚合物

 

对能用于砂浆改性的聚合物，其性能要求十分重要。聚合物在发挥其优点的同时，不能对砂浆带来负面的影响，如不能影响水泥的充分水化，对水泥石的基体没有腐蚀作用，对环境没有污染作用等。现阶段用于改性砂浆的聚合物的种类主要有以下一些。

 

其中最常用的就是图中划横线的聚合物。有丁苯乳液（SBR）、聚丙烯酸脂（PAE）、聚乙烯醋酸脂（EVA）、丙苯乳液（SAE）等。但由于单一品种乳液用于改性砂浆时会有一些不足，因此现阶段已经出现通过聚合物乳液的共混，综合不同乳液的优点，设计出能实现不同性能要求、适应不同用途需要的聚合物共混物用于改性砂浆。

 

2．2水泥

 

用于聚合物改性砂浆的水泥一般为普通硅酸盐水泥，它的早期强度高、凝结快、耐冻性好。另外还可用高铝酸盐水泥。近年来，出现了一种专门用于聚合物干粉改性砂浆的铝酸钙水泥，这种水泥是用一定比例含有三氧化二铝和氧化钙经熔化或煅烧，然后将获得的熟料磨细而成。

 

2．3矿物掺合料

 

矿物掺合料（硅灰、粉煤灰、矿渣等）本身就可以作为一种水泥砂浆的改性材料。把矿物掺合料和聚合物双掺在砂浆中，能综合利用两种改性材料的特点，优势互补进一步改善砂浆的性能。

 

2．4　砂

 

一般用河砂，要求含泥量不能过高。

 

3硬化聚合物砂浆的力学性能

 

3．1抗压强度

 

现有大部分的研究都认为聚合物改性砂浆的抗压强度要低于普通砂浆的抗压强度，但是还存在另外的一种观点，就是认为聚合物改性砂浆的抗压强度要高于普通砂浆的抗压强度，这是因为聚合物具有减水效应，能降低砂浆的用水量，从而提高砂浆的抗压强度。之所以存在这样对立的观点，有可能是砂浆单位体积内的水与聚合物的相对含量的问题。在聚合物砂浆中水泥的水化和聚合物的成膜是一对矛盾，水泥水化需要水分，而聚合物的成膜要求失去水分。在砂浆中聚合物由于具有减水作用，应该能增加砂浆的强度，但由于前面所讲的聚合物降低抗压强度的因素的存在，就应该调节砂浆单位体积内水与聚合物的相对含量，使其满足既能很好的水化又能很好的成膜，从而能提高砂浆的抗压强度。

 

3．2粘结强度

 

复合材料之间的界面粘结作用可以大致分为以下五类：

 

（1）吸附与侵润；

 

（2）相互扩散；

 

（3）静电吸引；

 

（4）化学键合；

 

（5）机械粘着。

 

聚合物改性砂浆的粘结强度可以分为砂浆内部和把砂浆用于修补材料时新老界面之间的粘结强度。砂浆内部的粘结性能在前面已有介绍，即在界面处分为机械粘合、物理吸引、化学键合，正是因为有这样的效果使得砂浆浆体的粘结强度增大。当聚合物改性砂浆作为一种修补材料时，与普通的砂浆相比也表现出有良好的粘结强度，之所以有比普通砂浆强的粘结强度，这有可能是聚合物砂浆在新老界面出也能形成那样的界面结构，并且聚合物还能扩散到老砂浆中的空隙中去成膜，进一步增强粘结强度。

 

3．3弹性模量

 

聚合物改性砂浆的弹性模量要低于普通砂浆的弹性模量，因此聚合物沙浆比普通的砂浆有更大的变形性。

 

3．4耐久性

 

由于聚合物对砂浆的改性作用，提高了砂浆的耐久性。如砂浆的抗渗能力得到了提高，吸水性降低，砂浆承受冻融循环的能力也得到了提高。另外，砂浆长期暴露在野外，其力学性能没有降低反有提高。

 

4聚合物水泥砂浆的应用

 

4．1混凝土修补材料

 

聚合物水泥砂浆（修补砂浆）已经广泛应用于混凝土结构加固，选用聚合物改型砂浆作为混凝土结构的修补材料主要有以下理由。

 

（1）聚合物水泥砂浆具有良好的粘结性和耐水性；

 

（2）聚合物水泥砂浆不需要潮湿养护，尽管最初两天保持潮湿会更好；

 

（3）聚合物水泥砂浆的收缩和普通混凝土相同或略低一些；

 

（4）聚合物水泥砂浆的抗折强度、抗拉强度、耐磨性、抗冲击能力比普通混凝土高，而弹性模量更低；

 

（5）聚合物水泥砂浆的抗冻融性能更好。

 

4．2防水材料

 

聚合物水泥砂浆既可以用于刚性防水材料，又可以作为柔性防水材料。聚合物水泥砂浆作为柔性放水材料应用时，主要是以防水涂料形式使用。

 

4．3胶黏剂

 

由于聚合物水泥砂浆具有良好的粘结能力和良好的协调性，可以作为一种良好的胶黏剂，如瓷砖胶黏剂、界面处理剂等。

 

4．4防腐蚀

 

聚合物水泥砂浆比普通混凝土的抗渗性、耐介质性能好得多，能阻止介质渗入，从而提高砂浆结构的耐腐蚀性能。因此在许多防腐蚀场合得到应用，主要有防腐蚀地面（如化工厂地面，化学试验室地面等）、钢筋混凝土结构的防腐涂层、温泉浴池、污水管等等。

 

4．5其它

 

聚合物水泥砂浆还可以应用于如表面装饰和保护，铺面材料和道路路面等等。