聚合物水泥砂浆的研究及应用

聚合物水泥砂浆的研究及应用聚合物水泥砂浆的发展由于对高分子材料结构与性能的深入认识，促进了越来越多的聚合物应用于建筑行业。在建筑砂浆方面，普通水泥砂浆已经不能满足需要，为了使砂浆具有其特殊的性能来满足其特殊环境与场所的需要，在水泥砂浆中加入聚合物来进行改性聚合物改性砂浆由于其优异的性能广泛应用于建筑材料中，聚合物在水泥砂浆和混凝土中的改性机理已研究了80多年美国是世界上聚合物复合材料开发应用的先行国家，聚合物水泥砂浆在建筑上应用十分广泛在日本，聚合物砂浆和混凝土在70年代己成为主要结构材料。我国直至60~70年代才开始研究掺天然乳胶、丁苯胶乳、氯丁胶乳、氯偏胶乳和丙烯酸酯共聚胶乳的聚合物水泥砂浆聚合物水泥砂浆的分类一般把聚合物在砂浆中的应用分3种类型聚合物砂浆（PM）聚合物浸渍砂浆（PIM）聚合物改性砂浆（PMM）聚合物砂浆是用聚合物作为胶结材料的砂浆，在聚合物砂浆中用作胶结材料的聚合物组分最终全部参与固化反应，使得聚合物砂浆的抗渗透性比普通砂浆的高的多，具有优良的耐久性。聚合物浸渍砂浆是将干燥后的砂浆浸渍在可聚合的低分子单体或预聚体中，在单体或预聚体渗入砂浆中的空隙后引发聚合所得到的聚合物砂浆复合材料。聚合物改性砂浆是将水泥和骨料在混合的时候与分散在水中、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。聚合物砂浆的力学性能抗拉强度、抗折强度粘结强度弹性模量从图可见,聚合物水泥砂浆的抗折、抗压强度均高于基准普通水泥砂浆:聚灰比为10%砂浆的抗折强度比基准普通砂浆提高70.5%,抗压强度提高21.1%,掺入聚合物后砂浆的抗折强度提高更为明显,这主要是由于聚合物在水泥砂浆中硬化后能形成相互交织的网状胶膜结构,有助于水泥砂浆整体结构的改善,提高其抗压强度[9]。掺入的聚合物有明显的减水作用,掺入聚合物的水泥砂浆水灰比随聚合物掺量增加而降低,也改善其力学性能由图2可见,聚合物水泥砂浆的弹性模量都低于基准普通砂浆的弹性模量，且随着聚灰比增加其弹性模量呈逐渐降低的趋势,聚灰比为10%的砂浆比普通砂浆降低26.0%。主要是由于掺入的聚合物。硬化后形成了交织的网状胶膜结构,这种交织的网状胶膜结构是典型的柔性结构,降低了水泥砂浆的弹性模量。普通水泥砂浆和混凝土的弹性模量一般随着强度的升高而提高。由图可知,随着聚合物掺量的增加,粘结强度有所增加,聚灰比为10%的砂浆比普通砂浆提高8.9%,但聚灰比超过10%以后增幅有限。强度增加的原因主要是由于掺入的聚合物硬化后形成了交织的网状胶膜结构,大大改善了聚合物水泥砂浆的界面结构,有效地提高其粘结强度。另一方面,聚合物的减水作用使得水灰比逐渐降低,大量游离水的降低使得聚合物砂浆的有害孔降低,提高了聚合物砂浆的粘结强度。聚合物水泥砂浆的作用机理掺入聚合物以后,由于聚合物的减水、引气作用,使得水泥砂浆的孔结构得到明显的改善,大孔减少,小孔增多,大量微孔的引入非但未降低试件强度,反而提高了内部结构均匀性,进而提高其强度、耐久性能。影响聚合物改性砂浆性能的因素原材料原材料中水泥品种的选择余地较小。聚合物的品种相对来说要多一些,不同的聚合物能对砂浆的性能有不同的影响。如氯偏乳液改性砂浆抗渗能力强,丁苯乳液改性砂浆的抗折强度较高等。因此需要通过试验来确定聚合物的选取。配合比设计在确定了材料的种类后,材料之间的配比就尤为重要。由前面所述的改性机理可知:要得到质量好的聚合物砂浆,聚合物在浆体中的成膜尤其重要,即要形成一个一致、均匀、没有缺陷和富集现象、膜不能过厚的网状薄膜。因此水、水泥、砂、聚合物这几者的搭配就很重要了。养护条件养护条件对于水泥基材料来说是一个很重要的因素。在砂浆的材料与配比确定下来后,材料的养护方法就很重要了。对于聚合物改性砂浆水泥的水化和聚合物的成膜是一对矛盾,那么要两者需要协调发展,使砂浆中的各个组分相互补充、共同成长,就必须选择好适应的养护条件。现在有多种养护方法,在国外常用的养护方法是将砂浆试件拆模后,首先在20℃、80%相对湿度的环境下养护2d,然后在20℃的水中养护5d,再在20℃、50%相对干燥的环境下养护21d。在国内并没有定型的养护方法,但有研究表明:乳液的掺量越小,试件所需在水中养护的时间越长;乳液的掺量越大,试件所需在水中养护的时间越短;当乳液的掺量达到一定值时,就无需在水中养护,只需在空气中干养即可。聚合物水泥砂浆的应用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。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。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。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。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。聚合物砂浆目前存在的问题和趋势聚合物砂浆目前存在的问题并非所有的聚合物乳液对水泥砂浆的粘结性能都有改善的作用,如在砂浆中加入丙烯酸酯。这可能是因为有些聚合物与水泥体系不相容,影响了水泥水化进程,并且聚合物本身也会因为水泥体系的碱性而降解。阳光中的紫外线对聚合物材料的老化有很大的影响。虽然到达地面上的紫外线量很少,但是紫外线的能量相当强,对许多聚合物材料的破坏性很大。外界温度的变化、干湿循环、水的作用也会加速材料的老化,特别是当聚合物处于湿热状态时强度明显下降,在泡水的情况下,温度越高,强度损失越大。由于聚合物价格远远高于水泥的价格,而且用普通工艺配制的水泥砂浆中聚合物的掺量又偏高(一般聚合物掺量约占水泥质量的20%),从而导致因造价昂贵而使其推广应用受到很大限制。虽然在砂浆中加入聚合物可以改善砂浆的力学性能以及相关的一些性能,但是由于聚合物在碱性条件下可能会存在降解,从而影响聚合物砂浆的性能。聚合物砂浆的研究趋势在日本,聚合物改性砂浆被广泛地应用于装饰面和修补工程的结构材料,但是聚合物改性砂浆在美国被广泛地应用于桥梁甲板表面和修补工程。由于近年来在日本钢筋混凝土结构的快速损坏已经成为一个严重的问题,人们逐渐对聚合物改性砂浆作为修补材料产生了兴趣,其市场需求也在不断地增加。聚合物改性砂浆作为修补材料将会成为聚合物砂浆的一个发展方向。预制聚合物混凝土/砂浆是聚合物在混凝土应用中发展最快的一个方面。聚合物砂浆的功能型研究将是其中的一个研究方向,使聚合物砂浆具有复合型、环保型、自洁型等功能。采用适宜的(低)聚灰比,并加入一定量的无机超细活性掺合料来改善砂浆的性能,这将是一个有前途的发展方向。结语随着国家经济的发展和人们对环境的日益重视，干拌砂浆获得了大力的发展，使得目前聚合物砂浆的研究主要集中在高质量的可再分散聚合物粉末，并且运用日益飞速发展的新技术、新工艺使聚合物砂浆更具有节约化、环保化、自洁化等功能。聚合物砂浆的理论研究主要集中在聚合物共混改性水泥砂浆，聚合物种类、成分、掺量对水泥砂浆部分性能影响等，要独立地科学地研制新型聚合物砂浆品种，聚合物对水泥砂浆改性的机理还有待更加深入的认识。