低掺量水性环氧树脂对高性能混凝土抗冲击韧性的研究.pdf

2 0 1 3 年 第 5 期 (总 第2 8 3 期 ) Nu mb e r 5 in 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERJ AL AND ADM I NI CL E d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 0 5 0 2 7 低掺量水性环氧树脂对高性能混凝土 抗冲击韧性的研究 钱慧丽 ，梁会忠 。韩 ( 1 河北建材职业技术学院 ，河北 秦皇岛 0 6 6 0 0 4 ；2 飞 。陈华 民 云南建工集团有限公司，云南 昆明 6 5 0 0 5 1 ) 摘要： 通过落锤试验法研究了低掺量水性环氧树脂乳液对高性能混凝土的抗冲击韧性 的影响。 研究表明： 掺加水性环氧树脂 乳液的韧性混凝土的抗冲击韧性会随乳液掺量 的增大而显著提高， 当乳液掺量 5 ， 采用 型养护制度养护得到的高性能混凝 土的抗冲击性能效果最好 ， 在此试验条件下水泥的硬化和水性环氧树脂 的固化达到了最佳结合点 ， 韧性混凝土的抗冲击韧性增 加到基准试验混凝土 1 3 7 倍 ； 同时， 掺加乳液的韧性混凝土具有 良好的工作性。 关键词 ： 低掺量水性环氧树脂 ；高性能混凝土；增韧 ；中心质假说 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 0 9 7 0 4 S t u d y on t h e e ffe c t s o f l o w v ol u m e w a t e r bo m e e po x y r e s i n on d y n a m i c du cti l it y o f h i g h p e rfo r ma n c e c o n c r e t e QI ANHu i - L i ， L I ANGHu i - z h o n g , HANF e i ， C HE NHu a - mi n ( 1 H e b e i V o c m i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， Q i n h u a n g d a o 0 6 6 0 0 4 ， C h i n a ； 2 Yu n n a n Co n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g G r o u p Co ， L t d ， Ku n mi n g 6 5 0 0 5 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e i n fl u e n c e s o f l o w v o l u me wa t e r b o me e p o x y r e s i n o n d y n a mi c d u c t i l i t y o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e we r e i n v e s t i g a t e d b y f a l l i n g we i g h t t e s t T h e s t u d y f o u n d t h a t the d yn am i c d u c t i l i ty o f c o n c r e t e mi x e d wi th wa t e r b o me e p o x y r e s i n wa s o b v i o u s l y i n c r e a s e d T h e d yna mi c d u c t i l i ty e f f e c t wa s o p t i ma l wh e n t h e q u a n t i t i e s o f wa t e r b o me e p o x y r e s i n wa s 5 a n d the c u r i n g s y s t e r m wa s t h e I V c u r i n g s y s t e r m ， I n t hi s c o nd i tio n， c e me n t h a r d e ni n g wa s o p t i ma l y c o mb i ne d wi t h wa t e r bo r n e e p o x y r e s i nS s o l i d i fic a t i o n， the d yn a mi c d u c t i l i t y of t o ug h e ni n g c o nc r e t e wa s 1 3 7 t i me s than the o r di n a r y c o n c r e teI n a d d i t i o n， the e mul s i o n mo d i fie d c o n c r e t e h a d e x c e l l e nt flu i d i t y and wor k- a bi l i t y K e ywo r d s ： l o wv o l um e w a t e r b o rn e e p o x y r e s i n ； h i gh p e r f o rm anc e c o n c r e t e ； t o u ghe n i n g ； C O re s u b s t a n c e h y p o the s i s 0 引 言 混凝土是公认 的准脆性材料 ， 而当其结构尺度很大时 则可认 为是完全脆性材料 ， 混凝土材料在破坏时表现为明 显的脆性破坏 。 随着混凝土强度 的提 高 ， 与之相关 的脆性 问题就越来越 突出 1 。 当前混凝土材料的增韧措施主要有 ： 在混凝 土中掺加纤维 ( 钢纤维 、 玻璃纤维 、 合成纤维等 ) 、 或 者掺加橡胶粉嘲 ， 上述这些措施 ， 一般局限于从混凝土 内大 中心质角 度入手对混凝 土进行 改性 。 由于这些 大 中心 质 ( 除有机乳液外 ) 与水泥石之间不存在化学反应 ， 其作用力 主要范德华力 ， 同时大 中心质与混凝土本体之 间存在界面 过渡区 ， 产生弱界面效应 ， 导致其对混凝 土材料 的改 性作 用降低 。 水性环氧树脂是把环氧树脂 以微粒 或液滴 的形式分 散在以水为连续相的分散介质 中而配得的稳定树脂材料13 。 水性环氧树脂与环氧树脂相 比较 ， 其最 大的优点就是 可在 室温和潮湿或 过湿的环境中固化 ， 能与水泥砂浆 、 混凝土 收稿 日期 ：2 0 1 2 1 1 - 1 9 等常用的水泥基材料混合使用 ， 并能提高上述材料的早期 强度 、 韧性 、 抗 冲击性能 ， 增强 防水性能 。 本试验利用改性 微 中心质的固化生成与水泥混凝土的硬化过程 同时进行 ， 在水泥混凝土的硬化产 物中原位生成改性微中心质 ， 达到 使水泥基复合材料 的有关性能得到显著提高的 目的。 1 原材料与试验方法 1 1 原材料 ( 1 ) 水性环氧树脂 ： 上海汉中化工公 司生产的水l 生 环氧 树脂 H 2 1 3 A和水性环氧固化剂 H 2 1 3 B， 使用配合比为质量 比 ， 水性环 氧树脂 H 2 1 3 A： 水性环氧 固化剂 H 2 1 3 B = l ： 1 4 ， 水性环氧固化剂组分中的固含量为 5 0 ， 其余为水。 ( 2 ) 水泥： 河北鼎鑫水泥公司生产的 P O 4 2 5 级水泥。 ( 3 ) 细集料 ： 河北正定产河砂 ， 试验测得为中砂。 ( 4 ) 粗集料 ： 河北晋州生产的级配 良好的碎石 ， 粒径为 5 -2 0mm。 ( 5 ) 高效减水剂： 河北铁园科技发展有限公司生产的 9 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m T y - 6 A 型聚羧酸高效减水剂 。 ( 6 ) 水 ： 饮用水 。 1 2配 合 比 设计 了 6 种配合 比 ： 基准 的高性 能混凝土配合 比 ， 在 其基础 上保持水 灰 比不变掺加 1 、 3 、 5 、 7 、 9 水性 环氧树脂乳液。 掺加水性环氧树脂 的水泥混凝 土的养护方 法不 同于普通水泥混凝土 ， 需要采用干 、 湿交替 的养护方 法 ， 湿养护有利于水泥 的水化作用 ， 干养护则有利于水性 环氧树脂乳液的 固化 ， 采用干 、 湿交替 的养护方法问 ， 本试 验综合前期研究确定采用 型养护制度 ： 标准养护 6 d ， 干 养护 2 2 d ；基准高性 能混凝土仍采用 I 型标准养护制度 。 具体配合 比和物理力学性能见表 1 。 表 1 混凝土的配合比与性能 1 3试 验 方 法 1 3 1 试件成型与养护 称取石子 、 砂 、 水泥 ， 倒入 卧式搅拌机 内 ， 开 动搅拌机 搅拌均匀 ， 后将搅拌好 的乳液 、 称量好 的水 、 减水剂一并倒 人搅拌机 内 ， 再搅拌 1 8 0 S o 混凝 土搅拌结束后 ， 转 动搅拌 机使其开口朝下， 然后开动搅拌机， 使拌合物落入混凝土 盘中。 再经人工翻拌二次， 使拌合物均匀一致后用做流动性 测试试验 。 再浇筑 、 振动成型 1 5 0 m mx 1 5 0 m mx l 5 0 1 1 1 1 3 的 立方体试件 ， 用于测定立方体抗压强度 1 0 0 m mx l 0 0 I n m x 4 0 0 mlT l 的棱柱体试件 ， 测定抗冻性。 成型后 的混凝土 ， 放入 温度为( 2 0 5 ) 的环境 中 ， 用不透水 的薄膜覆盖 表面养 护。 2 4 h 后 ， 编号拆模 ， 按照设计 的养护制度进行养护 。 1 3 2 乳液改性混凝土的抗冲击韧性的测定 材料所承受的冲击荷载分爆破 冲击和机械冲击两种5 1 。 材料抗机械冲击 的性能是在反复冲击荷 载作用下 ， 材料 吸 收动能的能力 。 目前 国内外对混凝土的冲击试验 尚无统一 的方法 ， 在冲击荷载 的施加方式上有落球( 锤 ) 试验和摆锤 试验等， 而在试件的受力形式上， 一般有压缩和弯曲两种。 本试验采用 AC I 5 4 4 推荐的冲压冲击试验方法 ， 即用落锤冲 击圆板试验。 落锤质量为 4 5 k g ， 自由下落高度 为 4 5 7 n l l T l 。 试件厚度为 6 0 m l n ， 边长为 1 0 0 to n i 的棱柱体， 试验装置如 图 1 所示 试 刚性底 板 图 1 落锤冲击试验装置图 试验结果 的表征方法有 ： 试验板破坏时的冲击次数 ； 试验板破坏时的冲击耗能 。 冲击耗能按式 ( 1 ) 计算 ： 98 l e = V o x m ( 1 ) 式 中： 冲击耗能 ， N m； c 破坏时冲击次数 ； 九 冲击锤下落高度 ， 4 5 7 m m； g 9 8， m s ； m落锤质量 ， 。 2 结果与讨论 2 1 乳液掺 量对混凝 土工作性的影响 从图 2中看出 ， 掺加乳液的新拌混凝土与不掺加乳液 的新拌混凝土坍落度相 比较 ， 在不增加用水量的情况下 ， 掺 加乳液后 ， 新拌混凝土 的坍落度 明显增大 ， 即提高新拌混 凝土的流动性 ， 乳液掺量为 1 时 ， 坍落度增加值达2 9 6 ； 并继续增大 ， 乳 液掺量为 9 时 ， 坍落度增加值达 5 9 2 ； 产生此种结果主要是 由于聚合物颗粒产生 了“ 滚珠” 效应 ； 同时因聚合物乳 液微粒表面具有极性 ， 其 吸附于水泥颗粒 表面后使水泥颗粒表面也具有了极性 ， 随着乳液掺量的提 高 ， 它对水泥颗粒 的分散性增强 ， 原水泥溶液 中的絮状颗 粒结构被拆散 ， 所包裹 的水分被 释放 ， 表现 为水 泥胶砂 整 体流动l生 增加。 另外， 加人聚合物乳液能使新拌混凝土保水 率和抗离析能力提高。 由此可见 ， 加入乳液有一定的减水作 用 ， 新拌乳液混凝土有较好的工作性 ， 易于施工。 乳 液掺量 9 6 图 E 不同乳液掺量的混凝土坍落度值 2 2 乳液掺 量对韧性混凝 土抗 冲击韧性 的影 响 抗冲击 韧性试验结果如表 2 。 由试验冲击次数计算得 出冲击耗能 ， 见表 3 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 参考文献 ： 1 】 舒越军 高韧性混凝土的研究开发【 N 】 信息园地 ， 1 9 9 9 ( 4 ) ： 8 1 2 】 刘刚 ， 方坤河 ， 高钟伟 高强混凝土的增韧减脆措施研究 J 1 混凝 土 ， 2 0 0 4 ( 5 ) ： 4 6 4 8 【 3 张荣辉 ， 郭建， 吕惠卿 水性环氧树脂混凝土性能研究 混凝 土 ， 2 0 0 6 ( 1 2 ) ： 7 1 7 3 f 4 钟世云聚合物在混疑土中的应用【 I 】 北京： 化学工业出版社， 2 0 0 3 【 5 】 赵 志远 ， 毕乾 ， 王立燕 ， 等 废橡胶颗粒改性水泥基材料的塑性 上接第 9 6页 利于推广使用 。 ( 4 ) 强化处理后再生骨料 的性能有很 大改善 ， 工程性 能与天然骨料接近 。 国外强化方法工艺复杂 ， 设备庞大 ， 耗 资过多 ， 不利于在我 国推广 ， 对再生骨料 的强化加工工艺 还需进行系统 的研究 ， 在此基础上制定相关标准 。 ( 5 ) 在国家政府对废弃混凝土循环利用大力支持 的基 础 上 ， 建议制定有效的市场运行机制和 商业模式 ， 提高全 民对于建筑废弃物的再生循环利用意识 。 参考文献 ： 1 戴显明积极促进绿色建筑发展努力践行混凝土业低碳理念l J 1 混凝土 ， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 1 - 3 2 12 周锡玲 ， 杨加 ， 张胜 以生态混凝土推进低碳城市建设 J 1 | 混凝 土 ， 2 0 1 1 ( 1 O ) ： 9 8 1 0 0 【 3 J3 刘数华 ， 冷发光 再 生混凝土技术【 M 】 E 京 ： 中国建材工业出版 社 ， 2 0 0 7 【 4 】T A WA N A M M， 肖建庄 废 混凝土 的回收【 A ， ， 首届全国再生混 凝土研究和应用学术交流会论文集f c 】 【 5 】肖建庄 再生混凝土【 M 】 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 8 。 【 6 张传增 ， 肖建庄 ， 雷斌 德国再生混凝土应用概述 A 首届全国 再生混凝土研究和应用学术交流会文集【 c ， 2 0 0 8 【 7 谢曦 赴日本、 韩国考察建筑废弃物再利用 砖瓦世界， 2 0 1 2 ： 4 2- 4 4 【 8 】林翔， 苗英豪， 张金喜， 等 废弃水泥混凝土再生利用发展现状叨 市政技术 ， 2 0 0 9 ， 2 7 ( 5 ) ： 5 3 6 5 3 9 【 9 】张昌波 美国再生混凝土骨料的应用 建筑机械， 2 0 0 8 ： 5 2 5 3 【 I O G B T 2 5 1 7 7 -2 0 1 0 ， 混凝土用再生粗骨料【 M 】 E 京 ： 中国标准 出 版社 ， 2 0 1 0 【 1 1 G B T 2 5 1 7 6 -2 0 1 0 ， 混凝土和砂浆用再生细骨料【 M E 京 ： 中国 标准出版社 ， 2 0 1 0 1 2 】 肖建庄， 孙振平， 李佳彬， 等 废弃混凝土破碎机再生工艺研究lJ 1 建筑技术 ， 2 0 0 5 ， 3 6 ( 2 ) ： 1 4 1 1 4 4 【 1 3 1 吴贤国， 郭劲松， 李惠强， 等 建筑废料的再生利用研究J _建材 技术与应用 ， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 2 1 2 3 【 1 4 宋瑞旭， 万朝均， 王冲， 等 粉煤灰再生骨料混凝土试验研究【 J 】 新型建筑材料， 2 0 0 3 ( 2 ) ： 2 6 2 8 1 5 】 宋瑞旭， 万朝均， 王冲， 等 高强度再生骨料和再生高性能混凝 土试验研究 J 1 _ 混凝土， 2 0 0 3 ( 2 ) ： 2 9 3 1 【 1 6 1 吕志英 混凝土再生骨料的研究动态与发展趋势【 J j 混凝土 ， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 7 7 8 2 1 7 】 李占印再生骨料混凝土性能的试验研究【 D 1 西安 ： 西安建筑科 1 0 0 开裂和抗 中 击性能【 昆 凝土与水泥制品 ， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 1 - 5 【 6 邓启刚 ， 席慧智 ， 刘爱东 材料化学导论 M 】 幅 尔滨 ： 哈尔滨工业 大学出版社 ， 1 9 9 9 【 7 吴中伟， 廉惠珍 高性能混凝土【 M】 - _ 京 ： 中国铁道出版社， 1 9 9 9 作者简介： 钱慧丽 ( 1 9 7 8 一 ) ， 女 ， 硕士。 联系地址： 秦皇岛市文育路 8 号 河北建材职业技术学院( 0 6 6 0 04) 联系电话 ： 1 3 2 7 3 3 9 3 1 7 8 技大 学 ， 2 0 0 3 1 8 】 许岳周 ， 石建光 再生骨料及再生骨料混凝土的性能分析与评 价 混凝土， 2 0 0 6 ( 7 ) ： 4 1 4 6 1 9 李坤 再生骨料及再生混凝土基本性能研究【 D J 大连 ： 大连理工 大学 ， 2 0 0 5 。 【 2 0 】 沈大钦 再生骨 混凝土性能的研究【 D J 北京 ： 北京交通大学， 2 0 0 6 2 1 柯国军 ， 张育霖 ， 何涛 ， 等 再生混凝土的实用性研究 混凝土 ， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 4 7 4 9 2 2 王和源 台湾再生骨料处理及应用于混凝土之研究【 A 】 ， 新世纪 海峡两岸高性能研究与应用学术会论文集【 c 】 ， 2 0 0 2 2 3 侯景鹏 ， 史巍 再生混凝土技术研究与应用推广I J 1 建筑技术 ， 2 0 0 2 ( 1 ) ： 1 0 1 2 2 4 HE NDR I L S C F， P I E T E RS ON H S S u s t a i n a b l e Ra w Ma t e r i a l s C o n s t r u c t i o n a n d De mo l i t i o n Wa s t e M RI L EM R e p o r t 2 2， RI EM Pu b l i c a t i o n S e r i e s， F一 9 4 23 5 Ca c ha n Ce d e x， F r a n c e， 1 9 9 8 【 2 5 】 肖建庄 ， 雷斌 ， 袁飚 废混凝土再生粗集料性能试验与分级标准 研究【 J J 四川大学学报， 2 0 0 9 ( 4 1 ) ： 2 3 2 7 【 2 6 1 李秋义， 李云霞 ， 朱崇绩 基于需水量比和强度比的再生粗骨料 分类方法f J 1 _材料科学与工艺 ， 2 0 0 1 ， 1 5 ( 4 ) ： 4 8 0 4 8 3 【 2 7 Ry u J s h n p r o v e me n t o n s t r e n g t h a n d i mp e r me a b i l i t y o f r e c y c l e d c o n c r e t e ma d e f r o m c r u s h e d c o n c r e t e c o a r s e a g g r e g a t e J J o u r n a l o f M a t e r i a l s S c i e n c e L e t t e r s ， 2 0 0 2 ， 2 1 ( 2 0 ) ： 1 5 6 5 1 5 6 7 2 8 j 李秋义 ， 李云霞 ， 朱崇绩 ， 等 再生混凝土骨料强化技术研究【 J 1 混凝土 ， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 7 4 7 7 2 9 跃东， 王涛再生骨料强化对再生混凝土基刀学性能的影O NJ 四川建筑科学研究， 2 0 1 0 ， 3 6 ( 4 ) ： 2 1 2 2 1 5 3 O j 杨宁 ， 王崇革 ， 赵美 霞 再生骨料 强化技术研究l J Il 新型建筑材 料 ， 2 0 1 1 ： 4 5 4 7 3 1 杜婷 ， 李惠强 强化再生集料 混凝土的力学性能研究l J I 混凝土 与水泥制品 ， 2 0 0 3 ( 2 ) ： 1 9 2 0 【 3 2 杜婷 建筑垃圾再生骨料混凝土性能及强化试验研究 D1 武汉 ： 华中科技大学， 2 0 0 2 3 3 毋雪梅 ， 高耀宾 ， 杨久俊 浸渍法强化再生骨料配制再生混凝土 的试验f J 河南建材 ， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 5 6 5 7 1 3 4 1 陈建良， 倪竹萍瑶 化处理改善再生骨料混凝土性能试验f J 1 _ 低 温建筑技术 ， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 1 4 1 6 作者简介 联 系地 址 联系电话 ： 梁芮( 1 9 8 8 一 ) ， 女 ， 硕士研究生 ， 研究方向为结构工程。 乌鲁木齐市延安路 1 2 3 0号 新疆大学建筑工程学院 ( 8 3 0 0 4 7 ) 1 3 9 9 91 3 9 8 7 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m