聚乙烯醇类聚合物乳液用于轻质高强混凝土增韧效果实验研究.pdf

四川建筑科学研究 第 卷第 期 年 月 收稿日期： 作者简介： 朱（ ） ， 男， 四川巴中人， 副教授， 高级工程师， 主要从事建筑工程材料、 工程管理方面的教学及研究。 ： 聚乙烯醇类聚合物乳液用于轻质高强混凝土 增韧效果实验研究 朱 （ 绵阳职业技术学院， 四川 绵阳 ） 摘要： 选取改性聚乙烯醇类聚合物乳液（ ） 为聚合物， 对聚合物改性轻质高强混凝土的制备、 组成、 微观结构 与性能进行研究， 探讨了聚合物对轻集料混凝土的增强增韧效果及作用机理， 得到了聚合物掺入对轻质高强混凝 土性能改善的相关结论。 关键词： 轻质高强混凝土； 聚合物增韧； 实验研究 中图分类号： 文献标志码： 文章编号： （ ） 引言 轻质高强是混凝土材料的重要发展方向， 研究 表明 ， 混凝土材料自重大， 是结构截面大、 钢筋配 置高的根本原因， 若混凝土自重能够减轻 ， 建造同样面积的建筑仅混凝土方量即可节省 以上， 节约钢筋用量 左右。 轻集料混凝土具有高强、 吸水率小的特点， 将其 引入混凝土中既可有效降低自重， 又可避免混凝土 强度明显降低， 因此被认为是最有效的混凝土减重 技术路线 ， 除此之外， 使用轻集料还可利用轻集 料多孔的特点而赋予混凝土保温、 吸音等功能特点。 然而， 轻集料混凝土的脆性突出、 工作性能难于调控 以及强度相对较低等问题制约了轻集料混凝土在结 构工程中的应用。因此， 对轻集料混凝土增韧技术 展开深入和系统的研究无疑具有重要的科学意义与 工程应用价值。 聚合物增韧技术 水泥基材料固有脆性的缺点， 而有机高分子材 料则固有弹韧性好的优点， 因此通过有机无机复合 改善水泥基材料的脆性是一个重要的技术途径 。 等通过在水泥基材料中添加水溶性聚合物， 采 用挤压、 热压等特殊制备工艺制备出了弹性近似弹 簧的水泥材料， 在国际上引起了轰动， 该成果带动了 国际上一批建筑材料研究者进行相同领域的研究， 并取得了许多重要成果。如胡曙光、 等在 水泥、 材料等方面的研究成果引起国际同 行的广泛关注。日本的 教授等在聚合物混 凝土方面也开展了卓有成效的研究， 他提出了聚合 物混凝土的微观结构模型是用于指导聚合物改性混 凝土材料设计的经典模型之一。 然而， 聚合物材料改性轻集料混凝土的研究报 道还十分少， 这与国际上轻集料混凝土应用于结构， 特别是主体结构如建筑立柱、 大型预应力梁方面的 应用还比较少， 相应轻集料混凝土脆性问题未引起 足够注意有关。国内一些单位对于轻集料混凝土的 研究主要偏重于应用技术开发研究， 对轻集料混凝 土的增韧改性技术研究还不多， 未见聚合物增韧改 性高强轻集料混凝土研究报道。 一般认为聚合物的掺入可改善普通混凝土的工 作性和韧性， 所存在的问题主要是聚合物混凝土的 长期耐候性， 其本质在于聚合物的耐候性不良。通 过优选水泥与水溶性聚合物， 在特定条件下水泥水 化产物与聚合物可发生相互反应， 并提高材料的基 本性能， 但通常情况下， 聚合物是难以与水泥发生化 学反应的。正因为如此， 聚合物在混凝土中以聚合 物形态存在， 是其长期耐候性、 耐水性不良的根本原 因。 本文选取改性聚乙烯醇类聚合物乳液（ ） 为聚合物， 对聚合物改性轻集料混凝土的制备、 组 成、 微观结构与性能进行研究， 试图探讨聚合物对轻 集料混凝土的增强增韧效果及作用机理。 原材料及实验试块制备 本实验聚合物采用改性聚乙烯醇类聚合物乳液 （ ） ， 液固含量为 ， 由于聚合物乳液的加入 会增大混凝土的含气量， 采用有机硅类消泡剂 在混凝土搅拌过程中缓慢加入， 聚合物轻集料 混凝土的制备按图 所示工艺流程进行， 混凝土浇 筑成型后， 先标准养护 ， 然后在温度 、 湿度 条件下养护至规定龄期。 图 聚合物轻集料混凝土的制备工艺流程 聚合物乳液的增韧效果 对混凝土基本力学性能的改善， 降低混凝土的 脆性， 提高其韧性， 要借助于向混凝土中掺加聚合 物， 以增加轻集料混凝土的韧性。选择高强轻质混 凝土配合比见表 。 表 高强轻质混凝土配合比（ ） 水泥粉煤灰河砂碎石轻集料水减水剂 实验高强轻质混凝土试块（ ） 乳液掺量分 别取 、 、 和 ， 配合比中通过控制减 水剂掺量以调控混凝土的工作性， 保持坍落度在 ， 实验结果见表 。 表 聚合物改性轻集料混凝土的实验结果 编号 抗压强度 （ ） 抗弯强度 （ ） 折压比 由表 可以看出， 随着 乳液掺量的增大， 轻质混凝土的抗压强度略有增加， 但增加趋势不明 显， 抗弯强度提高则十分显著， 特别是当 乳液 掺量达到 时， 混凝土的抗弯强度达到最高值 。 随着 乳液的掺入， 轻质混凝土的结构得 以改善。在新拌混凝土搅拌过程中， 聚合物乳液颗 粒会均匀地分散在轻质混凝土体系中， 聚合物乳液 本身是一种表面活性剂， 可围绕水泥颗粒作定向排 列， 使颗粒分散， 起到一定的减水作用， 使轻集料混 凝土工作性能得以提高。同时， 聚合物乳液的润湿、 增粘作用改善了混凝土的塑性粘度， 可有效减少轻 集料在流态混凝土中的上浮， 提高轻集料混凝土的 匀质性。随着水泥的水化， 体系中的水分不断减少， 乳液中的聚合物颗粒会相互融合连接在一起， 聚合 物在水泥混凝土中形成结构。由此可以得出， 这一 结构形成过程分为三个阶段： 聚合物乳液颗粒的均 匀分散阶段、 聚合物颗粒填充水泥浆体孔隙阶段、 聚 合物颗粒完全融化在一起形成聚合物网络结构阶 段。 试件的集料水泥石界面分析 未掺改性聚乙烯醇类聚合物 乳液的 号 混凝土试件和 乳液掺量为 的 号混凝土 试件的界面过渡区和水泥石结构 照片如图 所示。 图 未掺与已掺 乳液混凝土试件 集料水泥石界面 从图 中可以看出， 与未掺聚合物的相比， 掺加 聚合物的界面过渡区结果更为密实， 没有明显的孔 隙， 聚合物乳液颗粒填充了界面中的孔隙， 并在混凝 土中形成连续相， 分散在水泥石和界面区中， 类似水 泥凝胶， 使水泥石与集料结合紧密。实际上， 聚合物 在轻质混凝土中的作用主要有两方面： ） 强化轻集料。聚合物能够填充轻集料表面 的微裂缝或缺陷， 硬化形成的网络结构， 提高轻集料 强度， 阻止裂纹扩展。 ） 改善界面过渡区。硬化形成的网络结构降 低了原有界面的刚性， 柔性增加， 破坏过程中能吸收 更多的能量， 使轻质混凝土的脆性得以降低。该结 构比较均匀， 水泥石与轻集料的粘结强度得以提高， 抑制了裂缝的形成， 受力时， 聚合物形成的网络结构 能够连续传递力， 降低应力集中， 即便产生裂缝时， 聚合物也能跨越裂纹并抑制裂缝扩展， 使得聚合物 混凝土比未掺聚合物的轻质混凝土具有更高的折压 比。 结论 ） 随着 乳液掺量的增大， 轻质混凝土的 （ 下转第 页） 朱： 聚乙烯醇类聚合物乳液用于轻质高强混凝土增韧效果实验研究 即 （ 地段， 形状， 梯形） （ 地段， 形状 ， 等腰三 角形）?（ 地段， 形状 ， 直角三角形） ? 。 图 美国国家美术馆东馆 ， 结语 可拓建筑设计创新用基元模型去表示创新的基 核 创新元， 并以创新元为逻辑细胞对创新的思 维过程进行形式化推导， 创新过程中涉及的资源、 环 境、 目标、 对象、 问题都是以创新元的形式表达的， 创 新推理过程中所获得的关键性启发信息蕴含在创新 元之中； 对创新元的选择和变换是实现创新的核心 环节， 通过对创新元的一系列可拓分析和可拓变换 生成解决问题的多个策略； 创新元的形式化模型表 达方式为计算机辅助设计创新、 为人工智能模拟人 的创新思维过程奠定了基础。总之， 创新元是可拓 建筑设计创新的灵魂， 是实现创新的起点和基础。 （ 注： 本文修改自作者王科奇的博士学位论文 可拓建筑设计创新理论与方法研究 ， 哈尔滨工业 大学， 年 月， 导师： 邹广天教授。 ） 参 考 文 献： 杨春燕， 蔡文 可拓工程 北京： 科学出版社， ： 清 阮元校刻 十三经注疏： 上 北京： 中华书局出版， ： ， ， ， ： ， ： 邹广天 建筑设计创新与可拓思维模式 哈尔滨工业大学 学报， （ ） ： 蔡文， 杨春燕， 何斌 可拓逻辑初步 北京： 科学出版 社， 杨春燕， 张拥军 可拓策划 北京： 科学出版社， 櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏 （ 上接第 页） 抗压强度略有增加， 但增加趋势不明显， 抗弯强度提 高则十分显著。 ） 随着集合物 乳液的掺入， 轻质混凝土 的结构得以改善。改善过程可分为三个阶段： 聚合 物乳液颗粒的均匀分散阶段、 聚合物颗粒填充水泥 浆体孔隙阶段、 聚合物颗粒完全融化在一起形成聚 合物网络结构阶段。 ） 聚合物 乳液能够填充轻集料表面的微 裂缝或缺陷， 硬化形成的网络结构， 提高轻集料强 度， 阻止裂纹扩展。 ） 聚合物 乳液能够改善轻质高强混凝土 集料水泥石界面过渡区， 硬化形成的网络结构降 低了原有界面的刚性， 柔性增加， 破坏过程中能吸收 更多的能量， 使轻质混凝土的脆性得以降低。 参 考 文 献： ， ， ， （ ） ： ， ， ， ， （ ） ： 胡曙光， 田耀刚 轻集料对高强次轻混凝土物理力学性能的影 响 混凝土与水泥制品， （ ） ： 邹定华 次轻混凝土匀质性影响因素研究 混凝土， （ ） ： 王发洲 高性能轻集料混凝土研究及其应用 武汉： 武汉 理工大学出版社， 四川建筑科学研究第 卷