新聚合物水泥混凝土防水机理研究.doc

聚合物水泥混凝土防水机理及应用探究
程伟，刘杰胜*
土木工程与建筑学院 武汉工业学院 430023
摘要：混凝土是建筑业的重要材料，随着当代科学技术的发展，混凝土的不足得到了广泛的关注。本文主要阐述了混凝土在外掺高分子等聚合物时，得到的聚合物水泥混凝土的作用机理和高防水性能,并展望其发展前景。
关键词：聚合物；混凝土；防水；机理

Polymer cement concrete waterproof mechanism and application explore

Abstract: Concrete is an important material in construction. The shortage of the concrete received extensive attention by the development of modern scientific technology. This article mainly expounds while the concrete content are added polymer and then come out the Polymer cement concrete｀s mechanism and high waterproof performance As well as to forecasts the development of it in the feature.

Keywords: Polymer； Concrete； Waterproof； Mechanism

1 前言：
普通混凝土是一种非均质多相材料，其内部存在贯通整个空间的微细孔隙[1]，因而其防水功能通常比较弱，满足不了建筑业发展的需要。因此，开展混凝土防水性能方面的研究具有非常现实的意义。
聚合物改性水泥混凝土是近年来研究的一个热点，经过许多工程的大量使用，表明：聚合物改性水泥混凝土集承重、围护和防水等功能于一体，具有应用效果理想、价格低使用方便安全等优质性能，还可以满足一定的耐久性，适合建筑业发展的现状，具有广阔的应用市场[2]。本文主要就新型聚合物改性水泥混凝土在防水应用方面的作用机理以及实际工程中常用到的几类聚合物材料对混凝土进行改性后的防水效果两方面进行论述。
2、防水机理
聚合物水泥混凝土的防水机理主要表现在聚合物材料对混凝土微结构的改善效果。其反应过程较复杂，但整个过程中，体系结构在不断的进行物理与化学反应，使新体系结构变得更加致密，抗渗水性能更加良好。其主要过程如下：
聚合物均匀的分散在水泥混凝土体系中，两体系形成连续结构，且相互交织缠绕。随着水泥进一步的水化，聚合物的活性基与水泥水化的Ca2+发生化学反应，且聚合物中的水分被水化的水泥全部吸收，聚合物间相互靠拢聚合成一个整体，在整个混凝土空间体系内形成连续的网状结构。对于这种结构，Ohama给出其形成的过程模型，即著名的Ohama模型[3-4]：
当聚合物掺入水泥混凝土中后，聚合物均匀分布在水泥浆体中，形成聚合物水泥浆体。整个体系中，随着水泥不断水化，其凝胶逐渐形成，且液相中的Ca(OH)2达到饱和状态，聚合物沉积在水泥凝胶和未水化水泥颗粒表面，过程类似液相中的Ca(OH)2和材料表面的硅酸盐反应形成硅酸钙层。随着硅酸钙层结构的不断形成，体系中的水分不断减少，聚合物逐渐渗入毛细孔中。伴随着水化过程的进一步进行，聚合物絮凝在一起，在水泥凝胶和还未水化水泥表面形成聚合物密封层，同时粘结于密封层表面和骨料表面上。因此，混合物中的较大孔隙被有粘结性的聚合物所填充。新体系的结构逐渐形成，其致密度大大的增强，抗渗水性能不断改善，防水效果更加明显。在不断进行的水化过程中，凝聚在一起的聚合物之间的水分逐渐被水化结构的化学结合水全部吸收，最终聚合物凝结在一起形成空间网状结构。该网状结构将水泥水化物连结在一起，使聚合物和水泥交织缠绕，从而改变水泥的基本结构形态。新体系的孔隙致密性程度，空间网状结构的牢固性以及材料之间粘连强度性都得到更大的提升，使材料在应用中的抗渗、防水效果更加明显。
当水泥浆体和混凝土结构得到了改善，聚合物水泥混凝土与水的不断拌合会使部分聚合物分子中的活性基团与水泥水化产物中的Al3+等离子产生反应，形成特殊的桥键作用[5]，这不仅能改善水泥硬化浆体的微结构，缓解其内部应力，还可减少微裂纹的产生，从而增强了聚合物水泥混凝土的致密性，使材料的抗渗性、防水性得到了新的提升。
3、应用
在聚合物水泥混凝土中，聚合物本身的性能虽对混凝土的许多特性起到一定作用，但最主要还是聚合物的掺入导致混凝土结构的变化，从而影响到混凝土的性能[6]。下面介绍工程上几种常用的聚合物水泥混凝土材料以及其特殊性能。
3.1 EVA聚合物水泥混凝土
EVA高分子乳液是一种具有优良粘结性，又有一定耐水性、价格便宜的乳液，通过加入不同助剂对水泥砂浆进行改性十分适宜[7]。其分子链上的极性基团，对水有一定的吸附作用，部分聚合物分子不断的遇水膨胀，在适度的溶胀下，可使水泥孔隙中的聚合物体积增大，进一步完全堵塞整个孔隙，故阻止了水的进一步渗透，赋予了该材料优良的防水、抗渗性能。
3.2 PPOYA-B高分子聚合物水泥混凝土
PPOYA-B聚合物是一种不自然、不易燃、无毒、无爆炸危险、略带刺激性气味、易溶于水的乳白色胶液[8]。它以丙烯酸-醋酸乙烯为主剂，含有特殊的表面活性物质、稳定剂和少量交联剂。该聚合物与水泥的作用是相当复杂，其桥键的效果最明显：聚合物分子中的活性基团与水泥水化过程中的游离Ca2+、Al3+、Fe3+等离子进行交联，产生桥键，使水泥结构在颗粒的化学吸附下变得更加致密，强度也进一步加强，防水效果更加明显。
3.3 二羟甲基脲聚合物水泥混凝土
该聚合物是由尿素与甲醛在碱性条件下反应而成，具有良好的水溶性[9]。一般二羟基脲在水泥砂浆或砼中的掺量为固体，用量为水泥的5%。根据实验得下表：
表1 聚合物水泥砂浆和混凝土的抗渗性实验结果
配合比
水灰比
二羟甲基脲掺量(%)
龄期(天)
抗渗压力(MPa)
渗透 高度 (mm)
1:3
0.55
5
28
1.5
12
1:3
0.55
0
28
P4
—
1:2.14:4
0.50
5
28
2.6
50
1:2.14:4
0.50
0
28
P12
—
备注：P4、P12为混凝土的抗渗等级，相应表示能抵抗0.4Mpa、1.2Mpa的静水压力而不渗水。
由表可见，配合比为1:3的聚合物水泥砂浆在1.5MPa水压下不渗水，聚合物砼在2.6MPa水压下不渗水，与不掺聚合物的砂浆和砼相比，抗渗性大大提高。这是由于二羟基脲在水泥硬化过程中，也产生交联固化，它不仅与水泥界面进行吸附和粘结，而且堵塞了毛细管道，提高了砂浆和砼的抗渗性。
3.4 聚合物乳液S400改性超细水泥混凝土(PMSC)
抗渗性指材料抵抗各种有害介质进入内部的能力，是评价耐久性的重要指标之一。渗透性可间接反映硬化水泥砂浆界面的孔隙率和孔径分布，与水泥石物理力学性质密切有关[10]。该聚合物颗粒很小，可以填充水泥浆体的孔隙，改善了材料的结构和组成，提高了密实度，阻碍了水分的吸附及渗透，从而提高了抗渗性。
4、展望
随着科学技术的发展，社会对聚合物水泥混凝土材料的需求量越来越大，要求越来越高。我国在这方面的发展虽然有了相当的进步，但还是远远不能满足自身经济建设的需要[11]。而日本、美国、德国等工业发达国家不仅在该领域做出了大量的研究工作，且进一步在对新型材料领域进行探究。所以要全面提高我国在该领域的产品质量及种类，不断配合相关部门的管理、研究和生产，使聚合物水泥混凝土材料得到进一步的应用和发展。

参考文献：
[1] 吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中国铁道出版社，1999.
[2] 沈春林，苏立荣.刚性防水及堵漏材料[M].北京：化学工业出版社，2004.
[3] 王延生，段应中.聚合物防裂防水混凝土[J].商品混凝土.2005(3):59-62.
[4] Ohama Y. Polymer – based admixtures Cement and concrete composites.1998， 20:189-212.
[5] 贺行洋，刘月亮，曾三海，苏英.防水混凝土设计原则及配置技术途径[J].新型建筑材料.2008,9:59-61.
[6] 熊剑平，申爱琴.聚合物水泥混凝土改性机理研究[J].郑州大学学报(工学版).2006，3：15-20.
[7] 刘锦颖，张彤.EVA聚合物水泥防水材料在电力隧道中的应用[J].化学建材.1998,1，：38-39.
[8] 邹小平，谢菊娘，熊厚金，王根彬.PPOYA-B聚合物水泥(砂质)混凝土[J].中国建材.1991,,4：26-30.
[9] 周贤康.聚合物水泥混凝土在刚性防水屋面中的应用[J].混凝土与水泥制品.1988,(5):43-46.
[10] 申爱琴，朱建辉，王晓飞，钟建超，付琴.聚合物改性超细水泥修补混凝土结构物微裂缝的性能及机理[J].中国公路学报.2006,(7)：46-58.
[11] 孙炎，徐晓蕾，钱玉林.我国混凝土聚合物复合材料的研究现状及发展[J].建筑技术.2007,(1)：12-14.

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