（材料学专业论文）模网混凝土聚合物改性砂浆保护层性能研究.pdf

同等学力申请硕士学位论文模网混凝士聚告物改性砂浆保护层性能研究 摘要 本文主要对模网混凝土聚合物改性水泥砂浆保护层的性能进行研究，着重探讨了与 耐久性密切相关的抗裂性能和抗渗性能。利用材料复合的原理在普通砂浆中掺入丁苯胶 乳形成聚合物改性水泥砂浆代替传统的普通水泥砂浆作为模网混凝土的表面保护层，以 改善面层砂浆的抗裂性、抗渗性、柔韧性，提高其与模网混凝土的协调变形能力，从而 保护内部钢模网不受锈蚀并最终提高模网混凝土的耐久性。 在改善砂浆抗裂性、提高柔韧性和协调变形能力方面，进行了不同聚合物掺量的强 度试验、弹性模量试验；设计了与模网混凝土实际结构和情况相接近的新老砂浆粘结强 度试验、砂浆与苯板的粘结试验以及混凝土环中的砂浆收缩试验；进行了不同强度、不 同聚合物掺量下的砂浆干缩变形试验、温度变形试验，以及不同结构形式的钢网自身温 度变形试验和配有钢网的砂浆温度变形试验。 在改进砂浆的密实度和抗渗性能方面，主要进行了不同聚合物掺量下的吸水性试 验、可透孔隙率试验、耐老化性试验、抗冻性试验、抗碳化试验，以及对耐久性能影响 最大的快速氯离子扩散试验，并和普通砂浆的相应试验进行了对比分析，验证了聚合物 砂浆的改性效果。 在上述试验基础上，从微观角度对改性前后的水泥砂浆进行扫描电镜分析，结合砂 浆微观结构，深入分析聚合物改性水泥砂浆的改性机理。经过试验研究和微观理论分析 后，得出改性砂浆中聚合物的最佳掺量为9 的结论。最后考虑经济因素，对改性砂浆 的拌和工艺和工程造价进行了探讨，使其在聚合物掺量较低的情况下获得优良的性能， 对推广其工程应用具有很大的经济意义。 关键词： 模网混凝土；聚合物改性水泥砂浆；抗裂性；抗渗性；协调变形 堕堇兰垄! 堕翌主兰堡垒壅 垡塑墨塑圭塞鱼垫堕竺兰整堡芏墨竺生丝窒 a b s t r a c t i nt h i sp a p e rt h ep r o p e r t i e so ft h ep o l y m e rm o d i f i e dc e m e n tm o r t a ra r es t u d i e do fd i d y f o r m w o r kc o n c r e t es u r f a c ec o a t e dl a y e rf o rp r o t e c t i o n t h ee m p h a s i si sf o c u s e do nt h e p e r m e a b i l i t ya n dc r a c k i n g p r o o ff e a t a r e u s et h ep r i n c i p l eo f m a t e r i a lc o m p l e x ，c a r b o x y l i c s t y r e n e b u t a d i e n e r u b b e rl a t e xa d d e dt ot h eo r d i n a r ym o r t a rf o r m sp m mw h i c ht a k e st h e p l a c eo f t h ec o n v e n t i o n a lm o r t a ra st h es u r f a c ec o a t e d i tc a l li m p r o v et h ec r a c k i n g - p r o o f f e a t u r e ，p e r m e a b i l i t y , f l e x i b i l i t y , a s w e l la st h ec o m p a t i b i l i t yw i t hf o r m w o r kc o n c r e t e ，t o p r o t e c tt h ef o r m w o r kf r o m c o r r o s i o na n df i n a l l yt oe n h a n c et h ed u r a b i l i t yo ff o r m w o r k c o n c r e t e i nt h ea s p e c to f i m p r o v i n gt h ec r a c k i n gf e a t u r e ，c o m p a t i b i l i t ya n df l e x i b i l i t y , t h ea u t h o r h a sd o n ee x p e r i m e n t s ，i n c l u d i n gs t r e n g t h ，m o d u l u so fe l a s t i c i t ye x p e r i m e n t s ，a n dd e s i g ns o m e e x p e r i m e n t ss i m i l a rt ot h ep r a c t i c a ls t r u c t u r ea n dc i r c u m s t a n c ei n c l u d i n ga d h e s i o ns t r e n g t h b e t w e e nf r e s hm o r t a r sa n do l do n e s ，b e t w e e nm o r t a ra n dp o l y s t y r e n eb o a r d ，m o r t a rs h r i n k a g e i nc o n c r e t ec i r c l e ，m o r t a rs h r i n k a g ea td i f f e r e n ts t r e n g t ha n dd i f f e r e n tp o l y m e r - c e m e mr a t i o ， a n dt e m p e r a t u r ed e f o r m a b i l i t ya td i f f e r e n ts t r e n g t ha n dd i f f e r e n tp o l y m e r - c e m e n tr a t i oo n m o r t a r s ，o nd i f f e r e n tt y p eo f f o r m w o r k a n do nm o r t a r sw i t hd i f f e r e n tt y p eo f f o r m w o r k i nt h ea s p e c to f m o r t a rp e r m e a b i l i t yt h ea u t h o rh a sd o n es o m ee x p e r i m e n t s ，i n c l u d i n gt h e w a t e r a b s o r p t i o n ，p o r o s i t y , w e a t h e r a b i l i t y , a n t i f r e e z e t h a wc y c l e ，c a r b o n a t i o n a n dt h e c h l o r i d ed i f f u s i o ne x p e r i m e n t ，a n dc o m p a r e dt h o s ep r o p e r t i e sw i t hc o n v e n t i o n a lm o r t a rt o t e s t i f yt h em o d i f i e de f f e c t s o nt h eb a s eo ft h e s ee x p e r i m e n t s ，t h em e t h o do fs e mw a su s e dt o a n a l y z e t h e m i c r o s t r u c t u r ea n dh y d r a t i o nm e c h a n i s mo f p o l y m e r m o d i f i e dc e m e n tm o r t a r , a n dt h ea u t h o r d r a w sac o n c l u s i o nt h a tt h e9p e r c e n to fp o l y m e r c e m e n tr a t i oi st h eo p t i m u mr a t i o f i n a l l y , m a k ea l l o w a n c ef o re c o n o m i cf a c t o r s ，t h em i x t u r et e c h n i q u ea n de n g i n e e r i n gc o s ta r e d i s c u s s e d t h ep m mc a nb eg a i n e db e t t e rp r o p e r t i e sa tal o wp o l y m e r - c e m e n tr a t i o ，w h i c h h a v ea g r e a te c o n o m i cs i g n i f i c a n c et oe n l a r g e i t se n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n k e y w o r d ：f o r m w o r kc o n c r e t e ；p a l y m e w m o d i f i e dc e m e n tm o r t a r ；c r a c k i n g - p r o o f f e a t u r e ； p e r m e a b i l i t y ；c o m p a t i b i l i t y 同等学力申请硕士学位论文模网混凝土聚合物改性砂浆保护层性能研究 第一章绪论 卜1引言 我国的墙体材料的发展一直朝着低成本、节能、环保、减少污染和施工简便的原则， 来探求新型的墙体材料。模网混凝土是一种新型墙体材料，它是由建筑模网内浇混凝土 所构成的混凝土剪力墙结构。建筑模网技术是由法国杜朗夫妇发明，并获国际专利，1 9 9 7 年从法国引进我国，由大连理工大学王立久教授首次提出并经试验验证建筑模网具有特 殊的模网效应主要包括渗滤效应、消除容器效应、增韧效应和限裂效应。经过工程实践 和大量试验表明，这一独特结构表现出特有的性质【l 捌进而使这一技术具有施工方便快 捷、施工时混凝土兔振捣、自流平、自密实浇注，实现大掺量粉煤灰、抗震性好、建筑 节能优异等优点，因而模网混凝土是一种新型环保节能建筑材料【”。 模网混凝土应用范围十分广泛，适合于各种结构体系的工业建筑和民用住宅的内外 墙体、楼梯及屋盖等，也可用于水工建筑物、构造物，如水池的侧壁、顶底板，堤坝， 堰涵及市政建筑的桥梁、涵洞、路面工程，基础工程，同时也可灵活多样地与其它砌体 或混凝土墙体组合使用。建筑模网混凝土可分为承重一般模网混凝土、承重保温模网混 凝土和非承重保温模网混凝土。在模网构件的- - 懊r j 放置保温苯板，即可形成一次性现浇 成型保温承重复合墙体和非承重墙体。 建筑模网是由两片固定于加劲肋的钢板网( 蛇皮网) 用沿加筋肋对称或交错分布的 折钩拉筋连接而成的空间网架结构，是一种免拆模滤过性模板。钢板网由蛇皮网孔和v 形肋构成。模网是由钢板网、加劲肋和折钩拉筋组成，文中统称为钢网，它们的组合方 式如图1 1 所示。 模网混凝土外侧需涂覆水泥砂浆，施工时先将水泥砂浆喷涂在模网的外侧，然后用 水泥砂浆抹面，要求模网混凝土墙体钢板网外抹灰厚度不小于2 0 m m ，这层水泥砂浆起 到装饰和保护模网混凝土的作用。但是，由于普通水泥砂浆本身用水量多、水泥相对用 量大，砂浆失水产生体积收缩后形成大量的微裂纹，而且面层水泥砂浆用水量多也将导 致砂浆内的孔隙率增大，且与外界连通的孔隙增多、抗渗性差，有害介质极易透过面层 砂浆渗透到模网混凝土中去，导致钢网锈蚀，给工程造成许多危害 7 】。在模网混凝土 的实际使用中，发现钢板网外侧涂覆的水泥砂浆层出现开裂现象。抹面砂浆开裂不仅影 响模网混凝土的外观质量，而且砂浆开裂后，有害介质会通过裂缝渗入到砂浆里面去， 引起钢板网的锈蚀，并导致环绕加劲肋处的折钩拉筋“锈断”。对于保温模网混凝土， 在苯板内侧出现结露现象，加剧了折钩拉筋的锈断。一般认为，模网混凝土属于钢筋混 凝土，模网中的钢板网、加劲肋和折钩拉筋在混凝土中起钢筋作用，钢网的锈蚀将会严 重破坏模网混凝土的整体结构从而限制了模网混凝土的应用，而且模网混凝土本身构造 特殊，即钢板网、加劲筋、折钩拉筋相互交错、结构复杂，更容易发生锈蚀现象，尤其 是当模网混凝土的面层水泥砂浆开裂的时候，腐蚀性的介质渗透到模网混凝土内部，导 同等学力申请硕士学位论文 模网混凝土聚合物改性砂浆保护层性能研究 致面层砂浆沿着锈蚀的钢板网形成裂缝或剥落，最终模网混凝土结构丧失其应有的承载 能力。 a 一般模网构造图 p 至坳声日 啦，扭钩撞筋自受螺钉 b 保温模网构造图 图i - i建筑模网基本构造 f i g i i s t r u c t u r eo f c o n s t r a c f i o nf o r m w o r k 因此，改善模网混凝土面层水泥砂浆的性能，降低脆性、提高韧性和变形能力，提 高密实度和抗渗性能，是扩大其应用领域亟待解决的课题。 本文将从材料复合的角度出发，通过在普通水泥砂浆中加入聚合物形成聚合物改 性水泥砂浆( p o l y m e r m o d i f i e dm o r t a r , p m m ) ，取代普通水泥砂浆作为模网混凝土的保 护层，降低面层砂浆的脆性、提高柔韧性及其与模网混凝土基底协调变形能力，解决面 层砂浆开裂的问题。同时提高密实度和抗渗性能，防止钢网锈蚀，改善模网混凝土的耐 久性能。论文以此为基础进行一系列试验研究和理论分析工作。 i - 2 论文的背景、研究现状和意义 1 2 i 论文的研究背景 模网混凝土中的锈蚀现象主要发生在靠近面层砂浆的钢板网处，而且已经成为制约 模网混凝土应用的主要原因。一些腐蚀防护专家认为，水泥基材料中的一些缺陷如裂缝、 “砂窝”等，是促进离子渗透的一个重要因素，在某些情况下会阻碍钢筋处于惰性状态。 尤其是在氯化物的作用下，即使钢筋处于碱性环境中仍有可能被腐蚀。模网混凝土面层 砂浆的裂缝会加速碳化作用的进程，同时裂缝会加速钢筋由惰性转为活性状态。由于钢 筋锈蚀体积的膨胀，远大于腐蚀掉的钢筋的体积，约增大2 4 倍，产生的张应力可高达 3 2 m p a 8 9 ，l0 ，”】，使裂缝进一步扩大，腐蚀性的组分通过产生的裂缝进一步渗入进去， 2 同等学力申请硕士学位论文模网混凝土聚合物改性砂浆保护层性能研究 加剧钢板网的锈蚀程度。因此，提高模网混凝土面层砂浆的抗渗性，以限制环境中有害 介质渗透到砂浆中去，是预防钢板网锈蚀的重要因素。 目前，钢筋混凝土结构的过早破坏是全世界普遍关注并日益突出的一大灾害，钢筋 在混凝土中发生腐蚀是导致钢筋混凝土结构提前失效的一个最主要原因 1 2 , 1 3 , 1 4 。在1 9 9 1 年召开的第二届混凝土耐久性国际学术会议上【1 ”，p k u r n a rm e h t a 教授指出，当今世界 引起钢筋混凝土结构破坏最重要原因就是钢筋腐蚀。由于水、土壤、大气的污染加剧， 对当今日益严重的钢筋锈蚀问题也有加速作用。我国哈尔滨一大庆公路，在建成5 年后， 混凝土就出现异常严重的顺筋胀裂、剥落和层裂。北京、天津的许多立交桥，虽然使用 时间还不长，冷天撒化冰盐也没有美国北方那么频繁，但近年来也暴露出严重的钢筋腐 蚀破坏，有的需要投资巨大进行维修，而长期效果却并不理想。大量出现的因钢筋腐蚀 促使混凝土结构提前失效和造成的巨大经济损失，引起世界各国政府、工程界和科学家 的极大关注 1 6 , 1 7 , 1 8 , 1 9 , 2 0 , 2 1 。 对于钢筋腐蚀反应及其影响因素人们已经做了广泛的研究 13 ，“，2 吐2 2 。，影响钢筋腐 蚀过程的因素较多，可分为自身因素和环境因素。前者与工程设计、施工质量有关，实 际上，混凝土本身是具有高碱性的，如果选用适合于具体环境的正常材料，正确设计施 工，使混凝土保护层具有足够厚度、密实结构，并在使用中注意防止裂缝扩张，基本可 以保证钢筋长期完好而不会腐蚀。后者与环境和人为使用维护有关。国内外大量事实表 明，引起钢筋腐蚀的主要环境因素是氯盐，其次是碳化作用【2 ”。无论是国内还是国外， 碳化作用、特别是氯化物污染引起的钢筋腐蚀破坏，是严重威胁钢筋混凝土结构耐久性 的最主要、最普遍的病害。它造成的直接、间接的损失之大，远远超出人们的意料。 目前解决钢筋锈蚀问题的常规方法主要包括以下几个方面：在构件表面加保护层， 以提高混凝土表层的抗渗性；采用耐腐蚀的配筋或具有耐腐蚀覆盖层的钢筋即特种钢 筋，如环氧涂层钢筋、耐腐蚀钢筋、不锈钢筋、镀锌钢筋等；加入钢筋阻锈剂；电化学 保护。 总之，钢筋锈蚀处理和修复的技术和材料，目前已有许多种，且各有特点和局限性。 其中专用于钢筋锈蚀修补的钝化型聚合物改性砂浆在技术和经济综合效能方面有其优 越性【2 ”。模网混凝土中的钢网结构复杂、交叉的部位较多，弯曲的钢筋在这些部位存在 很大的应力，不易采用对钢网表面进行涂层处理的方法。模网混凝土使用的是镀锌钢筋， 即在钢筋的表面沉积上一层锌作为牺牲阳极，但在使用过程中锌被不断的消耗，防止腐 蚀的效率因氯离子和其它有害离子存在的能力下降，而且在运输和施工过程中极有可能 导致膜层脱落，这些都有可能将成为钢网锈蚀的重要原因。另外，模网混凝土面层砂浆 的高渗透性是钢网锈蚀的另一重要原因。 为提高模网混凝土面层砂浆的密实度和抗渗性、降低脆性，可以从以下两方面考虑： 一方面是从水泥基材料自身出发，这方面许多研究者已经作过大量的工作，如调整水泥 及水化产物相的组分和比例；提高水泥水化产物的聚合度：分级改善水泥石和骨料之间 的界面结合强度等。水泥凝胶体最基本的结构单元是硅氧四面体，无论是硅氧四面体本 身还是它们之间，硅和氧都是共价键结合，而钙等离子与硅氧四面体多以离子键结合。 硬化水泥浆体的断裂，必须克服共价键和离子键，而共价键和离子键的断裂需要很高的 能量。同时共价键、离子键在断裂时几乎不产生任何变形，宏观上表现为材料的强度高、 延伸率小、脆性大。这说明水泥基材料从其本身所选用的原材料上就决定了水泥基材料 同等学力申请硕士学位论文模网混凝土聚合物政性砂浆堤塑墨。些堂堡窒 的断裂脆性要比金属和高分子材料大得多，而且硅酸盐材料本身的多孔性使得硅酸盐水 泥砂浆本身难以耐久，因而自身范围内的组分调整等改善措施不会引起宏观性能上较大 的变化。另一方面，改善水泥基材料性能可以通过材料复合的办法解决。在水泥基材料 中加入聚合物对其改性，可以通过一定的工艺在水泥凝胶体中引入聚合物相，增加柔性 键的成分，形成聚合物一水泥凝胶复合体。 聚合物的大分子链结构以及大分子中的链节或链段的自旋性，决定了它具有与无机 非金属材料不同的性质一弹性和塑性【2 9 】。所以在水泥混凝土中加入聚合物，利用有机高 分子聚合物分子链长的这一结构特点以及大分子中链节或链段的不停地自旋转动，使之 具有弹塑性的性质。将聚合物引入水泥砂浆中，改变了原来水泥石的结构和性质：当水 泥砂浆水化时，胶乳失水胶凝，在胶乳水泥砂浆内形成均匀的连续的聚合物膜层。这样， 在水泥水化产物的刚性空间骨架中聚集了聚合物，使刚性无机物之间被坚固的、有弹性 的和有粘附性的有机聚合物膜层所铰结。其中的聚合物可承受变形，降低水泥内应力， 减少产生裂缝的可能性，限制了裂缝的蔓延，并起密封作用。与普通水泥掺和料相比， 它的透水性小，强韧而略有弹性，耐反复冲击，不易剥落和崩裂。而且聚合物水泥砂浆 对新老混凝土连接，防止钢筋锈蚀和降低渗透等效果相当显著口。 本文将从材料复合的角度出发，并结合模网混凝土的自身特点，在模网混凝土的表 面使用聚合物改性水泥砂浆代替传统水泥砂浆作保护层，隔离有害介质，达到保护模网 混凝土中钢网不受锈蚀的目的，而且聚合物水泥砂浆涂层与混凝土寿命相当，与其它涂 层相比在保持模网混凝土长期耐久性上有着优越性。而且聚合物改性水泥砂浆( p o l y m e r m o d i f i e dm o r t a r , p m m ) 作为模网混凝土的保护层，可降低面层砂浆的脆性、提高柔韧 性及其与模网混凝土基底协调变形能力，解决面层砂浆开裂的问题。 i 2 2 论文的研究现状及意义 聚合物改性水泥砂浆( p o l y m e r m o d i f i e dm o r t a r , p m m ) 是将高分子聚合物分散体作 为水泥砂浆的改性材料，其领域是介于高分子聚合物科学、无机胶结材料化学及水泥混 凝土工艺学之间的交叉科学。这门学科经过了基础理论及实用性试验研究，已发展成为 一门独立的聚合物水泥科学。 在建筑中使用天然聚合物已有着悠久的历史，在我国古代就有用糯米汁及榆树叶拌 石灰砌城墙的历史。世界上，1 9 2 3 年克利森( c r e s s o n ) 第一个申请了有关聚合物硬化水泥 体系的专利，在他的专利中把天然橡胶乳液作为填料加在道路路面建筑材料中去。1 9 2 4 年里夫布尔( l e f e b u r e ) 申请了用天然橡胶乳液改性水泥砂浆及水泥混凝土的专利，他 首次提出了用聚合物对水泥砂浆及混凝土进行改性的新概念，具有历史性的意义。1 9 3 2 年，邦德( b a n d ) 第一个提出了用人造橡胶乳液改性水泥砂浆及水泥混凝土，并获得了专 利。随后1 9 3 3 年，罗德威尔( r o d w e l l ) 获得了用合成树脂进行改性的专利。本世纪3 0 4 0 年代之间，人们开始把着眼点从天然聚合物材料转移到人工合成聚合物材料上来 3 l 】。4 0 年代以来，先后有人获得了用合成聚合物乳液进行改性的专利。5 0 年代以后，在这一领 域的研究开始在许多国家展开，并把部分研究成果在实际工程中试用。6 0 7 0 年代以后， 聚合物用于水泥及水泥混凝土的研究得到了发展，开始研究用不同形态的聚合物，如应 用聚合物单体、树脂、聚合物乳液、聚合物粉末等对水泥砂浆及水泥混凝土进行改性。 8 0 年代以来，世界范围对这一领域的研究兴趣与日俱增，研究成果也大量出现，并且研 同等学h 申请硕士学位论文横圈混凝土聚合物改性砂浆保护层性能研究 究的深度也得到加深。不仅是对各种聚合物的改性效果进行了较深入的研究，而且对改 性机理，聚合物与水泥、水化产物之间的作用机理也从理论上进行了较深入的分析研究， 并有大量的科研成果出现p 。“。1 ”j 。 从1 9 6 7 年以来，世界上已举行了多次聚合物应用于水泥混凝土的国际学术会议。 1 9 7 1 年，美国混凝土学会( a c i ) 成立了5 4 8 聚合物混凝土委员会，并从1 9 7 9 年开始 每隔三年左右组织召开一次聚合物混凝土的国际学术讨论会，1 9 9 0 年第六届聚合物混凝 土的国际学术讨论会在我国召开。目前，世界上比较领先的国家有美国、日本、前苏联、 德国等，其它还有法国、意大利、南非、挪威、波兰、瑞典、墨西哥、中国等。其中美 国和f a 本都制定了聚合物应用于水泥混凝土的标准，例如美国a c l 5 4 8 使用聚合物混 凝土的指南，日本j i sa 1 1 7 1 1 1 7 4 、a 6 2 0 3 有关聚合物水泥砂浆实验室试样成型、强 度试验、坍落度试验、容重及孔隙率试验标准及用于水泥砂浆改性的聚合物性质试验标 准。由于化学工业落后，我国直至6 0 - - 7 0 年代才开始研究掺天然胶乳、丁苯胶乳、氯丁 胶乳等的聚合物水泥砂浆的性质，并已在船甲板敷层、外墙喷涂、地下工程的防渗、防 潮及有特殊气密性要求的工程中应用，收到一定效果。目前，常用的聚合物胶乳是丁苯 胶乳和丙烯酸酯胶乳。由于丁苯胶乳价格低，聚合物水泥砂浆主要采用丁苯胶乳作为改 性材料。丙烯酸酯胶乳主要用于着色、耐紫外光的建筑部位。聚合物水泥砂浆对于新老 混凝土的粘结，防止钢筋锈蚀和降低渗透等效果相当显著。 有试验表明口“，在普通水泥砂浆、粉煤灰掺量为3 0 的水泥砂浆、硅灰掺量为1 0 的水泥砂浆、聚合物改性水泥砂浆和树脂砂浆作为混凝土的修复材料时，其中聚合物改 性水泥砂浆的综合性能最好，聚合物改性水泥砂浆的干缩变形小且与混凝土的协调变形 能力强。有文献的显微硬度试验口6 j 表明，许多材料与旧混凝土的粘结界面附近都存在一 个明显的低谷，即薄弱的界面过渡区。其中普通混凝土或砂浆与旧混凝土粘结界面区的 显微硬度的低谷值最低，过渡区域较宽，而掺有聚合物的水泥砂浆与旧混凝土粘结界面 的显微硬度的低谷值最高，而且过渡区域最为狭窄。这些都说明采用聚合物水泥砂浆作 模网混凝土面层的涂覆材料，可以提高水泥砂浆与模网混凝土的粘结强度及其与模网混 凝土的协调变形能力，能够有效地改善原有水泥砂浆面层开裂的问题。 近年来，通过表面处理以减少有害介质的渗透，修复和预防钢筋混凝土结构的破坏 的应用和研究很多h7 “j 。在美国等发达国家，聚合物乳液改性混凝土( l a t e xm o d i f i e d c o n c r e t e ，l m c ) 从1 9 7 8 年起就成为桥面的主要保护系统1 4 ，1 9 9 1 年，美国有1 0 0 0 0 座 桥使用了l m c 保护系统【4 “，同时，l m c 还用于停车厂护面。大量的聚合物乳液改性砂 浆( l a t e xm o d i f i e dm o r t a r , l m m ) 主要用于i b 混凝土结构的修复和保护。在修补和保护 钢筋混凝土方面，聚合物乳液改性砂浆有不可替代的作用。它能与旧混凝土很好的粘结， 并且由于抗渗性好，较小厚度的修补层就可以达到要求。如果使用未改性的混凝土或砂 浆往往需要很厚的修补层，这样就有可能造成结构负荷过重。随着全世界旧混凝土结构 先后进入维修期，全世界对修补用的聚合物乳液改性砂浆的需求越来越大【4 ”。 有文献介绍，涂刷掺水泥重量的1 5 的丁苯乳液改性水泥砂浆覆盖层，可提高抗氯 赫寿命1 0 1 5 年”。特别是白8 0 年代以来，由于丙烯酸乳液和醋酸乙烯共聚( e v a ) 乳液的开发应用，聚合物水泥基材料得到很大的发展。我国的水利部门利用上述乳液对 水库、大坝进行修补的工程耐久性己达1 0 年以上。聚合物水泥砂浆在美国广泛用于板 面修补以防止除冰盐渗入混凝土引起钢筋腐蚀。据1 9 8 0 年的份统计资料，此种材料 同等学力申请硕士学位论文模网混凝土聚合物改性砂浆保护层性能研究 已在美国1 7 个洲8 0 0 多座桥梁面板上铺设。当时最长使用年限已达2 0 多年。根据氯离 子渗透、电位测量、粘结、开裂和防滑性等几个指标评定，认为聚合物水泥砂浆涂层可 以显著减少氯离子的渗入，即使基础混凝土的氯盐含量己超过临界值，由于涂层可切断 水分和氧气的供应，在涂层下面也没有必然继续腐蚀的迹象，而且据推断聚合物水泥砂 浆的寿命至少在3 0 年以上。聚合物改性水泥砂浆将无机材料水泥砂浆和有机材料聚合 物结合到一起，为解决建筑材料诸多领域中的问题提供了新的方法。 本论文研究的意义在于在水泥砂浆中掺入聚合物改善了面层砂浆的柔韧性、密实 度、及其与模网混凝土的协调变形能力，解决了模网混凝土面层砂浆的开裂问题并提高 了模网混凝土的耐久性。 卜3 本文所傲的工作 本论文作为模网混凝土实际工程项目的部分，主要进行的是模网混凝土中聚合物 改性水泥砂浆保护层性能研究。采用聚合物改性水泥砂浆代替传统的普通水泥砂浆作为 模网混凝土的表面保护层，以改善普通砂浆保护层的抗裂性、抗渗性，以及与模网混凝 土的协调变形能力和保护模网不受锈蚀并最终提高模网混凝土的耐久性。本文主要进行 了两方面工作： 一是在改善水泥砂浆的抗裂性、提高柔韧性和协调变形能力的相关工作；二是在改 进水泥砂浆的密实度和耐久性能的相关工作。 在这些工作基础上，对改性前后的水泥砂浆进行了扫描电镜分析，深入分析聚合物 改性水泥砂浆的改性机理，并得出模网混凝土面层砂浆中聚合物的最佳掺量。考虑经济 因素，论文对改性水泥砂浆的拌和工艺和工程造价方面也进行了探讨。 i 在改善模网混凝土抗裂性方面，做了如下试验工作：砂浆的工作往能试验、抗 压强度试验、抗折强度试验、弹性模量试验，分析了不同聚合物掺量砂浆的压折比变化 趋势：不同聚合物掺量的水泥砂浆与老砂浆基底制成的粘结试件的强度试验、与苯板的 粘结强度试验、混凝土环中砂浆的收缩试验，分析了改性后的水泥砂浆与旧水泥砂浆、 混凝士、苯板的粘结性能和协调变形能力：测试了水泥砂浆在不同聚合物掺量、不同龄 期、不同强度等级的干缩变形试验及水泥砂浆在不同掺量、不同强度等级的温度变形试 验，为了解聚合物和钢网对砂浆变形性能的影响，分别测试了不含钢网的水泥砂浆的温 度变形，三种钢网自身的温度变形及分别含有三种钢网的水泥砂浆的温度变形，在测试 含有模网的水泥砂浆的温度变形时，分别测试了试件中的砂浆处的温度变形和模网处的 温度变形；测试了砂浆抗折破坏时的最大应变值，并得出不同聚合物掺量砂浆的抗裂系 数。 2 将加入了聚合物的水泥砂浆涂在模网混凝土的外表面作为防护屏障，抵抗有害 介质的侵入，保护模网不受侵蚀。本文在密实度和耐久性能方面做了如下试验工作：不 同聚合物掺量水泥砂浆的吸水率试验、吸水量试验、吸水速率试验、密度试验、表观密 度试验、可透孔隙率试验及耐老化性中的耐水性和耐高温性试验、抗冻性试验，进行了 抗碳化作用试验和对耐久性能影响最大的快速氯离子扩散试验。 3 在微观试验方面，结合电子扫描电镜显示的改性砂浆不同放大倍数的微观结构， 6 同等学力申请硕士学位论文模网混凝土聚合物改性砂浆保护层性能研究 对聚合物改性水泥砂浆的改性机理进行深入分析。经过大量的试验和微观理论分析之 后，得出了改性砂浆中聚合物的最佳掺量。 4 考虑经济因素，论文在采用聚合物改性方法的同时使用特殊拌和工艺即净浆裹 砂工艺4 3 “4 扪，使用较少的聚合物达到较好的改性效果。最后对不同聚合物掺量的水泥 砂浆性能和造价进行了分析比较，对推广其工程应用具有很大的经济意义。 参考文献 王立久，赵国藩建筑模网夹芯混凝土增强机理研究建筑材料学报，2 0 0 0 ，3 ( 2 ) ：9 8 1 0 2 王立久，李洪义我国新型住宅结构体系及墙体材料现状房材与应用，2 0 0 1 ，2 9 ( 5 ) ：3 - 7 王立久，刘显福帝枇建筑模网房材与应用，1 9 9 9 ，2 7 ( 4 ) ：2 0 2 2 b a c h eh h f r a c t u r em e c h a n i c si nd e s i g n i n go fc o n c r e t ea n dc o n c r e t es n e u c t u r e s f r a c t u r et o u g h n e s s a n df r a c t u r ee n e r g yo f c o n c r e t e e d i t e db ye h w i t t m a n n ，1 9 8 6 刘志勇低掺量乳胶粉和矿粉复合改性聚合物水泥砂浆的性能新型建筑材料，1 9 9 9 ，( 3 ) ：2 0 - 2 3 曲淑英聚合物改性水泥砂浆新型建筑材料，1 9 9 8 ，f 5 1 ：2 1 2 2 申爱琴，李祝龙，王小明聚合物乳液改性水泥混凝土的微观结构混凝土，2 0 0 1 ，f 3 ) ：4 0 - - 4 2 国家标准管理组等编工业建筑防腐设计规范建筑防腐材料设计与施工手册北京：化工出 版社，1 9 9 6 a t v a r u s k o j e b e n n e r d e t e r i o r a t i o na n dr e p a i ro fr e i n f o r c e dc o n c r e t ei n 血ea r b i a ng u l f p r o c 2 n d i n t e r c o n f m a n a m a ，b a h b r a m ，1 9 8 7 ：1 3 9 张学元，杜元龙，史志明，钢筋混凝土腐蚀与防护的技术发展动态腐蚀与防护1 9 9 9 ，( 1 3 ) 1 ： 9 - 1 2 吴贤官涂料防腐蚀与涂装，第六讲钢筋混凝土结构的腐蚀与涂料防护腐蚀与防护，1 9 9 9 ， 2 0 f 7 、：3 3 9 3 4 2 b a l a s u b r a m a m a ntm ，s r i n i v a s a ns ，b a l a k r i s h n a n1 4 , s a r a v a n a nk 1 0 t hi n t e m a t i o n a lc o n g r e s so n m e t a l l i cc o r r o s i o n 1 9 8 7 1 5 3 3 1 5 3 8 p a g ecl ，t r e a d w a yk w j ，b a m f c r t hpb ( e d s ) c o r r o s i o no fr e i n f o r c e m e n ti nc o n c r e t e l o n d o na n d n e wy o r k ：e l s e v i e l s c i e n c ep u b l i s h e r sl t d ，1 9 9 0 c r a n eaec o r r o s i o no fr e i n f o r c e m e n ti nc o n c r e t ec o n s t r u c t i o n c h i c h e s t e r ( e n g l i s h ) ：e l l i sh o r w o o d l t d ，1 9 8 3 洪定海混凝士中钢筋的腐蚀与保护北京：中国铁道出版社，1 9 9 8 p a g e cl ，t r e a d a w a y k w n a t u r e ，1 9 8 2 ，2 9 7 ：1 0 9 - 1 1 5 s e h g a la ，k h oyt q s s e o a s a r ek ，p i c k e r i n ghw c o r r o s i o nc n a c e ) ，1 9 9 2 ，4 8 ( 1 0 ) ：8 7 1 8 8 0 c h a n g i zd ，l o c k ec ec o r r o s i o n 8 1 ，t h ei n t e r n a t i o n a lc o r r o s i o nf o r u m ( s p o n s o r e d b yn a c e ) a p r i l ， 1 9 8 1 4 8 2 - - - 4 8 1 4 s c h i e s s lp ，r a u p a c hmc o n c r e t ei n t e r n a t i o n a l ，1 9 9 2 ，( 7 ) ：5 2 5 5 e l - s a y e dh a c o r r o s i o np r e v e n t i o na n dc o n t r o l ，1 9 8 6 ，( 8 ) ：9 2 a l im g ，d a k h i lfh r a s h e a d x x a f a x a n t i c o r r o s i o n ，1 9 8 9 ，a o r ：4 e l s e n e rb ，b o h n ih e l e c t r o c h e m i c a lm e t h o d si nc o r r o s i o nr e s e a r c h ( e d i t e db yd u p a r tm ) m a t e r a 7 l 王i 4 i 丘一班 殳 m 坦 n m ：2 m 博 伸加扎砼 同等学力申请硕- 3 ：e 晕位论文 横网混凝土聚合物改性砂浆保护层性能研究 2 3 2 4 2 5 s c i e n c ef o m m ，1 9 8 6 ，( 8 ) ：3 6 3 3 7 2 h u e t ef ir o y u e l ajj 1 0 t hi n t e r n a t i o n a lc o n g r e s so i lm e t a l l i cc o r r o s i o n 1 9 8 7 1 5 0 7 - 1 5 1 9 w e n g e rf ，z h a n gj ，g a l l a n dj ，l e m o n i el 1 0 t hi n t e r n a t i o n a lc o n g r e s s o nm e t a l l i cc o r r o s i o n 1 9 8 7 1 5 3 9 1 5 4 6 m e h t apk ，s c h i e s s lp r a u p a c hm 9 t hi n t e r n a t i o n a lc o n g r e s so nt h ec h e m i s t r yo fc e m e n t 1 9 9 2 5 3 7 - 6 3 8 2 6 s a l t e rje c o f r o s i o no fm e t a l si na s s o c i a t i o nw i t hc o n c r e t e p h i l a d e l p h i a ( u s a ) ：a s t ms p e c i a l t e c h n i c a ip u b l i c a t i o n ，1 9 8 3 2 7 洪乃丰混凝土中钢筋腐蚀与结构物的耐久性公路，2 0 0 1 ，( 2 ) ：6 6 , - 6 9 2 8 王绍基，洪乃丰混凝土中钢筋腐蚀破坏与修复对策工业腐蚀，1 9 9 7 ，1 2 ：3 6 3 9 2 9 沈如，李敏，邹斌高强混凝土聚合物增韧研究四川建筑科学研究，2 0 0 0 ，2 6 ( 1 ) ：5 5 5 6 3 0 解灵霞，王长华黄振国钢筋混凝土防腐蚀方法综述郑州工业大学学报，1 9 9 7 ，1 8 ( 1 ) ：8 9 - - - 9 4 3 1 l i a n g ，n a i x i n g u n t e r s u c h a n g e n u b e rm i te l a s t o m e r e nm o d i f i z i e r t ez e m e n t d i s s e r t a t i o n ，t u c l a u s t h a i ，1 9 9 1 3 2 o h a m a yp o l y m e rm o d i f i e dm o r t a r sa n dc o n c r e t e c o n c r e t ea d m i x t u r eh a n d b o o k n e w j e r s e yu s a ： e d i t e db yr o m a c h a n d r a n ，vs n o y e sp u b l i c a t i o n s ，p a r & r i d g e ，1 9 8 4 3 3 o h a m a ，yp n n c i p l eo fl a t e xm o d i f i c a t i o na n ds o m et y p i c a lp r o p e r t i e so fl a t e xm o d i f i e dm o r t a r s a n dc o n c r e t e s a c im a t e r i a lj o u r n a l ，n o v - d e c 1 9 8 7 ，5 1 1 - 5 1 8 3 4 k o n i e t z k o ， a f o l y m e r s p e z i f i s c h ea u s w e r k u n g e n a u fd a s t r a g v e r h a l t e n m o d i f i z i e r t e r z e m e n t g e b u n d e n e rb e t o n ( p c c ) d i s s e r t a t i o nb r a u n s c h w e i g ，1 9 8 8 3 5 k e h a s s a n , j j b r o o k s l a 1 - a l a w i c o m p a t i b i l i t y o fr e p a i rm o r t a r sw i t hc o n c r e t ei n h o t - d a y e n v i r o n m e n t c e m e n ta n dc o n c r e t ec o m p o s i t e s ，2 0 0 0 ，2 3 ( 1 1 ) ：9 3 1 0 1 3 6 王新友，吴科如聚合物水泥砂浆与混凝土粘结界面的断裂性能研究混凝土与水泥制品，1 9 9 5 ， ( 1 ) ：8 1 0 3 7 c a r t e rpd p r e v e n t i v em a i n t e n a n c eo fc o n c r e t eb r i d g ed e c k s ，c o n c r e t ei n t e r n a t i o n a l ，1 9 8 9 ，1 1 ： 3 3 3 6 3 8 p a u ljh e x t e n d i n gt h el i f eo f c o n c r e t er e p a i r s c o n c r e