（材料学专业论文）聚合物乳液改性水泥砂浆性能及机理研究.pdf

内容摘要 本文主要研究两种控制方式( 控制水灰比为0 4 和控制流动度为1 7 0 士5 m m ) 两 种养护条件( 水养：脱模后于2 0 c 水中养护：混养：脱模后于2 0 ( 2 水中养护6 d ，再 在温度2 0 c 相对湿度6 5 的空气中养护) 、不同聚合物掺量( 0 2 0 ) 时两种聚合 物乳液( 丁苯乳液和聚丙烯酸酯乳液) 改性水泥砂浆的物理性能、力学性能以及力学 性能与体积密度之间的相互关系。通过扫描电镜( s e m ) 、汞压入( m i p ) 观察分析 聚合物乳液对水泥砂浆孔结构、基体结构、界面和裂缝结构的影响；通过差式扫描量 热( d s c ) 、x 射线衍射( x r d ) 、傅立叶变换红外光谱( f t i r ) 和固体核磁共振技 术( 2 7 a i - n m r 和”s in m r ) 研究聚合物乳液改性水泥砂浆中聚台物对水泥水化的影 响，分析水化与改性砂浆物理和力学性能的关系；表征聚合物乳液改性水泥净浆中聚 合物对水化产物氢氧化钙、钙矾石、水化铝酸钙和c s h 凝胶以及水泥水化程度的 影响，为聚合物改性机理分析提供理论基础。 一、研究了聚合物乳液对水泥砂浆物理性能的影响。结果表明，一定掺量范围内， 两种乳液都具有良好的减水作用，能有效提高新拌水泥砂浆的保水性能。聚合物乳液 的掺入能显著降低改性水泥砂浆的毛细孔吸水率，提高抗渗性。乳液的加入使砂浆的 体积密度产生变化。对于丁苯乳液：固定水灰比时。新拌改性水泥砂浆的体积密度在 乳液掺量为8 左右最低，固定流动度时乳液掺量在l o 之前，新拌砂浆的体积密 度随乳液掺置的增加丽减小。硬化砂浆体积密度随乳液掺量的变化与新# 时相似。对 手聚丙烯酸酯乳液，在掺量较小( 不大于6 * a ) 时对体积密度影响较大。 二、聚合物掺量的变化对砂浆的力学性能产生重要影响。对于丁苯乳液：固定水 灰比时，聚合物掺量在8 之前对抗压、抗折强度有较大的影响；固定流动度时，抗 折强度随乳液掺量的增加持续上升。牯结抗拉强度随乳液掺量的增加线性增加，但高 温条件不利于其发展。对于聚丙烯酸酯乳液：乳液掺量在低于6 范围内变化对抗压、 抗折强度影响较大。乳液掺量大于1 0 后显著提高砂浆的粘结抗拉强度。两种乳液 的加入均有利于砂浆韧性的提高。两种乳液改性水泥砂浆的动弹模量与其硬化时的体 积密度发展趋势相似。 改性水泥砂浆的力学性能与体积密度的相关性分析表明，粘结抗拉强度、抗折强 度、抗压强度、动弹模量与体积密度之间的相关性依次变好。 三、微观结构分析表明，随着水化的进行，聚合物乳液在水泥砂浆中形成膜结构， 同时逐渐被水化产物冲破，形成有机无机互穿网络的共基体结构。当聚合物掺量为 6 时，便形成了连续的聚合物网膜结构。聚合物将集料和无机胶凝基体连接在一起。 消除了界面结构薄弱区；阻止了砂浆中微裂纹的发展，有效地改善了水泥砂浆的抗裂 性。孔结构研究表明，固定水灰比时丁苯乳液改性水泥砂浆的孔隙率和平均孔径均 随其掺量增加先增大后减小当乳液掺量在8 一l o 左右达到最大，而对晟可几孔径几 乎没有影响。固定流动度时，丁苯乳液使水泥砂浆中的大7 l 减少小孔增多。 四、砂浆巾聚合物乳液对水泥水化的影响研究表明少量丁苯乳液的加入可以增 加水泥砂浆q 1c a ( o h ) 2 的生成量，在一定程度上促进水泥水化。乳液掺量为1 0 时， c a ( o h ) 2 生成量最多而后c a ( o h ) 2 生成量逐渐减少水化程度降低，同时硅氧四丽 体和铝氧多面体的结构发生变化。丁苯乳液促进了铝酸钙和石膏的反应，增加了钙矾 石的生成量和稳定性，抑制了钙矾石向单硫型水化硫铝酸钙的转化。 五、净浆中聚合物乳液对水泥水化的影响研究表明，水养不同龄期丁苯乳液改性 水泥浆体中c a ( o h ) 2 生成量随其掺量增加先增多后减少，龄期越长这种趋势越明显。 适量丁苯乳液的加入可以在一定程度上促进水泥水化，水化3 d 、7 d 和2 8 d 的改性浆 体分别在其掺量为5 、1 0 和】o 时，水化程度最大。混养条件下，改性浆体中 c a ( o h ) 2 生成量随乳液掺量增加变化不大，乳液对水化程度影响很小。丁苯乳液促进 了改性水泥浆体中铝酸四钙和石膏的反应，增加了体系中钙矾石的生成量和稳定性， 减少了水化铝酸四钙的生成量。改性浆体中的铝氧多面体以四面体和八面体形式存 在，且以八面体为主。水化3 d 改性浆体中的 s i o d 4 四面体主要以单聚体和二聚体形 式存在，水化2 8 d 时出现t - - 聚体。少量丁苯乳液的加入对a i ”和 s i 0 4 4 在改性浆体 中的存在形态影响不大，但大于1 0 乳液的加入影响了a l ”与【s 的4 r 四面体三维网 络的结合，使体系中a l ”更多地以孤立的结构对称形式存在同时影响了水化产物 c - s - h 凝胶中 s i 0 4 r 四面体的聚合，使 s i 0 4 r 四面体的二聚体和三聚体明显减少。 关键词：聚台物乳液；聚合物改性水泥砂浆：物理性能；力学性能；聚合物改性机理； 微观结构：水化程度；水化产物 a b s t r a c t t h i s p a p e r f o c u s e so nt h e p h y s i c a l a n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e sa n dp o l y m e r m o d i f i c a t i o nm e c h a n i s mo fm o l a r sm o d i f i e d b yt w ok i n d so fp o l y m e rl a t e x e s ， s t y r e n e b u t a d i e n en t h b e r ( s b r ) ，o nt h eo n eh a n d ，a n dp o l y ( a c r y l i ce s t e r ) ( p a e ) ，o nt h e o t h e rh a n d t h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dt h eb u l kd e n s i t yo f t h em o d i f i e dm o r t a r sa t ea l s os t u d i e d p o l y m e r - m o d i f i e dm o r t a r sw e r ep r e p a r e dw i t h p o l y m e r - c e m e n tr a t i o ( p c ) o f0 - 2 0 ，c h a r a c t e r i z e db yac o n s t a n tw a t e r - c e m e n tr a t i o 6 v c ) o f o 4o r ac o n s t a n t f l o w o f l 7 0 - a ：5 m m t w oc u r i n g m e t h o d s ( w e tc u r e ：2 d ，6 do r2 7 d i m m e r s e di n2 0 w a t e r ；m i x e dc u r e ：6 di m m e r s e di n2 0 w a t e rf o l l o w e db y2l da t2 0 a n d7 0 r e l a t i v eh u m i d i t y la l ee v a l u a t e d t h ei n f l u e n c eo fp o l y m e rl a t e xo nt h e m i c r o s t r u c t u r e ，s u c ha sp o r e s t r u c t u r e ，p o l y m e r - c e m e n th y d r a t e sc o m a n xs t r u c t u r e ， i n t e r f a c ea n dc r a c ks t r u c t u r eo ft l l em o r t a r , i ss t u d i e db ym e r c u r yi n t r u s i o np o r o s i m e t e r ( m i p ) a n ds c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ( s e m ) d i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t r y ( d s c kx m yd i f f r a c t i o n ( x r d ) ，f o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o s c o p y ( f t i r ) 。”a i a n d2 9 s is o l i ds t a t en u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e7 2 7 a ia n d2 9 s in m r ) a r eu s e dt or e s e a r c h o nt h ee f f e c to f p o l y m e rl a t e xo nc e m e n th y d r a t i o ni nt h em o d i f i e dm o r t a r s t h ei n f l u e n c e o fp o l y m e xl a t e xo nc e m e n th y d r a t e sc a ( o h ) 2 ，e t t r i n g f i t e ，c 4 a h l 3a n dc - s - hg e la n dt h e d e g r e eo f c e m e n th y d r a t i o ni np a s t e si sa l s os t u d i e db ym e a n so f t h e s em e t h o d s 1 b o t ho ft h et w ok i n d so fl a t e x e sh a v eg o o dw a t e r - r e d u c t i o ne f f e c ta n dc a n d r a s t i c a l l yi m p r o v ew a t e rr e t e n t i o ne f f e c td u r i n gac e r t a i nr a n g eo fp c p o l y m e rl a t e x e s c a nm a r k e d l yr e d u c et h ec a p i l l a r yw a t e ra b s o r p t i o n a d d i t i o no fl a t e xg r e a t l yi n f l u e n c e s t h eb u l kd e n s i t yo f m o r t a r t h eb u l kd e n s i t yo fs b r - m o d i f i e dm o r t a r sr e a c h e sam i n i m u m a ta b o u t8 a d d i t i o na tf i x e dw c h o w e v e r , t h ei n f l u e n c eo fs b ro nt h eb u l kd e n s i t yi s s l i g h tw h e nw i t haf i x e df l o w t h ev a r i a t i o no f p a ec o n t e n t sh a sm a r k e d l yi n f l u e n c eo nt h e b u i l 【d e n s i t ya tp cl e s st h a n6 ， 2 p o l y m e rl a t e xi n f l u e n c e sm u c ho nt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fm o r t a r f o r s b r - m o d i f i e dm o r t a r s ，t h ev a r i a t i o no fp ci n f l u e n c e se v i d e n t l yo nt h ec o m p r e s s i v ea n d f l e x u r a ls t r e n g t ho fm o r t a r sa tp cl o w e rt h a n8 w i t hf i x e dw c w h i l et h ef l e x u r a l s t r e n g t hi n c r e a s e sl i n e a l l yw i t hi n c r e a s i n gp ca tac o n s t a n tf l o w t h et e n s i l eb o n ds t r e n g t h o fm o r t a r si n c r e a s e sl i n e a l l yw i t hs b ra d d i t i o n ，b u th i 曲t e m p e r a t u r ei sn o tg o o df o ri t s d e v e l o p m e n t f o rp a el a t e x ，t h ev a r i a t i o no fp ci n f l u e n c e sg r e a t l yo nt h ec o m p r e s s i v e a n df l e x u r a ls t r e n g t ho fm o r t a r sa tp cb e l o w6 w h i l et h et e n s i l eb o n ds t r e n g t hr i s e s m a r k e d l ya tp ch i g h e rt h a n1 0 b o t ho ft h et w ol a t e x e sc a ni m p r o v et h et o u g t l h e s so f m o r t a re f f e c t i v e l y , t h e d e v e l o p m e n t o f d y n a m i ce l a s t i c m o d u l u s o f t h e m o d i f i e d m o r t a r s i s s i m i l a rt ot h a to fi t sb u l kd e n s i t y t h er e l e v a n c eb e t w e e nt h eb u l kd e n s i t ya n dt h et e n s i l eb o n ds t r e n g t h f l e x u r a l s t r e n g t h ，c o m p r e s s i v es 打e n g t h ，d y n a m i ce l a s t i cm o d u l u sb e c o m e sb e t t e rs u c c e s s i v e l y 3an o v e lp o l y m e rf i l mf o r m a t i o np r o c e s si np o l y m e r - m o d i f i e dm o r t a r si sf o u n d t h e p o l y m e rf i l mi sf o r m e df i r s tb ya c c u m u l a t i o no f p o l y m e rp a r t i c l e sa n dt h e nb e c o m e sm o r e a n dm o r ec o m p a c t n l ef o r m e dp o l y m e rf i l mi sp e n e t r a t e dt h r o u g l lb yt h eg r o w i n gc e m e n t h y d r a t e sg r a d u a l l yw j mh y d r a t i o nf i n a l i y , t h eo r g a n i c i n o r g a n i ci n t e r p e n e t r a t i n gs t r u c t u r e i sf o r m e db yt w os u c c e s s i v ep h a s e so fm e s hn e t w o r kp o l y m e rf i l ma n dc e m e n th y d r a t e s p e r f e c tm e s hn e t w o r kp o l y m e rf i l mi sf o r m e di nt h em o d i f i e dm o r t a r sa tp ，co f6 一1 0 1 1 1 ew e a ks t r u c t u r ea tt h ei n t e r f a c eo ft h ea g g r e g a t e sa n dc e m e n th y d r a t e si sa v o i d e db y p o l y m e rm o d i f i c a t i o na n dt h ec r a c ks p r e a di se f f e c t i v e l yp r e v e n t e d p o l y m e ra f f e c t st h e p o r o s i t ya n dm e a np o r ed i a m e t e r , b u tn o tt h em o d ep o r ed i a m e t e r 4 s t u d yo nt h ee f f e c to f p o l y m e rl a t e xo nc e m e n th y d r a t i o ni ns b r - m o d i f i e dm o r t a r s s h o w st h a tt h ec o n t e n to ft h ef o r m e dc a ( o h ) 2i n c r e a s e sw i t hp ，ca n dr e a c h e sam a x i m u m a tp co f1 0 ，a n dt h e nd r o p s ，m e a n i n gt h ed e g r e eo fc e m e n th y d r a t i o ne n h a n c e sw i t ha c e r t a i np c t h es t r u c t u r eo fs i l i e n n - o x i d et e t r a h e d r o na n da l u m i n u m - o x i d ep o l y h e d r o n c h a n g e sa tp ch i g l l e rt h a n1 0 a d d i t i o no fs b rf a c i l i t a t e st h er e a c t i o no fc a l c i u m a l u m i n a t ew i t hg y p s u ma n de n h a n c e st h ef o r m a t i o na n ds t a b i l i t yo f e t t r i n g i t e f u r t h e r m o r e ， t h et t a n s f o r m a t i o nf r o me t t r i n g i t et oc a l e i u ma l u m i n a t es u l f a t eh y d r a t ei sr e s t r a i n e d 5 d s ca n dx r dr e s u l t ss h o wt h a tt h ec a ( o h ) 2c o n t e n ti nw e t - c u r e ds b r - m o d i f i e d o p a s t e si n c r e a s e sw i t hp ca n dr e a c h e sam a x i m u mw h e np ci s5 1 0 a n d1 0 f o r p a s t e sh y d r a t e df o r3 d ，7 da n d2 8 d ，r e s p e c t i v e l y w i t hw e tc u r e ，a p p r o p r i a t ea d d i t i o no f s b rp r o m o t e sc e m e n th y d r a t i o n ，w h i l et h ee f f e c to fs b ro nt h ec o n t e n to fc a ( o h ha n d t h ed e g r e eo fc e m e n th y d r a t i o ni sn o tr e m a r k a b l ei nm i x e d c u l e dp a s t e s x r dr e s u l t s i l l u s t r a t et h a ts b ra c c e l e r a t e st h er e a c t i o no fc a l c i u ma l u m i n a t ew i t hg y p s u m ，a n dt h u s e n h a n c e st h ec o n t e n ta n ds t a b i l i t yo fe t t r i n g i t ea n dr e d u c e st h ef o r m a t i o no fc , a l - i t s 2 a l a n d “s in m ra n a l y s i ss h o w st h a tt e t r a h e d r o na n do c t a h e d r o na r ct h em a i nf o r m so f a l u m i n u m - o x i d ep o l y h e d r o ni ns b r - m o d i f i e dp a s t e s t h e r ea r e 【s i 0 4 + t e t r a h e d r o n m o n o m e ra n dd i m m e ri nt h em o d i f i e dp a s t e sh y d r a t e df o r3 d ，b u tt h r e e t e t r a h e d r o n p o l y m e ra p p e a r si nt h a th y d r a t e df o r2 8 d t h ee f f e c to fl o ws b rd o s a g eo ut h es t r u c t u r eo f a 1 3 一a n d s i 0 4 4 i ss l i g h t h o w e v e lt h ec o m b i n a t i o no fa l ”w i t h s i 0 4 】4 i sr e s t r a i n e da t p ca b o v e1 0 ，a n dt h es t r u c t u r eo fa i ”c h a n g e se v i d e n t l y m e a n t i m e ，t h ep o l y m e r i z a t i o n o f s i 0 4 + t e t r a h e d r o ni nc - s hg e li sd e l a y e d k e ” o r d s ：p o l y m e rl a t e x ；p o l y m e r - m o d i f i o dm o r t a r ；p h y s i c a lp r o p e r t y ；m e c h a n i c a l p r o p e r t y ；p o l y m e r m o d i f i c a t i o n m e c h a n i s m ；m i c r o s t r u c t u r e ；d e g r e eo f c e m e n th y d r a t i o n ；c e m e n th y d r a t e v 1 1 引言 1 绪论 早在8 0 年阻前就提出了聚合物改性水泥基材料的概念i l “，但直到2 0 世纪7 0 年 代以后聚合物在混凝土中的应用才得到了较大发展，正值发达国家在4 0 年代左右建 造的混凝土结构进入维修时期。因为在混凝土的维修和维护方面，聚台物是不可替代 的材料。在某种程度上可以说，浆台物在；比：疑土中的应用是伴随着混凝土的维修和维 护工作的发展而发展起来的。随着我国七八十年代所建造的混凝土结构进入维修期， 聚合物改性水泥基复合材料在我国的应用也出现快速增长的趋势。世界范围对这一领 域的研究兴趣与日俱增，研究和应用均有了较大发展。聚合物在混凝土材料性能优化 及多功能化方面起着重要作用。 一般把聚合物混凝土复合材料分为三类。即聚合物改性砂浆( p m m ) 和混凝土 ( p m c ) ，聚合物砂浆( p m ) 和混凝土( p c ) ，以及聚合物浸渍砂浆( p l m ) 和混凝 土( p i c ) 。聚合物改性水泥砂浆和混凝土克服了聚合物浸溃水泥砂浆和混凝士工艺复 杂、耗费能量多、价格性能比高和聚合物砂浆和混凝土聚合物用量大、价格高的缺 点，已成为目前国内外聚合物水泥复合材科研究和应用的重点。聚合物改性水泥砂 浆和混凝有良好的粘结性和耐水性，配置工艺与普通水泥砂浆和混凝土基本相同， 不需要潮湿养护。收缩与普通砂浆和混凝土相同或略低一些，强度较高，弹性模量较 低，抗冻融性和抗渗性好，是水工建筑、海洋以及港口建筑、普通工业与民用建筑、 地下建筑结构、道路与桥梁等的良好的修补材料口舢l 。2 1 世纪，人民生活水平不断提 高，对居住条件的要求也越来越高，交通日益繁忙，高速公路不断增多，许多破损的 道路和建筑急需修补。聚合物改性水泥砂浆和混凝土以其独特的性能更凸现了其作为 修补材料的较高的应用价值。在聚合物改性水泥砂浆和混凝土的研制中，聚合物乳液 得到了广泛应用，并取得了较好的效果f 6 , 7 , s l 。虽然聚合物乳液的加入可以改善水泥砂 浆和混凝士的各种性能，但迄今，聚合物改善性能的机理尚不清楚限制了聚合物改 性水泥砂浆和混凝土的进一步发展，阻碍了高性能多功能聚合物改性水泥基材料的开 发。 丁苯乳液和聚丙烯酸酯乳液是较常用的聚合物乳液，研究表明该乳液的加入可以 改善浆体的流动性9 1 ，改善硬化砂浆的结构【l o l ，改善水泥砂浆的力学性能”l ，抗渗 性 1 3 , 1 4 1 ，抗冻融性等 15 , 1 6 , 1 7 】，最近还有报道提出可将其制备成自流半砂浆。我们前 期工作袭明丁苯乳液对水泥砂浆有良好的减水作用。可显著提高其抗折强度和枯结 同济大学博士后研究工作报告 抗拉强度，大幅度降低压折比、提高折弹比，明显改善水泥砂浆的抗碳化性能和千缩 性能，适合作桥面修补材料 1 9 , 2 ”。同时，发现丁苯乳液改性水泥砂浆的物理和力学性 能之闻存在一定的联系口”。如果能拄出聚合物改性水泥砂浆各种物理和力学性能之 间的对应关系，对新型聚合物改性水泥基材料的开发设计具有十分重要的意义。为了 研究这种联系的普遍性和局限性，也为了探明聚合物改性机理，本文选择丁苯乳液和 聚丙烯酸酯乳液改性水泥砂浆，探讨其物理和力学性能之间的关系：同时研究聚合物 对水泥砂浆微观结构和水泥水化的影响，表征其界面结构及聚合物与水泥矿物之间的 相互作用，研究聚合物改性机理，为新型高性能多功能聚合物改性水泥基材料的开发 设计奠定基础。 1 2 聚合物改性水泥基材料的发展概况 1 9 2 3 年，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，提出将天然橡 胶乳液加入到路面用建筑材料中。l e f e b u r e 于1 9 2 4 年申请专利，第一个提出了聚合 物改性( 水泥砂浆和永泥混凝土) ( p o l y m e rm o d i f i e a l i o n ) 的概念。1 9 3 2 年b e n d 第一 个获得用人造橡胶乳液改性水泥砂浆及混凝土的专利t 2 2 1 。2 0 世纪4 0 - 5 0 年代，人们 发明了多种合成聚台物胶乳进行改性的专利并把橡胶改性水泥砂浆应用到船舶桥 梁、地面和道路的面板涂层，作为防腐和粘结材料。6 0 年代以后。除将合成胶乳用 于对水泥混凝土迸行改性外，人们又研究把多种聚合物。铡如聚苯乙烯、聚丙烯酸脂、 聚氯乙烯等用于水泥砂浆及混凝土改性。7 0 年代以后。人们又开始研究应用不同形 态的聚合物，例如应用聚合物单体、树脂、胶乳、聚合物粉束等对水泥砂浆及混凝土 改性。自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以后，从 1 9 7 9 年开始。每隔三年左右即组织召开次聚合物混凝的国际学术讨论会。8 0 年 代至今，世界范围对这一领域研究开发的兴趣与日俱增，并取得了大量的科研或果。 1 9 8 1 年聚台物混凝土( p i c ，p o l y m e ri nc o n c r e t e ) 国际委员会成立。负责定期召开国 际会议，并定期交流聚合物混凝土方面的信息。目前，世界上在这一领域比较先进的 国家有美国、日本、前苏联、德国等。包括日本、欧盟在内的许多国家还制定了p m c 试验和质量检测的行业标准。例如。日本j i sa i1 7 1 - 1 1 7 4 、a 6 2 0 3 有关p m c 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b ”。 我国p m c 的研究实际上是从2 0 世纪5 0 年代开始的。最早研究天然胶乳改性水 泥砂浆、聚醋酸乙烯酯乳液改性水泥砂浆，因为效果不太理想，并没有得到实际应用。 到1 9 8 0 年，聚合物改性水泥砂浆在我国正式应用。用于砂浆改性的乳液品种主要有 丙烯酸脂芡聚乳液( p a e ) ，氯丁胶乳( c r ) 、聚氯乙烯偏氯乙烯乳液( p v d c ) 及 丁苯脏乳( s b r ) 等“。目前，我国p m c 钓研究主要集中在以下凡个方面“：( t ) 聚合物共混物( 胶乳共混，水溶性聚合物共混，胶乳和纤维素醚共混) 用于砂浆的改 性；( 2 ) 聚合物化学组成对于p m c 性能的影响；( 3 ) 聚合物和其它外加剂同时掺入 进行改性的研究；( 4 ) a c i s 应用于p m c 的研究。规范制定方面，现在p a e 砂浆和 c r 砂浆已被我国g b 5 0 0 4 6 9 5 工业建筑防腐蚀设计规范列为防腐额材料及地面整 体面层和块材灰缝材料，并推荐给有关部门使用。有关p m c 的施工规范正在编制之 中。我国在聚合物水泥砂浆、混凝土方面的研究开发虽然起步较晚，但正向世界先进 水平迈进。 在国外，p m c 已应用到建筑领域的各个方丽，其典型应用包括如下几个方而： 瓷砖粘结剂和建筑粘结剂、瓷砖勾缝剂、保温隔热系统粘结剂和底涂砂浆、自流平砂 浆和找平砂浆、混凝土修补砂浆和混凝土修复体系、所有的饰面砂浆、抹灰砂浆和无 机饰面涂层、石灰水泥基涂料和无水泥粉束淙科、密封荻浆、填缝科等。在新加坡 聚合物改性水泥砂浆已广泛用于政府的公共住宅工程，收到了很好的社会经济效益 1 2 6 】。聚合物改性水泥砂浆在德国也已被广泛应用于建筑工程，例如用作砌筑砂浆、 抹灰砂浆、装饰砂浆、外墙外保温砂浆田i 、自流平砂浆【2 8 l 等各个方面。p m c 的应用 领域正在日益扩大。 1 3 聚合物改性水泥基材料性能研究进展 自从聚合物改性水泥基材料问世以来，它的研究和应用不断地笈展和变化。在前 阶段，p c 的主导地位是毫无疑问的，研究人员的精力几乎有5 0 放在p c 上，而p m c 和p i c 各占2 5 1 2 9 1 。1 9 8 5 年后，情况发生了变化，p m c 的比例超过5 0 ，经过5 0 年的研究p m c 领域已经取得了些许的成功1 1 3 0 3 1 1 。此后，有关p m c 的研究逐年增长。 对于现场施工应用方面，p m c 也具有最大的潜力。现今，p m c 已经成为了聚合物改 性水泥砂浆和混凝土研究和应用的主流。下面将主要讨论近年来p m c 性能研究进展。 p m c 的性能随着聚合物种类及掺量 3 2 , 3 3 】、水泥种类、水灰比【3 4 】、养护方式等 的不同而变化。p m c 的性能研究非常广泛，涉及到了多种聚合物有单独聚合物改 性、聚合物和各种外加剂复合改性、聚合物和其他填料复合改性等情况。 1 3 1 聚合物改性水泥基材料 三点弯曲实验表明，水灰比为o 4 5 的s b r 改性水泥砂浆的强度照聚合物掺量增 加而提高，而当聚合物掺量为7 5 时达到最大，而后随聚合物的增多而下降当聚 合物掺量大于1 2 5 后，强度已经变得很低9 “。p a s c a l 等御1 的研究表明，同定水灰比 情况f 。大干1 0 s b r 乳液的加入使抗压强度降低，抗折强度提高，认为聚合物的 成膜现象起了主要作用。 姜洪义等 3 s , 3 9 1 研究了固定流动度混合养护f 聚醋酸乙烯酯( p v a c ) 和s r r 对混 凝士力学性能的影响，发现s b r 改性水泥砂浆的抗压、抗折强度都随聚合物掺量增 加先增大后减小，分别在s b r 掺量为1 6 和1 3 时达到最大。p v a c 使混凝土抗压 强度下降，抗折强度持续上引。两种乳液均明显改善了水泥砂浆的抗水性。 s h a k e r 等1 4 0 ) 采用s e m 等分析方法研究了s b r 对混凝土耐久性的影响，认为s b r 改善了传统水泥混凝土的耐久性，有效地提高了混凝土的抗水性，防腐性和抗硫酸盐 侵蚀性。1 5 s b r 乳液的加入可以有效地改善混凝土的抗氯离子穿透性，并可防止钢 筋混凝土中钢筋的锈蚀f 4 ”。v i n c k e a 等人1 4 “研究了聚合物改性水泥混凝土的抗生物酸 腐蚀性，发现苯丙乳液改性h f 以提高混凝土的抗生物酸腐蚀性，而e v a 和s b r 的加 入对该性能影响不大。s a i j a 等 4 3 1 研究了0 2 水灰比时聚丙烯酸酯乳液对水泥砂浆 性能的影响，发现聚合物改善了水泥砂浆的工作性，抗折强度，耐水性和抗盐性等。 f i g o v s k y 发现低分子量的聚丁二烯液态乳胶可以在一定程度上改善水泥砂浆的 性能州j 。p v a c 乳液可以改善水泥砂浆的变形能力和粘接强度、施工和易性和耐久性 【4 ”。环氧和聚酯树脂的加入可以提高混凝土的断裂模量、变形能力和耐久性 4 6 1 。 g o m i n s k i 等f 4 日报道不饱和聚酯树脂的加入可以提高混凝土的弹性模量。聚酯树脂可 以改善混凝土的抗振性1 4 ”。应用研究表明聚合物混凝土在粘土砖和湿混凝土表丽都 具有良好的粘接性【4 。 s c h u l z e 认为 5 0 】聚合物敢性水泥砂浆的性能受水灰比和砂浆中的水泥含量的影 响。抗压强度随水灰比增加而降低，与砂浆中水泥含量关系不大。水灰比和水泥含量 提高使砂浆的收缩性和吸水性增大。对比砂浆的抗折强度在水灰比为0 4 - 0 6 范围内 几乎不受水灰比和水泥含量的影响。实验室环境养护的聚合物改性水泥砂浆的抗折强 度仅当养护时侧超过2 8 d 后，随水灰比增加略有降低，而水养情况下，水灰比的影响 则较大。聚合物改性水泥砂浆的粘接强度远远大于对比砂浆，受水灰比影响不大，但 随水泥含量增加而提高。 废旧不饱和聚酯树脂( p e t ) 被利用制各改性混凝土。发现该树脂的加入对混凝 土力学性能影响不大，但可以有效地防止钢筋锈蚀，同时使成本降低”“。但高温下 p e t 改性混凝土的性能下降1 5 ”。加拿大等国家将废旧聚合物涂料收集再利用，发现 废旧涂料用于混凝土中可以改善其工作性，提高抗折强度、抗氯离子穿透性、抗盐性 等，同时可以降低减水剂等外加剂的应用，提高水泥混凝的性价比p “。 1 3 2 聚合物和外加剂复台改性水泥基材料 外加剂的利用主要是为了改善聚合物改性水泥基材料的工作性和孔结构等，提高 材料的性能。c o l a k 等人【5 4 研究了乳液和超塑化剂对水i | 苞净浆工作性和强度的影响， 发现同时加入乳液和超塑化剂可以改善浆体的工作性。乳液的加入，使台有超塑化剂 。窑誊全耋! ：堑翟：i ：! 耋 。 姜洪义等 3 8 , 3 9 研究了蜘定流动度、姓合养护卜聚醋酸乙烯酯( p v a c ) 和s r r 对捏 凝土力学性能的影响，发现s b r 改性水泥砂浆的抗压、抗折强度舂| f 随聚合物掺量增 加先增大后减小，分别在s b r 掺量为1 6 和13 时达到最大。p v a c 使混凝土抗压 强度下降，抗祈强度持续上刀。两种乳液均明显改善丁水泥砂浆的抗水性。 s h a k e r 等【4 采用s e m 等分析方法研究了s b r 对混凝土耐久性的影响，认为s b r 改善了传统水泥混凝土的耐久性，有效地提高了混凝土的抗水性，防腐性和抗硫酸盐 侵蚀性。1 5 s b r 乳渡的加入可以有效地改善混凝土的抗氧离子穿透性，并可防止钢 筋混凝土中钢筋的锈蚀h ”。v m c k c a 等人1 4 2 研究了聚合物议性水泥混凝土的抗生物酸 腐蚀性，发现苯丙乳液改性可以提高混凝土的抗生物酸腐蚀性，咖e v a 乖j $ b r 的加 入，对该性能影响不大。s a i i a 等p 习研究了0 2 水灰比时蒙丙烯酸酯乳液对水泥砂浆 性能的影响，艇现聚台物改善了水书吐妙浆的工作性抗折强度，耐水性邪抗盐性等， f i g o v s k 3 , 发现低分子量的聚丁二烯液态乳胶可以在一定程度上改善水泥砂浆的 性能即】。p v a c 乳液可以改善水泥砂浆的变形能力和粘接强度、施工和易性和耐久性 h ”，环氧和聚酯树脂的加入可以提高混凝土的断裂模量、变形能力和耐久性h “。 g o m i n s k i 等f 47 】报道不饱和聚酯树脂的加入可以提高混凝土的弹性模量。聚酣村脂可 以改善混凝土的抗振性梆l 。直用研究表明聚合物混凝土在轱上砖和湿混凝土表面都 具有良好的粘接性j 。 s c h u t z e 认为5 。1 聚合物改性水泥砂浆的性能受水灰比和砂浆中的水泥含量的影 响。抗压强度随水灰比增加而降低，与砂浆中水泥含量关系不大。水灰比和水泥含量 提高使砂浆的收缩性和吸水性增大。对比砂浆的抗折强度在水获比为0 , 4 0 6 范围内 几乎不受水灰比和水泥含量的影响。实驰室环境养护的聚合物改性水泥砂浆的抗折强 度仅当养护时间超过2 8 d 后，随水灰比增加略有降低，而水养情况下，水灰比的影响 则较大。聚台物改性水泥砂浆的拈接强度远远大于对比砂浆，受水灰比影响不大，但 随水泥含量增加而提高。 废旧不饱和聚酯树脂( p e t ) 被利用制各改性堀凝土，芨现该树脂的加入对混凝 土力学性能影响不大。但可以有效地防止钢筋锈蚀，同时使成本降低p “。但高温下 p e t 改性混凝土的性能下降 5 2 1 。加拿大等国家将废旧聚合物涂料收集再利用，发现 废旧涂料用于混凝土中可吐改善其工作性。提高抗折强度、抗氧离子穿透性、抗盐性 等，同时可以降低减水剂等外加剂的应用，提萄水泥混凝土的性价比”“。 1 3 2 聚合物和外加剂复合改性水泥基材料 外加剂的利用主要是为了改善聚合物改性水泥基材料的工作性和孔结构等提高 材针的性能，c o l a k 等人【5 4 1 研究了乳液和超塑化嵛4 对水泥净浆工作性和拦度的影响 发现司时加入乳液和超塑化剂可以改善浆体的工作性。乳液的加入，使古自超塑化剂 发现同时加入乳液和超塑化剂可以改善浆体的工作性。乳液的加入，使宵有超握化剂 的净浆的强度降低，在饱和石灰水中养护不利于乳液改性挣浆强度的提高。e v a 和 一些常用外加剂共同改性，可以增强混凝土与未改性混凝土表面的粘接强度，增加截 面的断裂能，但聚合物改性混凝土自身的断裂能和强度降低p ”。 r a y 等人1 5 6 1 1 5 7 研究了四种乳液( e v a 和s b r ) 和五种商业超塑化剂对新拌砂浆 和硬化砂浆性能的影响。发现三聚氰胺甲醛和三聚氰胺- 萘醛等超塑化剂可以消除乳 液改性新拌砂浆缓凝、气泡含量高的缺点，而木素黄化盐和木素黄化盐萘醛则使以 上性能恶化。超塑化剂的加入可以使乳液改性水泥砂浆的抗压强度、变形性、韧性和 抗水性提高。s u m a t h y 等”“研究了固定流动度情况下乙烯基乳液、环氧乳i 瘦树脂和 酚醛树脂改性水泥砂浆