1、聚合物水泥防水砂漿-聚合物水泥砂漿的研究及應(yīng)用    摘要：把聚合物用于改性水泥砂漿，在世界上已有很長的一段歷史。與普通的水泥砂漿相比，聚合物水泥砂漿具有很多優(yōu)良的性能。本文對聚合物改性砂漿的改性機(jī)理、改性砂漿性能以及改性砂漿的應(yīng)用情況作詳細(xì)介紹。 關(guān)鍵詞：聚合物；砂漿，改性；性能；應(yīng)用 1前言 早在1923年，英國人Gresson就把聚合物應(yīng)用于路面材料而獲得專利。到1924出版了關(guān)于現(xiàn)代聚合物改性材料的正式的文獻(xiàn)。從那時(shí)起，近70年來世界各國出現(xiàn)了大量的關(guān)于聚合物用于改性水泥砂漿和混凝土的研究，而且對聚合物用于水泥基材料的興趣也越來越來大。在這一領(lǐng)域

2、里研究開發(fā)走在世界前列的國家有日本、美國、前蘇聯(lián)、德國等。如日本對新型高性能聚合物混凝土復(fù)合材料的研究開發(fā)應(yīng)用已有40年的歷史，并已為此制定了部分標(biāo)準(zhǔn)(JlS6203)；德國交通部筑路局對用于橋面的混凝土修補(bǔ)而附加的技術(shù)協(xié)議和規(guī)范(zTVSIB90)特別制定了聚合物改性砂漿(混凝土)供貨的技術(shù)條件和檢驗(yàn)規(guī)范(TLBEPCC，TPCC)，我國在這一方面的研究起步較晚，還是近十幾年發(fā)展起來的。1990年在上海舉行了第6屆國際聚合物混凝土?xí)h，大大地加速了我國在這一方面研究與應(yīng)用的進(jìn)步。 2 聚合物水泥砂漿的改性機(jī)理 聚合物改性砂漿的研究之所以如此大的進(jìn)展，就是因?yàn)檫@種材料通過改性具有許多優(yōu)異的性能

3、。了解其改性機(jī)理對研究和開發(fā)這類材料尤其重要。 眾所周知·水泥砂漿作為一種復(fù)合材料，骨料和水泥基之間的界面過渡區(qū)是材料的薄弱環(huán)節(jié)。在界面過渡區(qū)，水灰比高、孔隙率大、氫氧化鈣和鈣礬石多，晶粒粗大、氫氧化鈣晶體取向生長。要改善水泥基材料的性能，就必須改善界面過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。聚合物對水泥砂漿的改性作用，其實(shí)質(zhì)也是改善材料的界面過渡區(qū)，從而使材料獲得別的材料所不具有的性能。 (1)聚合物具有減水的效果。其表現(xiàn)在配制具有相同流動(dòng)度的砂漿時(shí)，摻有聚合物的砂漿的水灰比要低于普通砂漿的水灰比。這是因?yàn)榫酆衔锖偷V物摻合料粉煤灰一樣的形態(tài)效應(yīng)，因?yàn)榫酆衔锏墓腆w粒徑很小，其直徑一般在0.055um之間

4、。這樣的顆粒也可像粉煤灰的顆粒一樣，既可起到滾珠的作用，又具有較高的表面活性，從而能起到減水效應(yīng)。 (2)在砂漿中摻加聚合物后，氫氧化鈣也會(huì)沿著聚合物固體顆粒生長，有利于打亂氫氧化鈣的取向生長。另外，由于聚合物的特殊性，它會(huì)在高于其最低成膜溫度下凝聚成膜，形成的膜能將水泥水化生成的氫氧化鈣包圍起來，連成一個(gè)整體，可以有效的降低氫氧化鈣對材料耐久性的不良影響。另一方面聚合物沙漿中的鈣礬石比普通砂漿中的鈣礬石要短和粗。進(jìn)一步觀察可發(fā)現(xiàn)聚合物的加入有效的改善了砂漿的孔結(jié)構(gòu)，由于聚合物的形態(tài)效應(yīng)及其自身的特殊性，起到了膠結(jié)、填充等作用，使砂漿的平均孔徑變小，大孔變成小孔隙，孔隙分布的均勻性下降了，微孔

5、隙率提高了。 (3)由于聚合物成膜的過程發(fā)生在水泥水化的過程中，水分用于水化以及被蒸發(fā)，聚合物就在整個(gè)基體中形成一個(gè)堅(jiān)韌、致密的網(wǎng)絡(luò)薄膜狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分布在水泥砂漿骨架之間，填充空隙，切斷了與外界的通道，進(jìn)一步改善了材料的性能。 (4)聚合物還能和水泥水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)作用。如丙烯酸甲脂能與水泥水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣反應(yīng)。其原因是因?yàn)楸┧嶂兄茉趬A性的氫氧化鈣溶液中發(fā)生水解生成羧酸根離子能與鈣離子以離子鍵形式結(jié)合，形成以鈣離子橋連的離子鍵大分子體系的交織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的密實(shí)性。在上面的反應(yīng)中可以降低氫氧化鈣的含量，而SBR(聚苯乙烯一丁二烯)乳膠也能減少砂漿中氫氧化鈣的含量，但沒有含有脂基

6、的EVA(聚乙烯一醋酸乙烯脂)乳液那么明顯因此是不是所有的聚合物都能起化學(xué)改性作用，還有待研究。 通過以上的物理與化學(xué)的作用，聚合物改善了砂漿的界面結(jié)構(gòu)形成了如圖(1)的界面層。    其中的機(jī)械粘合層就是聚合物所成的薄膜，這一層不能過厚否則就會(huì)降低材料的強(qiáng)度。物理吸引層是聚合物如前面所講的物理改性作用得到的一層，起到了增強(qiáng)材料性能的作用。化學(xué)鍵合層是聚合物與水泥中的物質(zhì)發(fā)生發(fā)應(yīng)的結(jié)果，進(jìn)一步增強(qiáng)了材料的性能。 3聚合物水泥砂漿的材料 31聚合物對能用于砂漿改性的聚合物，其性能要求十分重要。聚合物在發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，不能對砂漿帶來負(fù)面的影響，如不能影響水

7、泥的充分水化，對水泥石的基體沒有腐蝕作用，對環(huán)境沒有污染作用等。現(xiàn)階段用于改性砂漿的聚合物的種類不是很多，主要有以下一些。 其中最常用的就是圖中劃橫線的聚合物。有丁苯乳液(SBR)、聚丙烯酸脂(PAE)、聚乙烯醋酸脂(EVA)，丙苯乳液(SAE)等。但由于單一品種乳液用于改性砂漿時(shí)會(huì)有一些不足，因此現(xiàn)階段已經(jīng)出現(xiàn)通過聚合物乳液的共混，綜合不同乳液的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出能實(shí)現(xiàn)不同性能要求、適應(yīng)不同用途需要的聚合物共混物用于改性砂漿。 32水泥 用于聚合物改性砂漿的水泥一般為普通硅酸鹽水泥，它的早期強(qiáng)度高、凝結(jié)快、耐凍性好。另外還可用高鋁酸鹽水泥。近年來，出現(xiàn)了一種專門用于聚合物干粉改性砂漿的鋁酸鈣水泥，

8、這種水泥是用一定比例含有三氧化二鋁和氧化鈣經(jīng)熔化或煅燒，然后將獲得的熟料磨細(xì)而成。 33礦物摻合料 礦物摻合料(硅灰、粉煤灰、礦渣等)本身就可以作為一種水泥砂漿的改性材料。把礦物摻合料和聚合物雙摻在砂漿中，能綜合利用兩種改性材料的特點(diǎn)，優(yōu)勢互補(bǔ)進(jìn)一步改善砂漿的性能。 34消泡劑、穩(wěn)定劑 在聚合物水泥砂漿中，水泥漿體中的鈣離子或鋁離子等多價(jià)陽離子及砂漿拌和時(shí)所產(chǎn)生的剪切力會(huì)導(dǎo)致乳液破乳凝聚，因此要選擇合適的乳化劑和穩(wěn)定劑。乳液中存在的表面活性劑導(dǎo)致砂漿氣泡增加，影響性能，為此，需要加入適當(dāng)?shù)南輨﹣硪种票砻婊钚詣┮鸬呐菽?35砂 一般用河砂，要求含泥量不能過高。 4聚合物改性水泥沙漿的性能

9、眾所周知作為水泥基材料的一個(gè)顯著的缺點(diǎn)就是脆性大。表現(xiàn)出抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度低許多，抗裂性差，并且強(qiáng)度越高，脆性越大。這是因?yàn)樗嗷牧蠈儆诠杷猁}物質(zhì)，其基本單元是硅氧四面體·硅與氧以共價(jià)鍵相連，鈣與鋁等金屬離子以離子鍵與硅相結(jié)合。由于在共價(jià)鍵、離子鍵發(fā)生斷裂時(shí)幾乎不發(fā)生任何變形，就表現(xiàn)出很大的脆性。而聚合物作為一種有機(jī)高分子，其長分子結(jié)構(gòu)及大分子中的鏈節(jié)或鏈段的自旋轉(zhuǎn)性，使其具有彈性和塑性。 41新拌砂漿的性能 411流動(dòng)性 由于聚合物具有建水的效果，因此大部分聚合物都能提高砂漿的流動(dòng)性能。 412保水率 新拌砂漿的保水率是影響砂漿硬化及硬化后固體性能的重要的因素。保水性好的砂漿有利

10、于砂漿的運(yùn)輸、停放和鋪攤，有重要的工程意義。摻入聚合物能有效的提高新拌砂漿的保水性能，聚合物的加入既可以防止砂漿的離析，有能在砂漿的養(yǎng)護(hù)初期防止水分的過快散失，有利于水泥的水化。盡管聚合物水泥砂漿的凝結(jié)時(shí)間會(huì)延長。 42硬化聚合物砂漿的力學(xué)性能 421抗壓強(qiáng)度 現(xiàn)有大部分的研究都認(rèn)為聚合物改性砂漿的抗壓強(qiáng)度要低于普通砂漿的抗壓強(qiáng)度，這是因?yàn)榫酆衔镌谏皾{體系中硬化成膜后，由于它的彈性模量要低于水泥石和骨料的彈性模量，另外聚合物的富集現(xiàn)象也會(huì)降低抗壓強(qiáng)度，還有就是聚合物的活性，在攪拌砂漿時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡從而降低了砂漿的抗壓強(qiáng)度。但是還存在另外的一種觀點(diǎn)，就是認(rèn)為聚合物改性砂漿的抗壓強(qiáng)度要高于普通

11、砂漿的抗壓強(qiáng)度，這是因?yàn)榫酆衔锞哂袦p水效應(yīng)，能降低砂漿的用水量，從而提高砂漿的抗壓強(qiáng)度。但這兩種對立的觀點(diǎn)有不同的前提第一種觀點(diǎn)下的砂漿在配制時(shí)是保持砂漿的水灰比不變，第二種觀點(diǎn)下的砂漿在配制時(shí)保持砂漿的流動(dòng)度不變。之所以存在這樣對立的觀點(diǎn)，有可能是砂漿單位體積內(nèi)的水與聚合物的相對含量的問題。我們知道在聚合物砂漿中水泥的水化和聚合物的成膜是一對矛盾，水泥水化需要水分，而聚合物的成膜要求失去水分。在砂漿中聚合物由于具有減水作用，應(yīng)該能增加砂漿的強(qiáng)度，但由于前面所講的聚合物降低抗壓強(qiáng)度的因素的存在，就應(yīng)該調(diào)節(jié)砂漿單位體積內(nèi)水與聚合物的相對含量，使其滿足既能很好的水化又能很好的成膜(所謂好的成膜就是能夠在砂漿中形成一個(gè)一致、均勻、沒有缺陷和富集現(xiàn)象的膜網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并且如前面圖(1)所描述的機(jī)械粘合層不能過厚。這樣如果保持砂漿的水灰比不變，聚合物的減水效應(yīng)不能發(fā)揮出來，但如保持砂漿的流動(dòng)度不變，聚合物就能發(fā)揮其減水效應(yīng)盡量調(diào)節(jié)單位體積內(nèi)水與聚合物的相對含量，使達(dá)到好的成膜效果盡量降低不利的因素，從而能提高砂漿的抗壓強(qiáng)度。 422抗拉強(qiáng)