聚合物水泥混凝土发展现状

摘要：聚合物水泥混凝土具有抗折抗拉强度增加、压折比降低、抗渗、抗冻融、 耐化学腐蚀性能显著提高等优点。同时海工混凝土由于面临长期氯离子侵蚀的危险，对耐久性具有更高的要求。本文综述了用于混凝土改性的聚合物种类，介绍了国内外聚合物水泥混凝土的发展现状,同时简要阐述了聚合物水泥混凝土抗氯离子渗透性能研究的介绍和研究意义。

关键词：聚合物水泥混凝土；聚合物；改性机理；氯离子渗透性；发展现状

0引言

聚合物混凝土复合材料包括聚合物浸渍混凝土(PIC)、聚合物树脂混凝土(PC)、聚合物水泥混凝土(PCC) ^[1-3]。近年来，聚合物改性水泥复合材料以其高性能、多功能性和可持续性得到广泛应用。国外主要致力将其用于混凝土裂纹修复、损坏钢筋混凝土结构修补、混凝土表面修复和现有钢筋混凝土结构加固等^[4]。

同时，混凝土服役寿命的过早衰减和失效已成为当今土木工程界面临的世界性难题，引起国内外混凝土科学与工程界的密切关注^[5]。而氯离子是引发钢筋锈蚀从而导致混凝土结构耐久性下降的最主要原因之一，选择抗氯离子渗透性能好的混凝土，对处于有氯离子引起钢筋锈蚀危险的钢筋混凝土结构有非常重要的意义。

1聚合物改性水泥混凝土

聚合物水泥混凝土(PCC)是将分散体状、乳胶粉状或液态聚合物或单体与新拌混凝土混合搅拌经硬化制得，如果混凝土中含有单体应在适当的条件下经聚合硬化。常用于聚合物改性混凝土的聚合物有丁苯橡胶乳液(SBR)、氯丁胶乳(CR)、聚丙烯酸酯(PAE)、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚苯乙烯丙烯酸酯(SAE)和环氧树脂(EP)等。制备的方式主要有两种：一是先将聚合物用水分散后，以乳液或聚合物水溶液的形式加入，聚合物胶乳在混凝土水化过程中影响混凝土水化过程及混凝土的结构，从而对水泥砂浆或混凝土的性能起到改善作用。另一种是先将聚合物与水泥或其他分散介质进行预分散，以干拌砂浆的形式使用。混合料与水拌和时，聚合物遇水变为乳液，在混凝土凝结硬化过程中，乳液脱水，形成聚合物固体结构。此外，聚合物还可以纤维或者纤维增强塑料的形式，或者起外加剂的作用在混凝土中获得了应用。聚合物水泥混凝土由于操作简单，改性效果明显，成本较低（相当其他两种聚合物混凝土成本的1/10），因而在实际应用中得到了广泛的应用。

2聚合物改性水泥混凝土研究进展

2.1聚合物改性水泥基材料研究进展

韩振东等人^[6]在聚丙烯酸酯乳液及羧基丁苯乳液对混凝土的影响研究中发现，随着聚合物乳液的掺入，混凝土的保水性得到改善，流动性提高，粘聚性随之增加。由于聚合物乳液中的表面活性剂具有引气的效果，混凝土的泌水及离析现象也随之改善。孙增智等人^[7]通过对PAM改性混凝土路用性能的试验研究提出，虽然PAM的掺入使水泥基材料的抗压强度降低，但水泥基复合材料的其他性能均有明显改善，其中抗折强度提高了22.6% 压折比降低了24%，抗冲击能力提高3倍多。混凝土干性收缩减小，弯曲韧性、抗渗性以及层间粘结强度均有一定程度的提高，这样的结果归功于PAM显著的胶粘性和絮凝性。梁乃兴等^[8]通过将SD羧基丁苯和丁苯5050乳液掺入到混凝土中，①降低了混凝土的渗水量，减少吸水率，说明聚合物乳液改性混凝土具有较高的致密性和聚合物薄膜具有一定程度的阻水性;②聚合物乳液改性混凝土的抗干燥收缩性能提高;③聚合物乳液混凝土的抗冻性提高。

普通混凝土内部孔隙尺寸分布在零点几个nm到几百个nm之间，孔隙的结构以及孔径的分布对混凝土的各种性能有较大的影响，主要因为这些孔隙决定有害物质(如水、离子和气体)的侵入机率，使混凝土结构受到物理或化学的侵蚀而导致破坏^[9-10]。依照孔径的大小，一般可分为凝胶孔及毛细孔，典型的聚合物乳液中聚合物颗粒尺寸在50nm～500nm之间。随着聚合物加入，孔径分布的变化较为显著，其中大孔数量减小，而小孔数量有所增加。孔径较大的孔(如毛细孔)对水泥混凝土的力学性能和耐久性的影响程度大于孔径小的孔(凝胶孔)。因此，聚合物乳液影响了混凝土的微观结构，从而改善普通混凝土的宏观性质^[11]。

由于传统水泥混凝土的干燥收缩大，混凝土易产生裂缝。Aguiar^[12]通过对聚合物改性混凝土试样背散射模式SEM图的分析，观察到部分水泥砂浆凝聚的发展情况，聚合物的掺入使得水泥砂浆内部的裂缝大量减少。Ohama^[13]通过对裂缝的研究，提出了三种修复混凝土裂缝的方法: ①对于缝隙小于0.2 mm的采用聚合物改性净浆覆盖混凝土裂缝; ②对于缝隙在0.2mm～1.0mm之间，采用向混凝土中注入聚合物改性净浆的方法; ③缝隙大于1．0mm，采用灌浆以改善裂缝。