聚合物混凝土要點(diǎn)課件

1、第五章 聚合物混凝土 第一節(jié) 概述1. 定義 聚合物混凝土：用有機(jī)高分子材料來代替或改善水泥膠凝材料所得到的高強(qiáng)、高質(zhì)混凝土。2. 使用聚合物混凝土的原因普通混凝土屬于多孔結(jié)構(gòu)的不均質(zhì)脆性材料，抗拉、抗折強(qiáng)度較低，脆性大，柔性低，凝結(jié)硬化較緩慢，干縮量大以及抗化學(xué)腐蝕能力較差。長(zhǎng)期以來，人們一直在尋找對(duì)普通水泥混凝土進(jìn)行改良的途徑，如改善水泥的性質(zhì)、添加纖維材料、添加外加劑等。對(duì)混凝土基本力學(xué)特性的改善降低混凝土的剛性，提高其柔性，降低抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值等通常是摻加聚合物。第一節(jié) 概述3. 發(fā)展歷史最初應(yīng)用于混凝土的聚合物是天然的聚合物，如巖石中的地瀝青，主要用來膠結(jié)磚、防水壩體等。在波

2、特蘭水泥混凝土中最早使用聚合物乳液是1909年美國的專利(L.H.Backland)。1923年，英國人Cresson獲得的專利中，天然膠乳被用作改性道路材料， 其中水泥作為填料使用。60年代以后，除將合成膠乳用于對(duì)水泥混凝土進(jìn)行改性外，人們開始研究把多種聚合物，例如聚苯乙烯、聚丙烯酸脂、聚氯乙烯等用于水泥砂漿及混凝土改性。1971年美國混凝土學(xué)會(huì)(ACI)成立了548聚合物混凝土委員會(huì)。80年代至今，世界范圍對(duì)這一領(lǐng)域研究開發(fā)的興趣與日俱增。到20世紀(jì)90年代，聚合物混凝土已經(jīng)成為一種重要的建筑材料。 第一節(jié) 概述4. 分類聚合物浸漬混凝土：是將硬化了的普通水泥混凝土土，經(jīng)干燥和真空處理后浸

3、漬在以樹脂為原料的液態(tài)單體中，然后用加熱或輻射的方法使?jié)B入混凝土孔隙內(nèi)的單體產(chǎn)生聚合作用，把混凝土和聚合物結(jié)合成一體的一種新型混凝土。聚合物混凝土（亦稱樹脂混凝土）：是以合成樹脂為膠結(jié)材料，以砂石為骨料的混凝土。聚合物水泥混凝土（也稱聚合物改性混凝土）：以聚合物(或單體)和水泥共同作為膠凝材料的聚合物混凝土。其制作工藝與普通混凝土相似，在加水?dāng)嚢钑r(shí)摻入一定量的有機(jī)物及其輔助劑，經(jīng)成型、養(yǎng)護(hù)后，其中的水泥與聚合物同時(shí)固化而成。 第二節(jié) 聚合物浸漬混凝土1. 增強(qiáng)機(jī)理聚合物填充了混凝土內(nèi)的孔隙及水泥石、骨料中的微裂縫以及水泥石與骨料界面處的裂縫。因此，浸漬以后孔隙率大大下降、大孔顯著減少?？商岣咚?/p>

4、的密實(shí)度，增強(qiáng)水泥石與集料間的粘結(jié)力，并緩和裂縫尖端的應(yīng)力集中，改變普通水泥混凝土的原有性能，使之具有高強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍、抗沖、耐磨、耐化學(xué)腐蝕、抗射線等顯著優(yōu)點(diǎn)。 第二節(jié) 聚合物浸漬混凝土2.原材料基體（或基材）、浸漬液、添加劑基體-凡用無機(jī)膠凝材料與骨料經(jīng)過凝結(jié)硬化組成的混凝土等混合材料，經(jīng)過成型成為構(gòu)件都可以作為聚合物浸漬混凝土的基體?；w要求：必須有適當(dāng)?shù)目紫?，能被浸漬液滲填；有一定強(qiáng)度，能承受干燥、浸漬和聚合過程中的作用力，并不因搬動(dòng)而產(chǎn)生裂縫等缺陷；化學(xué)成分不妨礙浸漬液的聚合；材料結(jié)構(gòu)盡可能均質(zhì)。第二節(jié) 聚合物浸漬混凝土浸漬液-浸漬混凝土用的單體，即能起聚合反應(yīng)而生成高分子化合物的

5、簡(jiǎn)單化合物。常用的浸漬液：常用的有甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（S）、聚酯樹脂（P）、環(huán)氧樹脂、丙烯酸甲酯（MA）等。浸漬液的要求：浸漬液要有適當(dāng)?shù)恼扯?，要有利于被基體吸收；有較高的沸點(diǎn)和較低的蒸汽壓力，以減少揮發(fā)損失；聚合后能在基材內(nèi)轉(zhuǎn)化成固體聚合物；聚合收縮率小，聚合后不因水分等作用而膨脹或軟化；聚合后與基材的粘結(jié)力好，能使兩者形成整體；聚合物的軟化溫度必須超過材料的使用溫度；要有較高的強(qiáng)度和較好的耐久、耐堿、耐熱和耐老化性能。第二節(jié) 聚合物浸漬混凝土添加劑稀釋劑-對(duì)于環(huán)氧和聚酯類高粘度單體，加入適量苯乙烯作稀釋劑，可以降低粘度，提高浸漬滲透能力。引發(fā)劑-采用熱聚合時(shí)，應(yīng)預(yù)先將引發(fā)劑混

6、入單體中。引發(fā)劑在浸漬時(shí)被吸附在基體表面，起激發(fā)聚合反應(yīng)的作用。交聯(lián)劑-交聯(lián)劑的作用是將線型聚合物轉(zhuǎn)化成體型聚合物。促進(jìn)劑-促進(jìn)劑用來降低引發(fā)劑的正常分解溫度，以促使單體在常溫下聚合。 第二節(jié) 聚合物浸漬混凝土3. 生產(chǎn)工藝基體干燥-基體干燥是為了使聚合物能充分浸漬基體的孔隙，使基體性能得到最大限度地改善，從而確保聚合物浸漬混凝土的強(qiáng)度和耐久性。真空處理-干燥的基材自然冷卻到常溫，在用單體浸漬前，先進(jìn)行真空處理，真空抽氣的目的是將阻礙單體侵入的的空氣從混凝土的孔隙中排除，使單體易于浸入混凝土中，從而提高浸漬速度和浸漬率。浸漬- 浸漬就是將基材混凝土制品在常壓或壓力狀態(tài)下浸漬在單體中，直至浸透為

7、止。P241圖3-5-2-1。第二節(jié) 聚合物浸漬混凝土4. 性能抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度、彈性模量、沖擊強(qiáng)度均提高徐變減少抗凍性、耐硫酸鹽性、耐酸性、耐堿性等性能均提高延性降低 P243圖3-5-2-2。 對(duì)于溫度較敏感，隨著溫度的升高，抗壓強(qiáng)度、彈性模量等均降低。第二節(jié) 聚合物浸漬混凝土5. 應(yīng)用隧道襯砌、橋面板等。用于制作聚合物浸漬鋼纖維混凝土、聚合物浸漬輕質(zhì)混凝土。用聚合物浸漬的方法改善混凝土板的抗磨性能，用真空浸漬來處理混凝土表面裂縫。第三節(jié) 聚合物混凝土1. 原材料聚合物：主要有熱固性樹脂、熱塑性樹脂、瀝青類、焦油類以及乙烯類單體。（P244表） 要求：應(yīng)與骨料容易混合、牢固粘

8、結(jié)，在室溫或加熱條件下可以固化，硬化時(shí)間可以調(diào)整，而且強(qiáng)度高、耐水性好。骨料：與普通混凝土骨料相同。填料：為減少樹脂的用量，改善樹脂混凝土的工作性能，宜加入粒徑很小的惰性材料，如粉砂、硅石粉、碳酸鈣、石灰石粉、粉煤灰、火山灰等。外加劑：在配制樹脂混凝土的過程中,需要添加適當(dāng)?shù)囊l(fā)劑、促進(jìn)劑或固化劑。選擇不同的外加劑和添加率,可控制樹脂混凝土的硬化時(shí)間及性能。常用的有苯二甲胺、乙二胺、多乙烯多胺。聚合物膠結(jié)混凝土-配合比第三節(jié) 聚合物混凝土2.生產(chǎn)工藝（1）流程P244圖3-5-3-1。（2）攪拌樹脂混凝土與水泥混凝土不同，樹脂混凝土粘性較大，如不快速攪拌，就會(huì)發(fā)生硬化反應(yīng)，以至無法混合均勻。為

9、此，樹脂混凝土最好使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)。樹脂混凝土的攪拌可采用兩種方法：一種是先將骨料和填充料投入攪拌機(jī)中，攪拌約2min。隨后投入預(yù)先(約提前2min)已混合好的液態(tài)樹脂基劑和硬化劑，再攪拌3min。另一種是先在攪拌機(jī)中加入液態(tài)樹脂基劑和硬化劑，攪拌約2min，隨后投入骨料和填充材料的混合物，再攪拌3min。（3）澆注和成型混凝土不能像普通水泥混凝土那樣在攪拌后置放一段時(shí)間,而應(yīng)在攪拌后在盡可能短的時(shí)間(允許時(shí)間)內(nèi)全部用完,更不能置留在攪拌機(jī)內(nèi),而應(yīng)立即送到施工現(xiàn)場(chǎng)鋪開,使其反應(yīng)熱盡快散發(fā)。樹脂混凝土對(duì)各種材料有良好的粘接性,用模型澆注時(shí),應(yīng)根據(jù)樹脂的種類選擇適當(dāng)?shù)拿撃?硅酮等),預(yù)先將其涂

10、在模型上面,否則就不易脫模,致使表面損傷,影響外觀質(zhì)量。樹脂混凝土的澆注、抹平及裝修所用工具與水泥混凝土相同。工具用完后,應(yīng)立即清除粘附在上面的拌合物。第三節(jié) 聚合物混凝土3. 性能P245表3-5-3-2抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、彈性模量、粘結(jié)強(qiáng)度均高?？棺冃文芰谩Ｖ旅?，故抗?jié)B性、抗凍性、抗腐蝕性以及抗沖刷耐磨性均好。第三節(jié) 聚合物混凝土4. 應(yīng)用由于高強(qiáng)、抗?jié)B、耐磨性能好，較廣泛地用于要求耐腐蝕的化工結(jié)構(gòu)和接頭，還用于襯砌、堤壩面層、樁、軌枕及噴射混凝土等。由于外形美觀，可以代替花崗石、大理石等用作地面磚、桌面、浴缸等。第三節(jié) 聚合物混凝土第四節(jié) 聚合物改性混凝土一、聚合物改性混凝土

11、機(jī)理1. 水泥混凝土中聚合物形成結(jié)構(gòu)（1）過程第一階段：以乳液形式摻加到水泥混凝土中的聚合物，在水泥混凝土攪拌均勻后，聚合物乳液顆粒會(huì)相當(dāng)均勻地分散在水泥混凝土體系中。第二階段：隨著水泥的水化，體系中的水不斷地被水化水泥所結(jié)合，聚合物乳液逐漸被限制在毛細(xì)孔隙中。隨著水化的繼續(xù)進(jìn)行，毛細(xì)孔隙中的水量在減少，聚合物顆粒絮凝在一起。第三階段：隨著水化過程的不斷進(jìn)行，聚集在一起的聚合物顆粒之間的水分逐漸被全部吸收到水化過程的化學(xué)結(jié)合水中去，最終聚合物顆粒完全融合在一起形成連續(xù)的聚合物網(wǎng)結(jié)構(gòu)。（2）作用聚合物會(huì)在水泥水化凝膠的表面、骨料顆粒的表面積及未水化水泥顆粒的表面形成密封層（即薄膜），即聚合物薄膜

12、填充了水泥混凝土中較大的孔隙以及水泥石與骨料的界面。聚合物網(wǎng)結(jié)構(gòu)把水泥水化產(chǎn)物聯(lián)結(jié)在一起，即水泥水化產(chǎn)物與聚合物交織纏繞在一起，因而改善了水泥石結(jié)構(gòu)形態(tài)。2. 聚合物與水泥的相互作用聚合物顆粒與水泥水化產(chǎn)物之間產(chǎn)生離子鍵型的化學(xué)結(jié)合，形成聯(lián)結(jié)強(qiáng)度，而且這種化學(xué)作用對(duì)于聚合物成膜以及水泥水化過程（如水化速度）均有明顯的影響。聚合物與水泥水化產(chǎn)物之間也可通過氫鍵、范德華鍵相互作用，從而對(duì)于水泥石及水泥混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度起一定的加強(qiáng)作用。3. 聚合物的減水作用大部分聚合物摻入水泥混凝土后可以改善其流動(dòng)性。原因有兩個(gè)：一是聚合物顆粒在混凝土體系中的軸承效應(yīng)；二是聚合物乳液中的表面活性物質(zhì)（類似減水劑）可

13、以改善流動(dòng)性。故聚合物摻入后，可以降低水灰比，減小混凝土中的孔隙率。第四節(jié) 聚合物改性混凝土第四節(jié) 聚合物改性混凝土二、材料組成水泥、骨料、水、聚合物、助劑。1. 聚合物水溶性聚合物分散體乳膠類，如橡膠乳液、樹脂乳液和混合分散系；水溶性聚合物：如纖維衍生物、聚丙烯酸鹽等；液體聚合物：如不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂等。第四節(jié) 聚合物改性混凝土2. 助劑（1）穩(wěn)定劑 穩(wěn)定劑的主要作用是使聚合物與水泥混合均勻，并能有效地結(jié)合。常用的穩(wěn)定劑有OP型乳化劑、均染劑102、農(nóng)乳600等。（2）抗水劑 有些聚合物，如乳膠樹脂及其乳化劑和穩(wěn)定劑，耐水性差，使用時(shí)需加入抗水劑。（3）促凝劑 當(dāng)乳膠樹脂等摻量較多時(shí)，會(huì)延

14、緩聚合物水泥混凝土的凝結(jié)，因而須加入促凝劑。（4）消泡劑乳膠與水泥拌和時(shí)，會(huì)產(chǎn)生許多小泡，致使混凝土孔隙率增加，因此需加入消泡劑。常用的消泡劑有醇類、脂肪酸酯類、磷酸酯類以及有機(jī)硅類。第四節(jié) 聚合物改性混凝土三、配合比組成設(shè)計(jì)聚合物水泥混凝土的配合比是影響其技術(shù)性能的主要因素,對(duì)聚合物水泥混凝土的技術(shù)性能產(chǎn)生影響的因素較多,如聚合物的種類、聚合物與水泥比、水灰比、消泡劑及摻量等。在確定聚合物水泥混凝土的配合比時(shí),除考慮混凝土的和易性和抗壓強(qiáng)度外，還需考慮抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、粘結(jié)性、不透水性和耐腐蝕性等。決定上述這些性能的關(guān)鍵是聚合物和水泥在整個(gè)固體中的重量比。在考慮其他組成材料時(shí),可按普通水泥

15、混凝土進(jìn)行計(jì)算。第四節(jié) 聚合物改性混凝土四、施工工藝拌制：與普通水泥混凝土相同，在加水時(shí)摻入一定量的聚合物分散體及助劑即可，也可將聚合物粉末直接摻入水泥中。養(yǎng)護(hù)：澆筑后尚未硬化時(shí)，不能灑水養(yǎng)護(hù)或遭雨淋，否則表面將形成一層白色脆性的聚合物薄膜，降低使用性能。最后先濕氣養(yǎng)護(hù)，然后再干養(yǎng)護(hù)。第四節(jié) 聚合物改性混凝土五、性能1. 聚合物改性水泥石微觀結(jié)構(gòu)隨聚合物不同而不同。部分聚合物（如聚丙烯酸PAA）摻入后，水泥砂漿中總孔隙率減小，特別是界面區(qū)域的孔隙（較大孔徑）數(shù)量減小。部分聚合物（如聚苯乙烯）摻入后，水泥砂漿中總孔隙率增大，特別是界面區(qū)域的孔隙（較大孔徑）數(shù)量增多。說明聚苯乙烯在混凝土中不能融合

16、成膜，其顆粒堆積在一起導(dǎo)致孔隙增多。用于聚合物改性水泥混凝土的當(dāng)然是第一種。第四節(jié) 聚合物改性混凝土2. 聚合物改性混凝土強(qiáng)度（1）對(duì)于強(qiáng)度的影響大部分聚合物對(duì)于混凝土的抗折強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度有非常明顯的改善效果，對(duì)于抗壓強(qiáng)度僅有少量的改善效果，故可以提高水泥混凝土的抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的比值。（P250，表3-5-4-1）?？梢蕴岣呋炷僚c其它材料的粘附強(qiáng)度。（2）強(qiáng)度影響因素聚合物品種和摻量、水泥品種以及養(yǎng)護(hù)條件。第四節(jié) 聚合物改性混凝土3. 聚合物改性混凝土的變形（1）應(yīng)力應(yīng)變曲線摻入聚合物后，水泥混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線斜率減小。破壞時(shí)的應(yīng)變?cè)黾?，即由脆性破壞變?yōu)槿嵝云茐?。?）干縮 取決于聚合物的類型和摻量，其干縮率可能大于或小于普通水泥混凝土的干縮率。（3）溫縮溫度脹縮系數(shù)一般大于普通的水泥混凝土的。第四節(jié) 聚合物改性混凝土4. 耐久性（1）滲透性及水穩(wěn)定性 由于摻入聚合物以后更加密實(shí)，所以提高了水的滲透性（防水性）和水穩(wěn)定性。（2）溫度穩(wěn)定性 溫度升高時(shí)，聚合物改性混凝土的強(qiáng)度明顯降低。特別是溫度高于聚合物的玻璃化溫度時(shí)強(qiáng)度降低更為明顯，因?yàn)榇藭r(shí)聚合物塑化了。（3）化學(xué)穩(wěn)定性 取