聚合物改性水泥砂漿靜力學性能研究進展

李啟強，盧軍太，郭小佳，張海波

（河南理工大學材料科學與工程學院，河南焦作454000）

0 引言

近年來，聚合物改性水泥砂漿的研究和應用在不斷發(fā)展和變化,其良好的性能引起了廣泛關注。國內(nèi)外學者對聚合物水泥砂漿開展了較為廣泛的研究，研究內(nèi)容涉及到力學性能、耐久性能等多個方面，研究表明，聚合物的加入大大提高了水泥砂漿的性能，與普通水泥砂漿相比，具有較小的彈性模量、優(yōu)異的抗?jié)B性能 、抗生物酸侵蝕性、抗化學腐蝕性等特點，被廣泛應用在建筑、交通、水利和化工等領域。

聚合物改性水泥砂漿基本分為三種類型：聚合物乳液、水溶性聚合物(或單體)和可分散粉末狀聚合物，不同特性的高分子聚合物對水泥砂漿的改性效果也各不相同，其改性效果除了與摻入的聚合物本身特性有很大關系外，同樣也受到水灰比、聚灰比、養(yǎng)護制度等影響。因此，總結(jié)最新研究成果及探討其改性方法對新材料的應用開發(fā)具有重要意義。本文重點介紹了國內(nèi)外這三種類型的聚合物改性砂漿的靜力學性能研究的新動態(tài)，以供相關研究參考借鑒。

1 乳液改性

任偉等采用PB-g-PS膠乳改性對水泥砂漿改性，考查了PB對PS重量比和聚灰比對聚合物改性水泥砂漿的力學性能影響。結(jié)果表明：在固定水灰比為0.5、不考慮PB對PS重量比時，隨聚灰比的增加，抗壓抗折強度都呈下降趨勢。不考慮聚灰比，PB對PS重量比為70/30的膠乳改性砂漿的抗壓強度最低，重量比為30/70的膠乳改性砂漿抗折強度最低。

徐方等研究了不同摻量的苯丙乳液、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液（VAE707）聚合物乳液對水泥砂漿工作性能、凝結(jié)性能、力學性能的影響。結(jié)果表明：兩種聚合物乳液對砂漿的減水作用明顯,當聚合物乳液摻量為20%時,苯丙乳液、VAE707乳液改性砂漿的減水率分別達到33%、21%，且隨聚合物乳液摻量的增加而增大；隨聚灰比的提高，兩種聚合物乳液對水泥凈漿滯凝作用越發(fā)顯著。當P/C=20%時,苯丙乳液和VAE707乳液改性水泥凈漿的初凝時間較普通水泥凈漿分別延長了153%，98%終凝時間分別延長了94%，88%；VAE707乳液對水泥砂漿的抗壓、抗折強度提高作用優(yōu)于苯丙乳液，隨著苯丙乳液摻量的加大,改性水泥砂漿逐漸向一種柔性材料轉(zhuǎn)化，當苯丙乳液乳液摻量為20%時,其7 d、28 d、90 d折壓比相對普通水泥砂漿分別降低了27.5%、35.5%、38.8%。

周志剛通過在水泥砂漿中添加12.5%的苯丙交聯(lián)型丙烯酸乳液，研究了聚合物乳液對水泥砂漿力學性能及耐久性能的影響。結(jié)果表明，添加12.5%的苯丙交聯(lián)聚合物乳液的水泥砂漿，后期抗壓強度有所提高，28 d和90 d的抗壓強度分別提高4%和7%；早期7 d抗彎拉強度略微提高，后期抗彎拉強度顯著提高，28 d和90 d的提高幅度分別達到33%和43%；抗彎拉疲勞性能和抗氯離子滲透性明顯優(yōu)于普通水泥砂漿，氯離子擴散系數(shù)與普通水泥砂漿相比平均降低幅度達70%。

Hwang研究了丁苯橡膠乳液（SBR）和聚丙烯酸酯（PAE）對聚合物改性混凝土抗壓強度和抗彎強度的影響，研究表明：加入聚合物的混凝土的抗壓強度比未加聚合物的低，而聚合物含量為20%的抗壓強度比含量為10%的高；但是聚合物的加入，顯著提高了其抗彎強度，在回收的人造大理石細骨料含量為50%時，加入20%的SBR其抗彎強度提高了47%。

熊劍平等采用SD622S羧基丁苯乳液作為改性劑，并摻配有機硅類消泡劑F111和A334，制得聚合物水泥砂漿(PMA)，通過室內(nèi)試驗研究了聚合物對水泥砂漿凝結(jié)性能、力學性能的改性作用。研究表明：隨聚灰比的提高，水泥凈漿滯凝作用越發(fā)顯著，當聚合物摻量增至15%時，水泥凈漿的初凝時間延長了76%，終凝時間延長了50%，聚合物對水泥凈漿初凝時間的緩凝效果強于終凝的；隨聚合物摻量的增加，PMA的抗折強度呈單調(diào)遞增趨勢，當P／C=0.05時，PMA的抗折強度略低于普通砂漿，此后強度增長很快，當P／C=0.15時，其28 d抗折強度較普通砂漿提高了58%，抗折強度隨聚灰比增大而提高的幅度以7 d最大，28 d次之，90 d最?。籔MA的抗壓強度普遍低于普通砂漿，當P／C=0.15時，抗壓強度有所回升，PMA的28 d抗壓強度與普通砂漿接近。

Ru Wang等研究了丁苯橡膠乳液對水泥砂漿性能的影響。研究表明：在同一養(yǎng)護期下，聚合物的含量由1%增加到8%時，抗壓強度呈下降趨勢，在聚合物含量達到8%以上時，抗壓強度基本保持不變；而水泥砂漿的抗彎強度在聚合物的含量為1～2%時，有輕微增加，在聚合物含量由2%增加到7%時，抗彎強度呈下降趨勢，聚合物含量超過7%時，隨著養(yǎng)護期的不同，其抗彎強度的變化趨勢也不同，養(yǎng)護期為3 d時，略有下降，養(yǎng)護期為7 d時，基本不變，養(yǎng)護期為28 d時，呈增加的趨勢。

2 水溶性/單體改性

李永鵬等采用水溶性高分子聚合物聚丙烯酰胺（PAM）和羥乙基纖維素（HEC）作為增稠劑，研究了PAM和HEC摻量對水泥砂漿的工作性和強度影響。結(jié)果表明：摻HEC的砂漿保水率均在95%以上，當摻量大于0.1%時，保水率達到99%以上，摻PAM的砂漿保水率改善效果不是很明顯，最大為91.5%；隨著PAM和HEC摻量的增大，試樣7 d和28 d的抗壓強度和抗折強度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，粘結(jié)強度均隨兩種摻量增大而增大，摻HEC砂漿強度均大于摻PAM砂漿；7 d齡期的PAM改性砂漿的折壓比隨摻量增加而降低，28 d試樣折壓比均隨摻量的增大而增大，但PAM改性砂漿的折壓比均低于空白砂漿，摻加HEC后砂漿折壓比均高于空白砂漿，并隨摻量增大而增大，增幅最大達17%，HEC較PAM更有利于砂漿韌性的改善。

孫增智等研究了水溶性聚合物聚丙烯酰胺（PAM）改性水泥砂漿在不同養(yǎng)護方式下力學性能的發(fā)展變化規(guī)律。結(jié)果表明：養(yǎng)生條件對PAM水泥砂漿抗折強度的影響規(guī)律為：水中養(yǎng)生強度最高,其次為先水中養(yǎng)生后空氣中干養(yǎng)生,最后為全部空氣中干養(yǎng)生；PAM對水泥砂漿的抗折強度和柔韌性均有顯著影響。砂漿的壓折比是隨著PAM摻量的增加而減少的,說明PAM可以降低水泥砂漿的脆性,增加其柔性，具有最佳摻量8%。

3 可分散粉末改性

程祥龍等采用醋酸乙烯酯（VAC）與叔碳酸乙烯酯（VeoVa10）共聚得到 VAC－VeoVa10乳膠粉，研究了不同用量的乳膠粉對水泥砂漿的力學性能影響。結(jié)果表明：隨著乳膠粉用量的增加，改性水泥砂漿的抗折強度有所提高，抗壓強度降低，壓折比降低；當乳膠粉質(zhì)量分數(shù)超過3%時，抗折增加趨勢減緩，抗壓強度下降趨勢更加明顯，壓折比降低趨勢減緩。

李迎春采用可再分散6041A丙烯酸乳膠粉摻入剛性防水砂漿中，研究了剛性防水砂漿摻入丙烯酸酯可再分散乳膠粉后的力學性能。結(jié)果表明：隨著膠粉摻量的增加，抗壓強度有較為顯著的下降趨勢，而抗折強度先隨著膠粉摻量的增加而增加，而后隨著摻量的增加而降低，在膠粉摻量3%時有抗折強度最高；壓折比隨著膠粉摻量增加而降低，膠粉摻量為3%時，壓折比為3.04，當膠粉摻量超過3%時，壓折比小于標準3.0；隨著膠粉摻量的增加，砂漿的粘接強度顯著上升，當膠粉摻量分別為0、1%、2%、3%、4%和5%時，28 d與砂漿的粘接強度分別為 0.84 MPa、1.60 MPa、1.91 MPa、2.24 MPa、2.39 MPa和2.51 MPa，總量1%的膠粉可使粘接強度提高90%。

王春華等采用可再分散乳膠粉（FL1212）為聚合物改性硫鋁酸鹽水泥（SAC）砂漿，通過與硅酸鹽水泥（PC）對比，研究聚合物對硫鋁酸鹽水泥（SAC）砂漿的力學性能、柔韌性和干縮性能影響。結(jié)果表明：添加可再分散乳膠粉后，兩種水泥砂漿抗折強度顯著提高,PC砂漿和SAC砂漿28 d抗折強度達到最大值時，與未摻膠粉的砂漿的28 d強度相比分別提高了18.2%、38.2%；隨著聚合物干粉摻量的增大，砂漿抗壓強度增加，當達到一個最高值后，隨著摻量的繼續(xù)增加，強度又有所下降；隨著聚合物干粉摻量的增大，聚合物水泥（PC）砂漿壓折比呈現(xiàn)出先降低后增大的趨勢，在其摻量為8%時，砂漿壓折比最小，聚合物水泥（SAC）砂漿壓折比呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，在其摻量為10%時，砂漿壓折比僅為基準砂漿壓折比的0.75左右；但當其摻量在10%以上時，砂漿壓折比降低的幅度相對增大。聚合物干粉能夠明顯降低砂漿壓折比，改善砂漿的柔韌性，但硫鋁酸鹽水泥砂漿壓折比更有利于改善砂漿柔韌性。

王培銘等研究了苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物乳膠粉（SAE）改性水泥砂漿的力學性能。結(jié)果表明：隨SAE乳膠粉的摻量的增加，3 d、7 d、28 d的改性水泥砂漿的抗壓強度降低,但降低的速率不大，摻量為20.0%時,其28 d抗壓強度與未摻SAE乳膠粉的水泥砂漿相比降幅約為30%；隨SAE乳膠粉摻量的增加,改性水泥砂漿3 d抗折強度先減小后增大，不會超過未摻SAE乳膠粉水泥砂漿的抗折強度，當SAE乳膠粉摻量為10.0%時,其7 d抗折強度大于未摻SAE乳膠粉的水泥砂漿；當SAE乳膠粉摻量為2.0%時,其28 d的抗折強度大于未摻SAE乳膠粉的水泥砂漿，其后隨SAE乳膠粉摻量的增加抗折強度逐漸上升，當SAE乳膠粉摻量為20.0%時，其28d的抗折強度為11.3 MPa,與未摻SAE乳膠粉的水泥砂漿相比增幅為32.9%。

4 結(jié)語

目前，在水泥砂漿的改性研究工作中，聚合物改性水泥砂漿的力學性能在一定程度得到改善，因聚合物性能、改性方法不同而呈現(xiàn)不同的性質(zhì)，但無論哪種聚合物都使水泥砂漿的韌性得到很大提高。作為修補材料聚合物改性水泥砂漿在國外被廣泛應用于裝飾面、橋梁甲板表面等修補工程，國內(nèi)在混凝土結(jié)構(gòu)修補、隧道及給排水設施的防水以及橋梁等許多方面也有著廣泛的應用。通過大量研究文獻表明，聚合物在改性水泥砂漿的綜合性能方面顯示出其不足，隨綠色制造要求的提高,工業(yè)應用更期待能夠研究出具有優(yōu)越的綜合性能、環(huán)保型、自潔型的新型聚合物改性水泥砂漿，以擴大其應用領域與地域。

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