聚合物水泥混凝土性能研究

王中合

（邢臺(tái)路橋建設(shè)總公司，河北 邢臺(tái) 054001）

0 引言

普通水泥混凝土是一種脆性材料，抗壓強(qiáng)度高，彈性模量大，抗彎拉強(qiáng)度低，存在剛性過大、柔性不足、變形能力較小、耐久性欠佳等缺點(diǎn)，不適合應(yīng)用于撓度大的橋梁工程，例如鋼疊梁組合結(jié)構(gòu)的橋面鋪裝工程中，否則易出現(xiàn)開裂斷板等病害。本文采用外摻聚合物對(duì)普通混凝土進(jìn)行改性，對(duì)聚合物水泥混凝土的力學(xué)性能和耐久性進(jìn)行試驗(yàn)。

1 原材料技術(shù)性質(zhì)

1.1 水泥

選用“詠寧”牌P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，初凝時(shí)間為280min，終凝時(shí)間為350min，3d抗彎拉強(qiáng)度為5.6MPa，抗壓強(qiáng)度為25.6MPa；28d抗彎拉強(qiáng)度為8.8MPa，抗壓強(qiáng)度為51.4MPa。

1.2 粗集料

選擇5～15mm整形石灰?guī)r碎石。

1.3 細(xì)集料

選用天然中粗河砂，細(xì)度模數(shù)為2.80；含泥量為1.5%。

1.4 Ⅰ級(jí)粉煤灰

試驗(yàn)原材料的其他技術(shù)性質(zhì)均滿足《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F30—2003）的相關(guān)要求。

1.5 聚合物乳液

選用聚羧酸丁苯膠乳液，其技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 聚合物乳液技術(shù)指標(biāo)

1.6 聚羧酸高效減水劑

石家莊育才減水劑廠生產(chǎn)。

1.7 消泡劑

消泡劑是消除聚合物乳液中乳化劑、穩(wěn)定劑的表面活化影響而在拌和時(shí)產(chǎn)生的大量氣泡，以降低拌和物的孔隙率，減小對(duì)強(qiáng)度的影響。濟(jì)南多維橋化工有限責(zé)任公司生產(chǎn)。

1.8 自來水

選用普通自來水。

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.1 配合比

通過室內(nèi)試驗(yàn)，確定的聚合物纖維水泥混凝土的配合比（m3）是：石料∶砂∶水泥∶粉煤灰∶膠乳∶水∶減水劑=1141∶615∶407∶77∶30∶145∶13

水膠比（包括乳液含水）為0.33，砂率為0.35。

2.2 坍落度和擴(kuò)展度

坍落度為230mm，擴(kuò)展度為470mm，1h后坍落度為220mm，擴(kuò)展度為450mm。

2.3 成型方式和養(yǎng)護(hù)方式

成型方式為采用振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)90s；養(yǎng)護(hù)方式為前期3d標(biāo)養(yǎng)，后期干養(yǎng)護(hù)。

3 試驗(yàn)方法

摻加聚合物乳液水泥混凝土與不摻加乳液的水泥混凝土進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比。

3.1 抗壓強(qiáng)度與抗彎拉強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度試件尺寸為150mm×150mm×150mm，抗彎拉強(qiáng)度試件尺寸為150mm×150mm×550mm，7d、28d和90d齡期，按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E30—2005）方法測(cè)定。

3.2 彈性模量

分別采用抗彎拉試驗(yàn)和超聲波法測(cè)定混凝土28d齡期的抗彎拉彈性模量和動(dòng)彈性模量，按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E30—2005）中的方法測(cè)定。

3.3 撓度

試件尺寸為150mm×150mm×550mm，28d齡期，參照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E30—2005）中抗彎拉彈性模量方法，測(cè)定試件受最大彎拉力破壞時(shí)試件的跨中撓度值。

3.4 耐磨性能

試件尺寸為150mm×150mm×550mm，28d齡期，按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E30—2005）中水泥混凝土耐磨性試驗(yàn)方法測(cè)定。磨耗面積為150mm×150mm，以單位面積的磨損量作為耐磨性能指標(biāo)。

3.5 干縮性能

試件尺寸為100mm×100mm×515mm，28d齡期，按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E30—2005）中水泥混凝土干縮試驗(yàn)方法測(cè)定。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 抗壓強(qiáng)度與抗彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 普通混凝土與聚合物水泥混凝土抗彎拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

分析表2可以得到以下結(jié)論：

（1）與普通混凝土類似，聚合物水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度隨齡期的增加而增長(zhǎng)；

（2）聚合物的摻加，使聚合物水泥混凝土的抗彎拉強(qiáng)度相對(duì)普通混凝土提高，但抗壓強(qiáng)度降低；

（3）聚合物水泥混凝土的壓折比相對(duì)普通混凝土的壓折比大大減小，反映了聚合物的摻入使混凝土材料的脆性減小，韌性增加，抗變形能力和容許應(yīng)力提高。

4.2 彈性模量

試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 普通混凝土與聚合物水泥混凝土彈性模量試驗(yàn)結(jié)果

從表3可知，混凝土中摻入聚合物乳液，其抗折彈性模量和動(dòng)彈性模量均下降，抗折彈性模量則降低18.2%，動(dòng)彈性模量較普通混凝土降低16.6%，因此聚合物混凝土的脆性降低，柔性增加，抗變形能力增強(qiáng)，荷載應(yīng)力減小。

4.3 撓度

未摻入聚合物乳液的普通水泥混凝土試件的跨中最大撓度值是0.85mm，而聚合物水泥混凝土試件的跨中最大撓度是1.56mm，遠(yuǎn)大于普通水泥混凝土，這很直觀地驗(yàn)證了水泥混凝土中摻入聚合物可以使混凝土的脆性發(fā)生改變，抗變形能力增強(qiáng)。

4.4 耐磨性能

普通水泥混凝土的磨損量為5.57kg/m2，而聚合物水泥混凝土的磨損量為3.32kg/m2。試驗(yàn)結(jié)果表明，聚合物的摻加，單位面積磨損量降低了40.4%，說明聚合物水泥混凝土的耐磨性能得到了提高。

4.5 干縮性能

試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 普通混凝土與聚合物水泥混凝土干縮試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可知：普通混凝土的干縮率隨齡期的增長(zhǎng)而增加，90d后干縮趨于穩(wěn)定；聚合物混凝土的干縮率相對(duì)普通混凝土減小，且隨齡期的增加，60d后干縮趨于穩(wěn)定。因此聚合物的摻入能大大改善混凝土的干縮性能，其主要原因是：一方面，隨著齡期的增加，水泥水化反應(yīng)更加充分；另一方面，聚合物與水泥水化產(chǎn)物相互交織形成不連續(xù)的膜，很好地填充了混凝土的孔隙，降低了孔隙率，提高了密實(shí)度，故聚合物水泥混凝土與普通混凝土干縮率差值隨齡期的增加而增大。

5 結(jié)論

聚合物具有很好的減水性，聚合物水泥混凝土的力學(xué)性能相對(duì)普通混凝土有明顯改善，具有向柔性材料轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。

與普通混凝土相比，聚合物混凝土的抗彎拉強(qiáng)度、最大抗彎拉破壞跨中撓度值增大，壓折比、動(dòng)彈性模量和抗折彈性模量降低。

與普通混凝土相比，聚合物混凝土的耐久性能得到改善，其耐磨性提高，干縮率降低。

[1]張明征.高性能混凝土的配制與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.