聚合物改性水泥砂漿的研究進(jìn)展*

李　悅，何　赫

(北京工業(yè)大學(xué) 城市與工程安全減災(zāi)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，工程抗震與結(jié)構(gòu)診治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124)

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聚合物改性水泥砂漿的研究進(jìn)展*

李悅，何赫

(北京工業(yè)大學(xué) 城市與工程安全減災(zāi)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，工程抗震與結(jié)構(gòu)診治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124)

摘要：聚合物改性水泥砂漿具有強(qiáng)度高、韌性高、粘結(jié)性能好、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，是目前混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固領(lǐng)域的研究熱門。綜述了近年國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域已取得的研究成果，全面介紹了此類砂漿的性能。在此研究基礎(chǔ)上提出了今后研究的方向，并就此類材料未來的研究和應(yīng)用提供了指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：聚合物改性；水泥砂漿；研究進(jìn)展

0引言

早在90年前聚合物改性砂漿和混凝土的概念就已被提出了，但直到20世紀(jì)70年代后此類材料才得到較快發(fā)展，正值歐美發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)四五十年代修建的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)入修補(bǔ)加固的時(shí)期。從某種程度上說，聚合物在水泥基材料中的應(yīng)用是伴隨著混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)加固而發(fā)展起來的。隨著近年來我國(guó)興建的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)入維修加固期，聚合物改性水泥砂漿在我國(guó)的研究應(yīng)用也有了較快發(fā)展。

聚合物的摻入可以提高水泥砂漿和混凝土的強(qiáng)度、粘結(jié)性能、抗?jié)B透性、耐腐蝕性等，因此聚合物被廣泛用于提高建筑材料的性能。用于修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)表面缺陷的聚合物改性水泥砂漿(PMCM),可分為乳液類和膠粉類。對(duì)大量應(yīng)用于PMCM中的聚合物的調(diào)查表明，通過乳液聚合的聚合物應(yīng)用最為廣泛并且能夠被接受。用于聚合物改性水泥砂漿中的常用聚合物乳液主要有丁苯類乳液(SBR)、丙烯酸類乳液(PAE)、環(huán)氧類乳液(EE)、氯丁類乳液(CR)、苯丙乳液(SAE)、醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液(VAE)、支化羥酸乙烯酯乳液(VA-VEOVA)、聚醋酸乙烯酯乳液(PVAC)等。

1新拌聚合物改性水泥砂漿的性能

1.1工作性

聚合物的種類、摻量對(duì)新拌砂漿的工作性影響顯著。有研究發(fā)現(xiàn)，不同種類聚合物乳液的減水率都能達(dá)到20%以上，減水效果明顯，其中SBR的減水效果更優(yōu)[1]。即使是同種聚合物，由于聚合物乳液的性質(zhì)不同，對(duì)改性砂漿流動(dòng)性的影響也不相同[2]。通常，隨著聚灰比(聚合物與水泥的質(zhì)量比)的增加，乳液改性砂漿的流動(dòng)性提高，工作性改善[3-4]。聚合物乳液的摻入能提高新拌砂漿的工作性[5]，這是因?yàn)槿橐褐械谋砻婊钚詣┘胺€(wěn)定劑在改性砂漿中引入了較多氣泡，砂漿中水泥顆粒的堆積狀態(tài)得到改善，水泥顆粒的分散效果提高。乳液的憎水性和膠體特性使新拌改性砂漿具有良好的保水性，從而降低了對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期濕養(yǎng)護(hù)的必要。通過在聚合物改性砂漿中摻入纖維素醚[6]、改性無機(jī)礦粉[7]可以進(jìn)一步提高新拌砂漿的保水率。

1.2含氣量

已有研究表明，聚合物乳液改性砂漿的含氣量高于空白普通水泥砂漿，這是因?yàn)閾饺氲木酆衔锶橐褐械谋砻婊钚詣┖头€(wěn)定劑在新拌砂漿中引入了較多氣泡。適當(dāng)?shù)囊龤庥兄诟纳菩掳杷嗌皾{的流動(dòng)性，提高其抗?jié)B性和抗凍融性，但過量的氣泡則會(huì)降低砂漿的強(qiáng)度。一般聚合物乳液改性砂漿的含氣量為5%～20%，有些甚至高達(dá)30%?？刂聘男陨皾{的含氣量，常用的方法是在乳液中摻入適量的消泡劑。有研究表明，不摻消泡劑的聚丙烯酸酯乳液改性水泥砂漿的含氣量為43.6%，而當(dāng)摻入0.5%的消泡劑后含氣量大幅降低至8.0%[8]?？紤]到消泡劑可能會(huì)影響水泥與增強(qiáng)材料之間的粘結(jié)，有些文獻(xiàn)研究了其它降低含氣量的方法，例如在拌合前采用恒溫水浴法提高環(huán)氧乳液的溫度可以降低改性砂漿的含氣量[9]。

1.3凝結(jié)時(shí)間與工作時(shí)間

通常摻入聚合物乳液后，水泥砂漿的凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，乳液摻量的影響較為顯著。對(duì)此不同學(xué)者的研究有較大出入。有些研究[1,10]發(fā)現(xiàn)，聚合物改性砂漿的凝結(jié)時(shí)間比普通水泥砂漿延長(zhǎng)且隨著聚灰比的增大而增加。但有的研究結(jié)果卻剛好相反[3,11]。

聚合物改性砂漿的工作時(shí)間與凝結(jié)時(shí)間沒有直接的關(guān)系，主要與施工時(shí)表面的干燥條件(溫度、濕度、風(fēng)速等)有關(guān)。如果改性砂漿表面干得太快，較早形成“硬皮”，就會(huì)影響最后的修整工作。一般來說，聚合物改性砂漿拌合完暴露于空氣中后，需要有15～30min的工作時(shí)間進(jìn)行表面刮平等修整工作。

1.4塑性開裂

新拌砂漿在凝結(jié)硬化前(塑性階段)由于表面水分快速蒸發(fā)容易產(chǎn)生塑性開裂，主要原因是砂漿內(nèi)部的泌水速度與表面水分的蒸發(fā)速度之間存在差別。研究表明，聚合物的摻入限制了砂漿塑性收縮導(dǎo)致的表面和內(nèi)部微裂縫的產(chǎn)生[12]。有學(xué)者認(rèn)為，聚合物減緩了水泥水化的放熱速率，提高了砂漿的抗開裂性能，但收縮變形會(huì)增大[13]。對(duì)此有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，摻加適量的聚丙烯纖維可以有效抑制改性砂漿的塑性開裂[14]。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，纖維的種類和長(zhǎng)度、聚丙烯纖維的幾何形態(tài)、不同的攪拌方式、砂子的粒徑對(duì)改性砂漿的早期失水都有一定的影響[15-16]。考慮到乳液改性砂漿的收縮變形較大，在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)應(yīng)特別注意蒸發(fā)率超過0.5kg/(m2·h)的情況，施工完后最好對(duì)砂漿采取短期的保濕養(yǎng)護(hù)措施。

2硬化聚合物改性水泥砂漿的性能

2.1抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度

通常，聚合物的摻入會(huì)降低水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度，提高其抗折強(qiáng)度。水膠比相同時(shí)，聚合物改性砂漿的抗壓強(qiáng)度要低于未改性的普通水泥砂漿。文獻(xiàn)[17]對(duì)比了摻入SBR乳液和PAE乳液后改性砂漿的強(qiáng)度，結(jié)果表明，兩種改性砂漿的抗壓強(qiáng)度較空白水泥砂漿均有所減小，但是聚灰比0.2時(shí)的抗壓強(qiáng)度高于聚灰比0.1時(shí)的抗壓強(qiáng)度。

聚合物砂漿的配合比(聚灰比、水灰比、灰砂比等)是影響砂漿強(qiáng)度的主要因素。文獻(xiàn)[18]研究表明，當(dāng)聚灰比<7.5%時(shí)，SBR的摻入會(huì)顯著降低砂漿的抗壓強(qiáng)度。文獻(xiàn)[19]對(duì)比了3種不同類型聚合物乳液對(duì)自流平砂漿強(qiáng)度的影響，研究發(fā)現(xiàn)，3種改性水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度隨著聚合物摻量的增加均有所下降。對(duì)此有學(xué)者研究認(rèn)為，纖維素醚的摻入減緩了聚合物對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的降低趨勢(shì)[6]。文獻(xiàn)[20]研究發(fā)現(xiàn)，水灰比對(duì)改性砂漿的抗壓抗折強(qiáng)度略有影響。而當(dāng)水泥砂漿的灰砂比不同時(shí)，聚合物乳液對(duì)抗壓抗折強(qiáng)度的改性效果也不同[21]。

摻入摻和料對(duì)改性砂漿的強(qiáng)度影響顯著，不同學(xué)者的研究結(jié)果相差較大。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，摻入硅灰或礦渣后，改性水泥砂漿的強(qiáng)度提高，其中摻入10%硅灰的改性效果優(yōu)于摻入40%的礦渣[22]。有研究表明，摻入超細(xì)礦渣后，聚合物改性砂漿的28d抗壓抗折強(qiáng)度比普通水泥砂漿高出15%～25%[23]。在文獻(xiàn)[24]的研究中，研究了不同種類的礦物摻和料對(duì)聚合物改性砂漿性能的影響情況，結(jié)果表明，摻加粉煤灰能提高砂漿的抗折強(qiáng)度，摻加礦渣粉能提高砂漿的抗壓強(qiáng)度，摻加硅灰則會(huì)降低砂漿的強(qiáng)度。有些研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰的加入會(huì)減小改性砂漿的強(qiáng)度，同時(shí)粉煤灰的細(xì)度不同也會(huì)影響改性砂漿的強(qiáng)度[25]。

摻入聚丙烯纖維可以提高改性砂漿的抗折強(qiáng)度，長(zhǎng)纖維能大大提高水泥砂漿的抗折強(qiáng)度，而短纖維的提高效果則不明顯[22]。利用一些礦物廢料如鐵尾礦砂[26]來代替石英砂配制改性水泥砂漿或摻入高爐礦渣[27]取得了不錯(cuò)的效果。摻入水玻璃[28]、偏高嶺土或煅燒膨潤(rùn)土[5]也可以提高聚合物改性砂漿的抗壓抗折強(qiáng)度，其中摻入偏高嶺土的效果優(yōu)于煅燒膨潤(rùn)土。通過改變減水劑與乳液的加料順序[29]、細(xì)集料的種類和粒徑[30-31]也會(huì)影響改性水泥砂漿的強(qiáng)度。

養(yǎng)護(hù)條件也對(duì)改性砂漿的強(qiáng)度有一定影響。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，蒸汽養(yǎng)護(hù)加熱養(yǎng)護(hù)后的丁苯-環(huán)氧(無固化劑)改性砂漿的抗壓抗折強(qiáng)度是未改性砂漿的3倍[32]。文獻(xiàn)[3,33]研究表明，隨著乳液摻量的增加，試件達(dá)到一定的強(qiáng)度所需濕養(yǎng)護(hù)的時(shí)間逐漸減少。但是有學(xué)者認(rèn)為短期的濕養(yǎng)護(hù)對(duì)于聚合物改性砂漿仍然是必要的[34]。一般來說，早期水中養(yǎng)護(hù)后期干燥養(yǎng)護(hù)是較為理想的養(yǎng)護(hù)條件[35]。

有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)凍融循環(huán)后聚合物改性砂漿的抗壓強(qiáng)度有所增加，其原因是凍融破壞了聚合物薄膜，被其包裹的水泥顆粒得到釋放，繼續(xù)參與水化從而使強(qiáng)度增加[36]。另外不同凍融環(huán)境對(duì)聚合物砂漿強(qiáng)度的影響也不相同。有研究發(fā)現(xiàn)，空氣凍融和水凍循環(huán)兩種情況下，改性砂漿的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均會(huì)下降，其中“氣凍”造成的影響更大[37]。

2.2粘結(jié)性能

聚合物改性砂漿在各種基體上的粘結(jié)都比普通水泥砂漿好，原因是聚合物與被粘基體材料具有良好的膠接作用。不同種類的聚合物對(duì)改性砂漿的粘結(jié)性能影響較大。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，丙烯酸砂漿對(duì)老混凝土基體的長(zhǎng)期粘結(jié)性能優(yōu)于純丙和氯丁砂漿[38]。聚合物的摻量和水灰比對(duì)改性砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度也有重要影響。試驗(yàn)表明，添加5%～20%的聚合物乳液可以將基準(zhǔn)砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度提高1～4倍[39]。也有學(xué)者認(rèn)為，低聚合物摻量(不超過3.5%)下，改性砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度與聚合物的摻量成正比；而當(dāng)聚合物摻量超過3.5%時(shí)，摻量增加1%會(huì)使粘結(jié)強(qiáng)度降低40%[40]。在文獻(xiàn)[20]的研究中，研究了不同水灰比對(duì)聚合物改性砂漿粘結(jié)性能的影響狀況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，90d齡期時(shí)，兩種不同水灰比(0.35，0.4)的改性砂漿粘結(jié)強(qiáng)度均大于4MPa，比水灰比0.3時(shí)的粘結(jié)強(qiáng)度提高不止1倍，且遠(yuǎn)高于空白水泥砂漿。而粘結(jié)養(yǎng)護(hù)制度也會(huì)影響改性砂漿的粘結(jié)性能，不同的聚合物改性砂漿有各自適合的粘結(jié)養(yǎng)護(hù)制度[41]。

2.3韌性

聚合物改性砂漿韌性的表征指標(biāo)有多種，例如壓折比、抗沖擊性、橫向變形等，一般常用的表征指標(biāo)是壓折比，用于路面修補(bǔ)時(shí)常用抗沖擊性來表征。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)韌性較低時(shí)改性砂漿的壓折比較明顯，當(dāng)韌性較高時(shí)其橫向變形最明顯，而其抗沖擊性在任何情況下都較明顯[21]。在相同流動(dòng)度時(shí)，聚合物改性水泥砂漿的韌性優(yōu)于普通水泥砂漿。有研究表明，當(dāng)聚灰比在一定范圍(<10%)時(shí)，隨著聚灰比的增大，改性砂漿的韌性提高[42]。具有不同性能指標(biāo)的同種聚合物乳液對(duì)砂漿韌性的改善效果也不同[43]。有研究發(fā)現(xiàn)，在改性砂漿中摻入30%～40%的粉煤灰可以顯著降低改性砂漿的壓折比，提高砂漿的韌性[44]。進(jìn)一步的研究表明，粉煤灰細(xì)度的增大可以減小改性砂漿的壓折比，提高其韌性[25]。也可以采用摻入纖維的辦法來提高聚合物改性砂漿的韌性。有研究表明，與短聚丙烯纖維相比，長(zhǎng)聚丙烯纖維對(duì)改性砂漿韌性的改善效果更明顯[22]。

2.4干縮

聚合物改性砂漿的干縮主要受到聚合物種類和聚灰比的影響，隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，通常砂漿的28d干縮隨聚灰比的增大而減小。文獻(xiàn)[45]把不同摻量的丁苯乳液摻入水泥砂漿中，乳液摻量分別為3%，6%，9%和12%,研究表明，乳液摻量為6%時(shí)，改性砂漿的90d收縮變形降低幅度最大(9.4%)；28d齡期前，乳液摻量>3%時(shí)，乳液的摻入會(huì)抑制改性砂漿的收縮變形，摻加12%的乳液時(shí)其收縮變形降幅超過20%。關(guān)于聚合物乳液使砂漿減縮的機(jī)理，有研究認(rèn)為，乳液的摻入減緩了砂漿早期水化放熱的速率，減少了后期養(yǎng)護(hù)時(shí)砂漿內(nèi)部水分的丟失，因而產(chǎn)生減縮效果[46]。為了進(jìn)一步減小收縮，通常采用的方法是摻入纖維。有研究發(fā)現(xiàn),摻加1.5%聚丙烯纖維的聚合物乳液改性砂漿的收縮較空白普通水泥砂漿減少40.5%,較同摻量乳液的改性砂漿減少28.6%[47]。另外，利用改性劑例如一些帶有特殊基團(tuán)的聚合物單體對(duì)聚合物乳液進(jìn)行改性，也能達(dá)到減縮的效果[48]。

2.5耐久性

聚合物改性砂漿的耐久性一般包括抗?jié)B透性、抗侵蝕性、抗凍性等。國(guó)外有學(xué)者認(rèn)為絕大部分水泥基材料的耐久性均可歸因?yàn)樗嗷牧系臐B透性和尺寸穩(wěn)定性[49]。通常經(jīng)過聚合物改性后砂漿的耐久性會(huì)有顯著提高[50-51]。試驗(yàn)結(jié)果表明，在砂漿中摻入聚合物乳液后，孔隙孔徑明顯減小，大孔減少[52]。大孔和連通孔被聚合物本身填充或聚合物成膜封閉，因此改性砂漿的吸水率降低，不透水性提高[53]。聚合物的加入使砂漿形成更致密的微觀結(jié)構(gòu)，提高了氯離子的滲透阻力因而其具有優(yōu)良的抗氯離子滲透性[54]。試驗(yàn)表明，與空白水泥砂漿相比，聚灰比為20%的SAE乳液、VAE乳液、SBR乳液及PAE乳液改性砂漿的抗氯離子滲透性分別提高了69%，27%，75%和42%，其中SBR乳液的改善效果更為理想[1]。有學(xué)者認(rèn)為，一層10mm厚的高性能聚合物改性砂漿可以保護(hù)鋼至少25年不被海水腐蝕[55]。進(jìn)一步的試驗(yàn)研究表明，在水泥基修補(bǔ)材料中摻入高性能纖維可以有效地抑制氯離子的滲透和防止鋼筋銹蝕[56]。通過改變水泥的品種可以使改性砂漿具有特殊的耐鹽性能，例如聚合物乳液改性后的硫鋁酸鹽水泥修補(bǔ)砂漿具有優(yōu)異的耐硫酸鹽腐蝕性能[57]。

有研究發(fā)現(xiàn)，摻加苯丙乳液的改性砂漿耐酸性比空白砂漿有很大改善，且改善的程度與酸的種類和其濃度有關(guān)，但是總體的改善效果仍然較差[58]。這可能因?yàn)樗嗨a(chǎn)物本身并不耐酸，所以改性砂漿并不耐酸。對(duì)此有學(xué)者認(rèn)為在聚合物改性砂漿中摻入水玻璃可以提高其耐酸性能[28]。

已有研究報(bào)道，聚合物改性砂漿的抗凍性優(yōu)于普通水泥砂漿，這是因?yàn)閾郊泳酆衔飼r(shí)的低水灰比和硬化砂漿中聚合物膜的存在及其合理的孔結(jié)構(gòu)[59]。有研究發(fā)現(xiàn)，摻入聚合物乳液后，水泥砂漿的抗凍性能得到一定的改善[36]。有學(xué)者對(duì)比了凍融循環(huán)對(duì)空白水泥砂漿和聚合物改性砂漿的影響，研究結(jié)果表明，經(jīng)過100次凍融循環(huán)后，改性砂漿的強(qiáng)度損失小于6%，質(zhì)量損失小于2%，外觀破損狀況也較輕微[60]。

3聚合物改性機(jī)理

3.1聚合物對(duì)水泥水化的影響

聚合物對(duì)水泥砂漿的改性作用，與聚合物對(duì)水泥水化的影響有關(guān)。有學(xué)者利用軟X射線顯微鏡研究了VAE乳液對(duì)純硅酸三鈣(C3S)早期水化的影響，結(jié)果表明，VAE共聚物在含有C3S的堿性環(huán)境中發(fā)生水解釋放出CH3COO-1，在溶液中與Ca2+反應(yīng)生成了有機(jī)鹽，改變了C-S-H中的Ca/Si比，減小了Ca(OH)2的含量，同時(shí)，CH3COO-1并入C-S-H凝膠層也增加了層間距。此外，VAE粒子吸附在C3S顆粒的表面作為水化成核質(zhì)點(diǎn)阻礙了C3S的水解和水化晶體的生長(zhǎng)，加速了顆粒的沉淀[61]。有研究發(fā)現(xiàn)，SBR乳液雖然能加速石膏與鋁酸鈣的反應(yīng)，提高鈣礬石的生成，促進(jìn)水泥水化[62]，但其并非選擇吸附在水泥顆粒表面，而是按比例分散在整個(gè)系統(tǒng)之中[63]。

3.2聚合物改性水泥砂漿的微觀結(jié)構(gòu)

材料的宏觀性能與其內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。聚合物改性水泥砂漿的微觀結(jié)構(gòu)涉及聚合物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、聚合物在水泥顆粒表面的吸附、聚合物的成膜過程、水泥水化產(chǎn)物、水泥基材的形貌等。有學(xué)者研究了水灰比為0.5時(shí)聚合物乳液和正在水化的水泥顆粒表面的相互作用，結(jié)果表明，陰離子膠乳從水泥孔隙溶液中吸附了大量的Ca2+，電子顯微照片證實(shí)帶電的聚合物乳液選擇性地吸附在帶相反電荷的水化水泥顆粒表面，在水泥水化和干燥的過程中通過顆粒凝聚形成連續(xù)的聚合物薄膜[64]。有研究發(fā)現(xiàn)，在環(huán)氧乳液改性系統(tǒng)中,聚合物膜形成了一種三維結(jié)構(gòu)，提高了改性砂漿的力學(xué)性能，而在VAE乳液改性系統(tǒng)中，聚合物和水泥之間形成的化學(xué)鍵會(huì)提高二者間的相互作用和粘結(jié)力，使聚合物膜緊密地吸附在硬化水泥體的表面，增強(qiáng)了改性砂漿的力學(xué)性能[65]。而對(duì)于改性水泥砂漿微觀結(jié)構(gòu)更致密韌性更高的原因，有研究認(rèn)為，隨著聚灰比的增加，聚合物和水泥水化產(chǎn)物形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)繼續(xù)發(fā)展，孔徑<20nm的孔隙也開始增大，表明改性水泥砂漿的孔徑變得更優(yōu)異[66]。

4修補(bǔ)用聚合物乳液的選擇

在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)具體的技術(shù)要求及性價(jià)比來選用合適的聚合物乳液改性水泥砂漿。下面從幾個(gè)方面對(duì)各種聚合物砂漿進(jìn)行性能比較。

(1) 成本的控制在修補(bǔ)加固工程中是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，而聚合物乳液的成本又占修補(bǔ)材料的很大部分，引言中所提到的幾種聚合物乳液，價(jià)格高低順序一般為EE>PAE>SAE>CR>SBR>VA-VEOVA>VAE>PVAC。

(2) 如果工程對(duì)抗?jié)B性和粘結(jié)強(qiáng)度要求較高，但對(duì)顏色要求不高時(shí)，選用SBR較好。對(duì)以上3項(xiàng)都有較高要求，特別是保持顏色重要且外部使用白水泥的場(chǎng)合則選用PAE。對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度要求較高，抗?jié)B性和顏色保持要求一般時(shí)，可選用VAE。只對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度有要求，對(duì)耐水性沒有要求的場(chǎng)合，可選用PVAC，此類乳液最常用來修補(bǔ)橋梁面板、停車場(chǎng)面板及樓板。對(duì)潮濕環(huán)境或外部暴露而非暴露在紫外線下的場(chǎng)合，可選用苯乙烯丁二烯乳液(SB)；對(duì)暴露在紫外線下的場(chǎng)合，應(yīng)當(dāng)使用PAE。對(duì)耐腐蝕性有較高要求的化工場(chǎng)合，應(yīng)選用GB50046-2008《工業(yè)建筑防腐設(shè)計(jì)規(guī)范》中所列入的氯丁乳液水泥砂漿、聚丙烯酸酯乳液水泥砂漿、環(huán)氧乳液水泥砂漿。

(3) 因?yàn)榫酆衔锶橐焊男院蟮纳皾{性能較膠粉改性后的砂漿更穩(wěn)定，所以相關(guān)規(guī)范中規(guī)定，對(duì)重要結(jié)構(gòu)進(jìn)行修補(bǔ)加固，應(yīng)選用乳液類。乳膠粉的價(jià)格比相應(yīng)乳液的成本高很多，相同聚灰比時(shí)性能也不如相應(yīng)乳液改性砂漿，因此，乳膠粉僅僅用在對(duì)操作要求高而對(duì)材料成本要求不高的場(chǎng)合。

5結(jié)語

聚合物改性水泥砂漿具有強(qiáng)度高、韌性高、粘結(jié)性能好、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、道路橋梁、地下建筑、海港建筑等修補(bǔ)加固中。但其也存在一定不足，一是性價(jià)比問題，聚合物的成本是水泥的10倍甚至100倍以上，因此考慮到成本問題，應(yīng)盡量使此類材料用量最小化；二是不耐老化、高溫和火災(zāi)，因此在制備聚合物乳液時(shí)應(yīng)增加聚合物高分子鏈的剛性及交聯(lián)程度，同時(shí)避免乳液中出現(xiàn)不飽和鍵；三是部分聚合物有毒、有異味，因此在施工時(shí)應(yīng)采取必要的防護(hù)措施，并且注意使用環(huán)境。對(duì)于今后此類修補(bǔ)材料的研究與應(yīng)用，本文建議從以下幾方面去深入研究：

(1)提高性價(jià)比：聚合物水泥砂漿價(jià)格是普通水泥砂漿的數(shù)倍，因此在降低成本的同時(shí)保證其性能將是一大難題。因此，有必要系統(tǒng)深入地研究?jī)?yōu)化材料組成中乳液、高效減水劑、纖維、超細(xì)礦粉摻和料、水玻璃、水溶性聚合物等材料組成與配比，進(jìn)一步改善水泥砂漿的性能。并根據(jù)各種聚合物的性能特點(diǎn)和具體的工程應(yīng)用要求來選擇性價(jià)比更合理的修補(bǔ)材料。

(2)延長(zhǎng)使用壽命：聚合物水泥砂漿常常用于混凝土表面的薄層修補(bǔ)，如何保證修補(bǔ)材料及結(jié)構(gòu)的耐久性還應(yīng)進(jìn)行深入研究，特別是抗裂性、抗疲勞性能、耐老化性能等。特別是國(guó)內(nèi)外聚合物砂漿抗凍性的研究較少，尤其是砂漿修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)后的抗凍性的研究報(bào)道較少，所以該研究很有必要。

(3)特種聚合物改性砂漿的研究開發(fā)：除用于修補(bǔ)外，聚合物改性砂漿也可用于混凝土表面的耐久性防護(hù)，根據(jù)不同的環(huán)境條件和耐久性損傷類型研究開發(fā)具有不同性能(如抗碳化、抗?jié)B透、抗氯鹽、抗硫酸鹽等)的特種聚合物改性砂漿是未來研究的熱點(diǎn)。

(4)聚合物改性砂漿的水化成膜機(jī)理：除聚合物的種類外，聚合物改性水泥砂漿的性能還受到聚合物成膜的形狀、厚度、空間交聯(lián)形態(tài)及其與水泥水化產(chǎn)物的相互作用等的影響，這方面的研究還不深入。

(5)進(jìn)一步完善標(biāo)準(zhǔn)化工作：國(guó)家及行業(yè)部門應(yīng)該針對(duì)各種聚合物的性能特點(diǎn)，及時(shí)出臺(tái)或更新相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，制訂此類修補(bǔ)材料的配合比設(shè)計(jì)方法、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)方法及其應(yīng)用技術(shù)規(guī)程等。

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文章編號(hào)：1001-9731(2016)07-07038-08

基金項(xiàng)目：國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2013BAJ10B03)，教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”資助項(xiàng)目(NCET-12-0605)，北京市屬高等學(xué)校高層次人才引進(jìn)與培養(yǎng)計(jì)劃資助項(xiàng)目(CIT&TCD20150310)

作者簡(jiǎn)介：李悅(1972-)，男，河北唐山人，教授，博士，主要從事水泥混凝土材料、建筑結(jié)構(gòu)診斷與維修加固研究。

中圖分類號(hào)：TU525.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2016.07.008

Research progress of polymer-modified cement mortar

LI Yue, HE He

(KeyLaboratoryofUrbanSecurityandDisasterEngineering,MinistryofEducation,BeijingKeyLaboratoryofEarthquakeEngineeringandStructuralRetrofit,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)

Abstract:Polymer-modified cement mortar (PMCM) currently is one of the hot topics in the cement mortar research field,since PMCM has many advantages,such as,high strength,high toughness,good bond property,good durability,and so on. This paper presents an overview of some of the research published regarding the use of polymer in cement mortar in recent years,and comprehensively introduces the property of PMCM. Finally orientations for further research were also put forward explicitly based on this review,which would guide and facilitate the future study of PMCM and its application.

Key words:polymer-modified; cement mortar; research progress

收到初稿日期：2015-06-25 收到修改稿日期：2015-09-18 通訊作者：何赫，E-mail: 878657226@qq.com