環(huán)氧樹脂乳液及微乳對(duì)水泥基材料的增韌效果研究

盧鵬飛

摘要：本文通過大量的試驗(yàn)和理論分析，較為系統(tǒng)地研究了水性環(huán)氧樹脂乳液不同摻量對(duì)新拌水泥凈漿和混凝土增韌效果、對(duì)混凝土力學(xué)性能、混凝土體積穩(wěn)定性、混凝土耐久性的影響，以期對(duì)發(fā)展高性能的新型聚合物改性水泥基復(fù)合材料提供初步資料并擴(kuò)大水性環(huán)氧樹脂乳液改性水泥基復(fù)合材料在工程上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：混凝土；水性環(huán)氧樹脂；力學(xué)性能；增韌；中心質(zhì)假說；體積穩(wěn)定性

0引言

隨著工程結(jié)構(gòu)向大跨度、高層與超高層及超大型方向發(fā)展，對(duì)混凝土性能也提出了更高的要求。目前高強(qiáng)化和高性能化己成為混凝土技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。高強(qiáng)混凝土與普通混凝土相比能夠減小結(jié)構(gòu)截面，能減輕建筑物自重，因而減少了對(duì)地基的壓力；由于其彈性模量大，提高了相同截面構(gòu)件的剛度，而減小了相同荷載下的變形：由于高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí)，其抗凍性、抗?jié)B性及抗腐蝕性等耐久性良好。這些優(yōu)良的物理力學(xué)性能，使得使用高強(qiáng)混凝土后綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

針對(duì)上述情況，人們采取使用多種材料與水泥復(fù)合配制混凝土或砂漿的形式，以改善水泥石的性能及界面區(qū)的結(jié)構(gòu)，提高混凝土或砂漿的綜合性能。

1配合比設(shè)計(jì)

混凝土配合比和乳液摻量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案：

混凝土配合比的設(shè)計(jì)首先確定水性環(huán)氧樹脂的摻加量，固化后的環(huán)氧樹脂的形貌及狀態(tài)對(duì)混凝土的韌性有著重要的作用。水性環(huán)氧固化劑組分中的固含量為50%，其余為水，所以在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，為保證與基準(zhǔn)混凝土配合比水灰比相同，對(duì)乳液改性混凝土受檢混凝土的配合比中的水用量做調(diào)整。下文的乳液摻量都是相對(duì)于膠凝材料質(zhì)量來說的，且H233B是H233A的1.5倍。

根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)得出混凝土配合比，C30混凝土的各組分比例為，水泥：砂：石子：水：高效減水劑=1：1.90：3.07：0.477：0.0076，見表1；C40混凝土的各組分比例為，水泥：砂：石子：水：粉煤灰：礦粉：高效減水劑=1：1.72：2.77：0.443：0.167：0.167：0.0013，見表2。

2環(huán)氧樹脂乳液對(duì)混凝土性能影響的研究

影響混凝土性能的因素有很多，原材料本身的性能就是其中比較重要的一項(xiàng)。除聚合物乳液的種類與性能外，水泥、砂、減水劑等的種類與性能也會(huì)對(duì)改性混凝土最終的改善效果產(chǎn)生影響。此外，混凝土的性能還可能隨拌和方法、各項(xiàng)性能測(cè)試方法等的不同而變化。通過對(duì)原材料性能的測(cè)試和試驗(yàn)方法的選擇，將有利于試驗(yàn)的分析，了解水性環(huán)氧樹脂乳液改性水泥基復(fù)合材料的各項(xiàng)性能。

2.1乳液摻量對(duì)混凝土性能的影響

2.1.1乳液摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

混凝土的抗壓強(qiáng)度作為一個(gè)重要的力學(xué)性能直接關(guān)系到混凝土結(jié)構(gòu)的安全性。必須給予足夠的重視。按照確定的方案，測(cè)定C40混凝土在標(biāo)準(zhǔn)同養(yǎng)護(hù)條件下7d、14 d混凝土強(qiáng)度，C40混凝土結(jié)果見表3。

2.1.2乳液摻量對(duì)韌性混凝土抗沖擊韌性的影響

混凝土最大的缺點(diǎn)就是比較脆，韌性低。本文只對(duì)C40混凝土測(cè)試了沖擊韌性，由沖擊次數(shù)計(jì)算得出沖擊耗能，抗沖擊韌性試驗(yàn)結(jié)果如表4。

從這個(gè)表中看出混凝土的沖擊韌性隨著乳液摻量的增加而摻加，摻到20%時(shí)，沖擊韌性增加了3.76倍，大大提高了混凝土的沖擊韌性。

2.1.3乳液摻量對(duì)韌性混凝土體積穩(wěn)定性的影響

水性環(huán)氧樹脂乳液改性的混凝土收縮情況見表5。

從表5看出，摻量在5%時(shí)，體積收縮率比空白組小，當(dāng)摻量摻到10%時(shí)，收縮值最接近0，當(dāng)摻到15%、20%時(shí)收縮率有上升趨勢(shì)。綜上所述，當(dāng)乳液摻到10%時(shí)，對(duì)混凝土體積穩(wěn)定性改性效果最好，摻少摻多都會(huì)對(duì)混凝土的體積穩(wěn)定性造成不良影響。

2.2乳液摻量對(duì)水泥凈漿韌性的影響

水泥凈漿向來都是脆性材料，本文通過摻加水性環(huán)氧樹脂乳液來改善其沖擊韌性，沖擊數(shù)據(jù)見表6。

研究發(fā)現(xiàn)，摻加環(huán)氧樹脂乳液大大提高水泥凈漿的沖擊韌性，摻量為20%時(shí)，可提高近403倍。從兩組配合比摻量測(cè)試環(huán)氧樹脂乳液對(duì)混凝土的影響，C30混凝土的各組分比例為，水泥：砂：石子：水：高效減水劑=1：1.90：3.07：0.477：0.0076：C40混凝土的各組分比例為，水泥：砂：石子：水：粉煤灰：礦粉：高效減水劑=1：1.72：2.77：0.443：0.167：0.167：0.0013。摻量分別為膠凝材料質(zhì)量的0、5%、10%、15%、20%，力學(xué)性能試驗(yàn)顯示，摻加水性環(huán)氧樹脂乳液的韌性混凝土的抗壓強(qiáng)度會(huì)隨著乳液摻量的增加而減小，但其抗沖擊韌性會(huì)隨乳液摻量的增大而顯著提高，摻到20%時(shí)，可提高3.67倍。

3結(jié)束語

在20世紀(jì)50年代中，吳中偉教授提出了“中心質(zhì)假說”，用以闡明并改進(jìn)混凝土的組成結(jié)構(gòu)提高其性能。在該論述中，對(duì)孔縫結(jié)構(gòu)與界面有其獨(dú)特的見解。

聚合物改性水泥混凝土可從微中心質(zhì)考慮，改性微中心質(zhì)可以改進(jìn)混凝土界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)，使界面得到進(jìn)一步強(qiáng)化，并使水泥基材料的有關(guān)性能得到顯著的提高。endprint