淺析高韌性聚合物在水泥混凝土路面的應用研究

鄧中博

濟南城建集團有限公司 山東濟南 250031

目前我國公路的建造材料主要是以水泥混凝土和瀝青混凝土為主，這兩種材料相比于傳統(tǒng)的普通混凝土性能大大提升。其中水泥混凝土路面具有建造所需的原料豐富、成本低廉、建造工藝簡單、承載能力強、剛度大、穩(wěn)定性能好、耐用性能持久等優(yōu)點，這是瀝青混凝土路面所不能比擬的，所以在我國公路的應用上受到了廣泛的關(guān)注，也使水泥混凝土成為了世界范圍內(nèi)應用極廣泛的一種建筑材料。但水泥混凝土也存在一定的弊端，如剛性過大、抗變形能力低、抗彎拉性能差及疲勞性能較差等，經(jīng)過一定的行車時間后，會造成路面破損、斷裂，行車的舒適性就會變差，使用壽命縮短，影響了經(jīng)濟效益；同時水凝混凝土路面的維護周期長，這些缺陷在一定程度上限制了水凝土混凝在路面面層中的應用。深究水泥混凝土路路面易受損壞的原因關(guān)鍵是自身的韌性不足，提高水凝混凝土路面的韌性就是提高混凝土的耐持久性，降低混凝土的滲透和抗化學物質(zhì)侵蝕的能力，后來人們將適量的聚合物添加到混凝土中形成聚合物改性水泥混凝土，這類材料可以提高路面的韌性和抗變形能力，減少路面開裂現(xiàn)象的出現(xiàn)，增加了路面使用壽命，同時還改善了行車的環(huán)境，使得行車舒適性明顯提高。

1 聚合物改性水泥混凝土的作用機理

關(guān)于聚合物在水泥混凝土中的改性機理方面，由于聚合物的種類多種多樣，并且用量與研究方法也存在差異，聚合物改性的作用機理不盡相同。但是目前較一致的看法是聚合物在水泥漿體中形成一種強粘結(jié)力的薄膜，并均勻填充在基體材料的內(nèi)部，經(jīng)水泥水化后，聚合物在水泥基體材料內(nèi)部形成連續(xù)均勻的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。國外知名的日本學者ohama 提出一種聚合物改性水泥機理的模型。Ohama[1]模型將聚合物改性水泥的作用機理劃分為了三個階段；第一階段是當聚合物乳液添加到水泥混凝土中，經(jīng)過一段時間的攪拌后，聚合物會均勻分散在水泥漿體中，成為聚合物水泥漿體。這個過程其實就是礦物表面的硅酸鹽和水相中的氫氧化鈣作用產(chǎn)生一層硅酸鈣凝膠。第二階段是隨著水泥凝膠結(jié)構(gòu)的不斷形成，聚合物被局限于毛細孔中，經(jīng)過不斷的水化，毛細孔中的含水量越來越少，聚合物顆粒不斷形成聚合物密封層，粘結(jié)于水泥水化凝膠及骨料顆粒的表面。第三階段是隨著水泥的水化，聚合物顆粒間的水分也參與反應，產(chǎn)生化學結(jié)合水，最終在水泥基體材料內(nèi)部形成均勻的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，因此改善了水泥混凝土的結(jié)構(gòu)。Ohama 模型只是聚合物改性機理可能的模型之一，還有許多其他的機理模型，比如Konietzko 模型、Putermen 模型，在這里不作一一闡釋。

2 不同種類聚合物在水泥混凝土路面的應用

對水泥混凝土添加聚合物進行改性可以提高材料的韌性，改善粘接的性能，延長材料的使用壽命。常用作改性劑的聚合物種類有以下四類：聚合物乳液、液態(tài)聚合物、水溶性聚合物及單體及可再分散膠粉。聚合物乳液包括環(huán)氧樹脂膠乳、橡膠膠乳、熱固性樹脂乳液及混合型膠乳等，Allen[2]對水泥砂漿添加聚合物乳液后的混合物流變性能進行了研究，研究結(jié)果表明添加聚合物乳液后的水泥砂漿觸變性很是明顯，聚合物改性水泥砂漿的粘性隨著角變形速度變大而逐漸減小。液態(tài)聚合物中的典型代表是環(huán)氧樹脂,錢慧麗[3]等利用落錘試驗法研究了環(huán)氧樹脂改性的混凝土的抗沖擊韌性，結(jié)果表明混凝土抗沖擊韌性會隨著水溶性環(huán)氧樹脂添加量的增加而提高，說明添加環(huán)氧樹脂的混凝土具有優(yōu)異的韌性和耐用性。水溶性聚合物及單體分聚乙烯醇、纖維素衍生物-甲基纖維素、糠醇等?？稍诜稚⒛z粉有熱塑性膠粉和彈性膠粉兩種；王培銘等[4]研究了砂漿加入可分散膠粉后的混合物性能，研究表明可分散膠粉對保水率及減水率的影響十分明顯，并且可分散膠粉可以起到表面活性劑的作用，大大改善了砂漿的性能。

3 聚合物改性水泥混凝土存在的問題

聚合物改性的水泥混凝土雖然能夠明顯改善混凝土存在的弊端，增強水泥混凝土的韌性、抗變形能力，但是它也存在一定的負面影響。一般情況下聚合物的成本較高，需在混凝土中摻配約10%的聚合物才能明顯改善其性能，這樣整體的性價比就降低了。而且還有一些聚合物本身遇到高溫會容易分解，耐高溫性能差，還存在異味、毒性、易燃性等。更有甚者當聚合物添加量過多時，會嚴重弱化混凝土的性能。比如聚丙烯纖維加入水泥混凝土中，由于纖維自身之間很容易結(jié)團，其與水泥基材料的作用力會很弱，反而起不到明顯的改善作用。

4 結(jié)語與展望

聚合物改性的混凝土在我國建筑工程上已經(jīng)得到了實際的應用，但有時單一聚合物改性的水泥混凝土材料的性能可能并不是最佳的，需要添加一些其他的添加劑來共同改善混凝土的性能，如減水劑、消泡劑等，但混摻的聚合物和添加劑對水泥混凝土的改善作用并不是幾種添加劑單摻所改善的性能簡單的疊加，所以需要對其作用及機理進行深度的研究，為實際工程上的應用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。