聚合物水泥混凝土性能研究

王中合

（邢臺路橋建設總公司，河北 邢臺 054001）

0 引言

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

1 原材料技術性質

1.1 水泥

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

1.2 粗集料

選擇5～15mm整形石灰巖碎石。

1.3 細集料

選用天然中粗河砂，細度模數為2.80；含泥量為1.5%。

1.4 Ⅰ級粉煤灰

試驗原材料的其他技術性質均滿足《公路水泥混凝土路面施工技術規范》（JTG F30—2003）的相關要求。

1.5 聚合物乳液

選用聚羧酸丁苯膠乳液，其技術指標見表1。

表1 聚合物乳液技術指標

1.6 聚羧酸高效減水劑

石家莊育才減水劑廠生產。

1.7 消泡劑

消泡劑是消除聚合物乳液中乳化劑、穩定劑的表面活化影響而在拌和時產生的大量氣泡，以降低拌和物的孔隙率，減小對強度的影響。濟南多維橋化工有限責任公司生產。

1.8 自來水

選用普通自來水。

2 混凝土配合比設計

2.1 配合比

通過室內試驗，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 坍落度和擴展度

坍落度為230mm，擴展度為470mm，1h后坍落度為220mm，擴展度為450mm。

2.3 成型方式和養護方式

成型方式為采用振動臺振動90s；養護方式為前期3d標養，后期干養護。

3 試驗方法

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行試驗對比。

3.1 抗壓強度與抗彎拉強度

抗壓強度試件尺寸為150mm×150mm×150mm，抗彎拉強度試件尺寸為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規程》（JTG E30—2005）方法測定。

3.2 彈性模量

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

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規程》（JTG E30—2005）中抗彎拉彈性模量方法，測定試件受最大彎拉力破壞時試件的跨中撓度值。

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規程》（JTG E30—2005）中水泥混凝土耐磨性試驗方法測定。磨耗面積為150mm×150mm，以單位面積的磨損量作為耐磨性能指標。

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規程》（JTG E30—2005）中水泥混凝土干縮試驗方法測定。

4 試驗結果與分析

4.1 抗壓強度與抗彎拉強度試驗結果見表2。

表2 普通混凝土與聚合物水泥混凝土抗彎拉強度和抗壓強度試驗結果

分析表2可以得到以下結論：

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

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

（3）聚合物水泥混凝土的壓折比相對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力提高。

4.2 彈性模量

試驗結果見表3。

表3 普通混凝土與聚合物水泥混凝土彈性模量試驗結果

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彈性模量均下降，抗折彈性模量則降低18.2%，動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，荷載應力減小。

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，遠大于普通水泥混凝土，這很直觀地驗證了水泥混凝土中摻入聚合物可以使混凝土的脆性發生改變，抗變形能力增強。

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。試驗結果表明，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

試驗結果見圖1。

圖1 普通混凝土與聚合物水泥混凝土干縮試驗結果

由圖1可知：普通混凝土的干縮率隨齡期的增長而增加，90d后干縮趨于穩定；聚合物混凝土的干縮率相對普通混凝土減小，且隨齡期的增加，60d后干縮趨于穩定。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，水泥水化反應更加充分；另一方面，聚合物與水泥水化產物相互交織形成不連續的膜，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 結論

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

與普通混凝土相比，聚合物混凝土的抗彎拉強度、最大抗彎拉破壞跨中撓度值增大，壓折比、動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用[M].北京：中國計劃出版社，2003.