聚乙烯醇對水泥基復合材料的性能研究

劉俊茹

（西安思源學院城市建設學院 陜西西安 710038）

聚乙烯醇對水泥基復合材料的性能研究

劉俊茹

（西安思源學院城市建設學院 陜西西安 710038）

本文主要研究了加入不同份數的聚乙烯醇對水泥基復合材料體積電阻率、力學性能和耐久性能的影響。

聚乙烯醇；水泥基復合材料；電阻率；力學性能；耐久性

以水溶性聚合物作為水泥的改性劑，可以改善水泥的結構，實現減水、調凝、增強及增韌水泥的目的。聚乙烯醇(PVA)能溶于含羥基的極性溶液中，易轉變成凝膠，不溶于幾乎所有的非極性溶劑，水是其最好的溶劑，且它的水溶液含水量高、強度高、毒性小、生物相容性好。PVA 的性質主要由它的分子量和醇解度來決定，分子量越大，水溶性越差，水溶液粘度大，成膜性能好。PVA 具有較佳的強力粘接性、皮膜柔韌性、平滑性、耐油性、耐溶劑性、膠體保護性、氣體阻絕性、耐磨性。

一、摻入 PVA 對水泥基復合材料性能的影響

在水泥中加入不同質量分數的 PVA，并按照加水量36.4%加水，分別測試其性能。 PVA 摻量對水泥基復合材料體積電阻率的影響分別按質量分數 1%、2%、4%、8%加入PVA，測量其 7 天、28 天體積電阻率結果見圖1所示。由圖1可知：隨著 PVA 摻量的增加，PVA水泥復合材料的 7 天、28 天體積電阻率逐漸上升。其中，7 天體積電阻率從未加 PVA 時的 3.95×108Ω·cm 提高到 8%PVA 摻量時的 14.42×108Ω·cm； 28 天體積電阻率從未加 PVA 時的 4.13×108Ω·cm 提高到 8%PVA 摻量時的 66.54×108Ω·cm，電阻率提高了 15 倍以上。該結果的原因在于 PVA 分子鏈能和水泥水化產物(如鋁酸鈣)結合形成界面層，最終形成聚合物和水泥水化物相互交織、相互貫穿的復合體結構，從而細化孔結構減弱孔液互相連通，使材料微結構更趨致密，電阻率提高。

普通水泥漿體的孔隙率較大，C-S-H 之間有針狀的鈣礬石晶體，未水化的水泥顆粒以顆粒形式存在，水化產物在其表面生長，C-S-H 和鈣釩石的晶體相互交聯，形成間斷的、孔隙較大的骨架網狀體系。PVA 的摻入，包裹了水化產物和未水化顆粒，單獨存在的未水化水泥顆粒和鈣礬石晶體明顯減少；孔隙減少，水泥基體(水化產物)和 PVA 形成不完全連續的、填充密實的網狀體系結構。

二、PVA 摻量對水泥基復合材料抗壓強度的影響

分別按質量分數 1%、2%、4%、8%加入 PVA，測量其 7 天、28 天抗壓強度變化曲線如下圖2所示。

圖2中，PVA/水泥復合材料的 7 天、28 天抗壓強度均隨著 PVA 摻量的增加先提高后下降。當 PVA 含量為 2%時，復合材料的表面密實，力學性能較好，7天抗壓強度為 15.63MPa，28 天抗壓強度達到 19.99MPa，分別是未加 PVA 時試樣的3倍、3.08 倍。當聚合物摻量大于4%時，試樣的 7 天、28 天抗壓強度均開始下降，當摻量為 8%時，28 天抗壓強度與普通空白水泥樣的抗壓強度基本相當。由于水泥基體和 PVA 形成不完全連續的、填充密實的網狀體系結構，可以使水泥的強度提高，但是，如果超過臨界值，會發生改性失敗，強度大幅下降。因此，為得到較大的電阻率，PVA 的摻量也不宜超過 4%。

三．PVA 摻量對水泥基復合材料耐硫酸鹽腐蝕性能的影響

分別按質量分數 1%、2%、4%、8%加入 PVA，放置 28 天后，浸入 5%的硫酸鈉溶液中進行干濕循環試驗。PVA/水泥復合材料試樣的質量在耐腐蝕試驗中的變化如圖3所示。

由圖 3可以看出，在硫酸鹽溶液的作用下經過 14 次干濕循環試驗后試樣質量并未減少而且基本呈上升趨勢。

表1 試樣抗腐蝕試驗結果

經過腐蝕實驗后，試樣強度均低于空白水泥樣品，隨著 PVA 摻量的增加抗壓強度保持率逐漸增加，但在摻量為 4%時，強度保持率明顯的降低，只有 47.3%，摻量為 8%時，樣品強度保持率為 85%，超過了空白樣品。

結論：

在水泥中摻入 PVA 時，PVA/水泥基復合材料的 7 天、28 天體積電阻率隨著 PVA 摻量的增加逐漸上升，PVA 摻量為 8%時，28 天體積電阻率提高到了 16倍；抗壓強度先逐漸提高后下降，當 PVA 摻量為 2%時，試樣表面密實，28 天抗壓強度是空白水泥試樣的 3 倍；抗硫酸鈉侵蝕試驗后，試樣強度保持率與空白水泥樣品相比有所下降。

[1]薛強,陳金芳,趙芬.聚乙烯醇水溶液在防水水泥中應用的研究[J].精細石油化工進展.2009,10(2):36-38

[2]李虎軍,王琪.水溶性聚合物改性水泥的研究Ⅰ.水溶性聚合物改性水泥流動性[J].功能高分子學報,1998,11(1):16-22

[3]馬磊.聚乙烯醇產品的市場研究[J].石油化工技術經濟,2003,19(4):42-49

[4]西曉林,房滿滿,文梓蕓,等.聚乙烯醇在高性能水泥基材料中的作用機理分析材[J].料科學與工程學報.2008,26(2):264-267

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