不同聚合物改性水泥混凝土性能研究

陳培正

(黑龍江大學，黑龍江 哈爾濱 150080)

聚合物改性混凝土(PPC)材料具有韌性較高、抗沖擊，抗裂、耐磨、抗滑等優良特性，具有良好的工程優勢，被廣泛應用于土木工程路面以及水利工程混凝大壩建設中[1- 3]。目前工程主要應用類型為液體聚合物改性水泥混凝土，并取得了良好的應用效果與經濟效益。然而，目前國內對于新型聚合物改性混凝土的研究較少，因此，研究不同類型聚合物改性水泥混凝土的工程性能具有重要意義。

應用于水泥混凝土改性的聚合物材料主要分為四類：水溶聚合物、聚合物乳液、可再分散性聚合物及液體聚合物[4- 5]，不同種類聚合物改性作用不同，影響大小也不一致[6- 7]。根據國內外已有研究結果，結合宏觀分析及微觀觀察，聚合物改性混凝土的機理可概括為：接觸膠結作用、結構硬化作用及裂隙填充作用[8- 10]。

1 室內試驗

1.1 配合比設計

根據JGJ55- 2011《普通混凝土配合比設計規程》對混凝土試件進行配比、制作，分別確定水泥混凝土的骨料用量、水灰比、水泥、水、減水劑、硅灰以及不同類型聚合物的單方用量，得出不同類型聚合物情況下改性混凝土配合比，見表1。

1.2 試驗介紹

1.2.1 強度測試

對標準混凝土試件進行單軸壓縮條件下的水泥混凝土抗壓強度和抗折強度測試，抗壓強度、抗折強度計算公式如下：

表1 不同類型聚合物改性混凝土配合比單位：kg/m3

(1)

(2)

式中，fcu、fm—混凝土抗壓強度、抗折強度，MPa；Fmax—最大荷載，kN；A—承壓面積，m2；l—支座間距，mm；b、h—試件截面寬度與高度，mm。

此外，抗折強度測試是對混凝土抗彎性能的評價分析參數，需要采用特殊實驗裝置，如圖1所示。

圖1 混凝土試件抗折強度測試設備

1.2.2 滲透系數

本次測試采用定水頭法對試件透水性進行測試，試件尺寸H×φ=100mm×50mm圓柱體，試驗方案：

(1)將試件裝入密封夾具套筒北疆套筒固定、封牢。

(2)使用覆壓滲透儀對試件上端加持一定水壓，同時記錄電腦設備上單位時間內穿過試件的出水量。則有：

(3)

式中，K—混凝土滲透系數，mm/s；Q—測試時間段內透過混凝土的平均透水量；L—混凝土試件的高度，mm；A—試件橫截面積；H—水頭差；Δt—時間差。

2 試驗結果分析

對事件進行不同養護時間條件下的抗壓強度、抗折強度以及滲透性系數試驗，實驗結果如圖2所示。

圖2 不同聚合物改性混凝土抗壓強度

由圖2可知，對于普通混凝土，5種不同有機聚合物的摻加均造成改性混凝土強度的增加，增加的程度各自不同，且與不同的養護時間相關。A組普通混凝土在7d、28d的養護時間內強度分別為12.89、30.01MPa，這表明養護時間對水泥混凝土抗壓強度具有很大的影響，強度提升率達到132.82%。摻加不同聚合物強度條件下，B組丙烯酸鹽改性水泥混凝土強度在7d、28d養護時間條件下分別達到了15.32、30.08MPa，分別提升了18.85%、0.30%；C組丁苯乳膠改性水泥混凝土強度在7d、28d養護時間條件下分別達到了16.37、31.46MPa，分別提升了27.00%、4.90%；D組苯丙乳液改性水泥混凝土強度在7d、28d養護時間條件下分別達到了18.63、35.16MPa，分別提升了44.50%、17.16%；E組環氧樹脂改性水泥混凝土強度在7d、28d養護時間條件下分別達到了20.09、33.52MPa，分別提升了55.86%、18.49%；F組混合乳液改性水泥混凝土強度在7d、28d養護時間條件下分別達到了16.63、38.96MPa，分別提升了29.01%、29.82%。由此可見，在7d養護期條件下，聚合物摻加對混凝土的強度具有一定程度上的提升，其中以E組環氧樹脂的提升程度最大；在28d養護條件下，聚合物的摻加亦能提升混凝土強度，但提升程度較小，以F組混合乳液提升程度最大。

圖3 不同聚合物改性混凝土抗折強度

不同聚合物改性混凝土抗折強度如圖3所示。由圖3可知，對于普通混凝土，5種不同有機聚合物的摻加對改性混凝土抗折強度的影響各自不同，有增有減，且與不同的養護時間相關。A組普通混凝土在7d、28d的養護時間內強度分別為3.62、4.06MPa，這表明養護時間對水泥混凝土抗折強度具有很大的影響，強度提升率達到11.22%。摻加不同聚合物強度條件下，B組丙烯酸鹽改性水泥混凝土強度在7d、28d養護時間條件下分別達到了3.49、4.08MPa，分別提升了-3.59%、0.50%；C組丁苯乳膠改性水泥混凝土強度在7d、28d養護時間條件下分別達到了3.15、5.06MPa，分別提升了-12.98%、24.63%；D組苯丙乳液改性水泥混凝土強度在7d、28d養護時間條件下分別達到了3.78、4.87MPa，分別提升了4.42%、19.95%；E組環氧樹脂改性水泥混凝土強度在7d、28d養護時間條件下分別達到了4.13、4.92MPa，分別提升了14.09%、28.06%；F組混合乳液改性水泥混凝土強度在7d、28d養護時間條件下分別達到了4.05、7.79MPa，分別提升了7.74%、91.87%。由此可見，在7d養護期條件下，聚合物摻加對混凝土的抗折強度的影響有正有負，其中以E組環氧樹脂的提升程度最大，C組降低程度最大；在28d養護條件下，聚合物的摻加能提升混凝土抗折強度，且提升程度均較可觀，以F組混合乳液提升程度最大。綜合可見，混合液對混凝土的改造程度最為優良。

不同聚合物改性混凝土滲透系數如圖4所示。由圖4可知，A組普通混凝土的滲透系數為12.45mm/s。在摻加不同聚合物強度的條件下，B組丙烯酸鹽改性水泥混凝土滲透系數為11.56mm/s，提升了-7.15%；C組丁苯乳膠改性水泥混凝土滲透系數16.05mm/s，提升了38.84%；D組苯丙乳液改性水泥混凝土滲透系數為8.87mm/s，提升了-23.27%；E組環氧樹脂改性水泥混凝土滲透系數為13.74mm/s，提升了9.57%；F組混合乳液改性水泥混凝土滲透系數為8.15mm/s，提升了-35.11%。

圖4 不同聚合物改性混凝土滲透系數

3 結論

(1)對于抗壓強度，7d養護條件下提升以E組環氧樹脂最大，28d養護條件下以F組混合乳液提

升最大；對于抗折強度，7d養護條件下提升以E組環氧樹脂最大，28d養護條件下以F組混合乳液提升最大；滲透系數以C組丁苯乳膠改性混凝土最為優良。

(2)綜合比較抗壓強度、抗折強度以及滲透系數，選取E組氧樹脂或F組混合乳液對改性水泥混凝土改良效果最好，具體選擇視工程實際需要而定，這對國內水利工程建設選用聚合物改性水泥混凝土類型具有重要的借鑒意義。

(3)本次試驗研究不能完全反映改性混凝土的其他工程性質，建議可進行室內抗沖擊、耐磨性試驗。