許良

摘 要：水泥作為膠凝材料的代表，具有良好的施工性能，具有很好的抗壓強(qiáng)度。但是實(shí)際應(yīng)用上，水泥依然有著不少缺陷：脆性大，自重大，易開裂，延伸率低，耐久性差，耐腐蝕性弱等。聚合物改性混凝土：在水泥的混合過程中，加入可分散在水相中的聚合物而形成的水泥基材料。當(dāng)前，這類聚合物水泥基材料主要可以分為兩種不同類型：先將聚合物用水分散后，以乳液或聚合物水溶液形式加入，從而改善水泥砂漿以及水泥混凝土性能；先將聚合物與水泥進(jìn)行預(yù)分散，之后以干拌砂漿的形式使用。

關(guān)鍵詞：聚合物；改性；水泥；材料

環(huán)氧樹脂改性水泥基材料在水泥水化過程中，環(huán)氧樹脂分子由于聚合形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，該交聯(lián)結(jié)構(gòu)又穿插進(jìn)水泥中，形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了水泥基材料各方面性能的改善：材料抗折及抗拉伸強(qiáng)度大幅度提高；收縮率顯著降低；材料的粘接性、抗?jié)B性、抗凍融性等特性優(yōu)良。

1 聚乙烯醇改性水泥基材料

聚合物改性水泥基材料中所采用的聚合物種類多種多樣，各具優(yōu)劣。除去上述的水性環(huán)氧樹脂改性水泥基材料，聚乙烯醇改性水泥基材料應(yīng)用也是非常廣泛。聚乙烯醇應(yīng)用于水泥基材料現(xiàn)階段主要有兩種方式，一種是聚乙烯醇纖維材料改性水泥基材料，另一種則是聚乙烯醇水溶液改性水泥基材料。

聚乙烯醇纖維（維尼綸纖維或維綸纖維）本身無毒、親水、分散性好、抗堿性強(qiáng)、耐日光老化、密度小，更重要的是其與水泥砂漿以及水泥混凝土粘接性好，再加上聚乙烯醇纖維的較高彈性模量以及比表面積，所以在改性水泥基材料中使用十分廣泛。一般把聚乙烯醇纖維分為低彈低模的普通維綸纖維、中強(qiáng)中模維綸纖維、高強(qiáng)高模維綸纖維。

1.1 聚乙烯醇水溶液的制備

首先用自來水將反應(yīng)釜沖洗干凈，然后把反應(yīng)釜的各配件安裝好，取一定量自來水倒入反應(yīng)釜，打開反應(yīng)釜升溫裝置并設(shè)定溫度為75℃，打開攪拌裝置，并設(shè)定轉(zhuǎn)速為 400 轉(zhuǎn)/分鐘。將適量的聚乙烯醇倒入反應(yīng)釜，隨時(shí)觀察釜內(nèi)溶解情況。如出現(xiàn)聚乙烯醇難溶的情況，則可適當(dāng)調(diào)大轉(zhuǎn)速。6 小時(shí)后，溶解基本完成。停止攪拌和加熱系統(tǒng)，靜置 8 小時(shí)，消除氣泡。用紗布過濾出液體中難溶物后將其裝入塑料罐中儲(chǔ)存。如此制備不同濃度的聚乙烯醇水溶液。

1.2 聚乙烯醇對水泥凝結(jié)時(shí)間的影響

隨著溶液摻量的增加，改性水泥的凝結(jié)時(shí)間也逐漸增加。這是因?yàn)榫垡蚁┐荚隗w系中水解產(chǎn)生的帶正電子基團(tuán)與水泥水化物相互結(jié)合形成絡(luò)合物，除此以外還會(huì)跟水泥顆粒以及相應(yīng)水化物交織形成有機(jī)—無機(jī)膜結(jié)構(gòu)。有文獻(xiàn)指出，這種膜結(jié)構(gòu)由于本身的強(qiáng)度低，在水化過程中容易斷裂，不易形成連續(xù)相而將水泥顆粒包裹成團(tuán)，妨礙了水化的進(jìn)行，延緩了凝結(jié)時(shí)間。

1.3 聚乙烯醇對水泥密度及含氣量的影響

隨著聚乙烯醇溶液摻量的增加，改性水泥的含氣量都逐漸上升。這是因?yàn)殡S著聚乙烯醇溶液的加入，改性水泥及其水化產(chǎn)物的密實(shí)度降低，原本的水泥顆粒之間除了有乳液的滲入，也有部分氣體進(jìn)入，故水化形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的同時(shí)也產(chǎn)生了微小氣泡，并且隨著聚乙烯醇摻量的提升，這種現(xiàn)象愈發(fā)顯著。

2 水泥拌和與乳液的加入方法

水泥拌和方法分為兩種：手動(dòng)拌和與機(jī)械拌和。手動(dòng)拌和攪動(dòng)速度較慢，水泥中不會(huì)產(chǎn)生大量氣泡；機(jī)械攪拌攪拌速度快，能夠使體系均勻分散，但是會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡。所以一般在機(jī)械攪拌時(shí)會(huì)加入消泡劑，但是這樣做在某種程度上也會(huì)影響改性水泥基材料的性能。

消泡劑是能在泡沫體系之中產(chǎn)生穩(wěn)定的表面張力不平衡，破壞發(fā)泡體系表面粘度和彈性的物質(zhì)，具有低的表面張力和親水親油平衡指數(shù)值。一般來說，消泡劑可以分為兩大類。以往應(yīng)用的比較多的是堿類消泡劑；近年來，由于對消泡劑效果要求的提升，易均勻地分散于介質(zhì)，產(chǎn)生持久和均衡的消泡能力的復(fù)合型消泡劑（主要是高級醇、脂肪酸、酯類、有機(jī)膦酸酯、有機(jī)硅油與表面活性劑的混合物）大受青睞。

2.1 乳化劑對環(huán)氧樹脂水性化效果的影響

乳化劑濃度對環(huán)氧樹脂乳液穩(wěn)定性影響顯著。隨著乳化劑濃度增加，環(huán)氧樹脂乳液的穩(wěn)定性呈現(xiàn)一先上升后下降的趨勢。這種先上升后下降的趨勢可以用相反轉(zhuǎn)機(jī)理來解釋：當(dāng)乳化劑濃度處在相反轉(zhuǎn)點(diǎn)濃度之前時(shí)，隨著乳化劑濃度的增加，越來越多的乳化劑分子分散在水相中并包裹水滴，形成具有一定張力的界面膜。當(dāng)濃度越高時(shí)，水滴被乳化劑分子覆蓋得越加完善，從而界面膜強(qiáng)度越高，使得乳液越加穩(wěn)定；但當(dāng)乳化劑濃度過高時(shí)，由于體系內(nèi)乳化劑分子來不及包裹水滴便與樹脂形成膠束，在相反轉(zhuǎn)過程中的高剪切力作用下，使得環(huán)氧樹脂乳液粒徑變大，乳化劑在水滴表面的相對覆蓋率降低，最終導(dǎo)致乳液穩(wěn)定性下降。

2.2 環(huán)氧樹脂乳液對水泥基材料凝結(jié)時(shí)間的影響

聚合物（例如丁苯橡膠乳液、氯丁橡膠乳液等）改性水泥基材料，一般來說都會(huì)減緩水泥基材料的凝結(jié)時(shí)間。一方面是因?yàn)樵谒嗨倪^程中，由于各種親水基團(tuán)的作用，聚合物可以吸附微小的水泥顆粒，將其包裹并阻礙其水化；另一方面，由于水化層之間的微小乳粒彼此之間具有相互斥力，使得水泥顆粒彼此遠(yuǎn)離，進(jìn)一步延緩凝結(jié)時(shí)間。

2.3 環(huán)氧樹脂乳液對水泥基材料力學(xué)強(qiáng)度的影響

力學(xué)性能是環(huán)氧樹脂乳液改性水泥的一個(gè)重要指標(biāo)。很多對水泥進(jìn)行改性的目的就是為了獲得良好的力學(xué)性能。環(huán)氧樹脂乳液改性水泥時(shí)，乳液進(jìn)入水泥體系中與水泥水化產(chǎn)物形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一方面阻止了體系中水分的散失，另一方面也填充了水泥顆粒之間的間隙。所以凝結(jié)后的改性水泥在力學(xué)性能上較之前得到了改善。這里分別從固化劑類型，環(huán)氧樹脂乳液摻量以及養(yǎng)護(hù)制度等方面來研究環(huán)氧樹脂乳液對水泥基材料力學(xué)性能的影響。在聚合物改性水泥的養(yǎng)護(hù)過程中，早期使用濕養(yǎng)護(hù)，晚期使用干養(yǎng)護(hù)，會(huì)得到最優(yōu)異的力學(xué)性能。這是因?yàn)樵囼?yàn)證明：早期使用濕養(yǎng)護(hù)會(huì)對乳液成膜有明顯的延緩作用，加強(qiáng)了其力學(xué)性能的提高；而后期的干養(yǎng)護(hù)使其水化過程完備，再次從另一方面提高水泥力學(xué)性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊志強(qiáng)，王東.聚合物對混凝土結(jié)構(gòu)和性能影響的研究[J].混凝土與水泥制品，2010（01）.

[2] 漢南特.纖維水泥與纖維混凝土[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2010，10.

[3] 任秀全.聚合物改性水泥基復(fù)合材料及其在建筑中的應(yīng)用[D].天津大學(xué)，2007.

[4] 陳建奎.混凝土外加劑的原理與應(yīng)用[M].北京：中國計(jì)劃出版社， 2010.