趙昆璞，徐曉沐，毛繼澤，劉宗民**（.哈爾濱工程大學(xué) 航天與建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 5000；2.黑龍江省科學(xué)院 高技術(shù)研究院，黑龍江 哈爾濱 50020）

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綜述與專論 Summarization and Special Comment

我國(guó)聚合物混凝土的研究現(xiàn)狀*

趙昆璞1，徐曉沐2**，毛繼澤1，劉宗民1**
（1.哈爾濱工程大學(xué) 航天與建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001；2.黑龍江省科學(xué)院 高技術(shù)研究院，黑龍江 哈爾濱 150020）

摘要：聚合物混凝土具有優(yōu)良的性能，逐步成為一種新型建筑材料，但其成本是普通水泥混凝土的8～20倍，在一定程度上限制了它的推廣和使用。闡述了聚合物混凝土的特性，以及目前我國(guó)在聚合物混凝土領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，并對(duì)我國(guó)聚合物混凝土的發(fā)展提出了一些建議。

關(guān)鍵字：聚合物混凝土；研究現(xiàn)狀；建議

引言

聚合物在混凝土中有三種形式，即聚合物混凝土、聚合物改性混凝土和聚合物浸漬混凝土[1]。聚合物混凝土（PC）是由聚合物代替水泥作為膠結(jié)材料與集料拌合、澆筑后經(jīng)養(yǎng)護(hù)和聚合而成的一種混凝土。相對(duì)于普通混凝土來說，聚合物混凝土的優(yōu)點(diǎn)就是強(qiáng)度高、密度較小、耐磨損、耐腐蝕、電絕緣性好、耐水性、抗凍性強(qiáng)以及與其他材料粘結(jié)性強(qiáng)等，因此它在承載能力和耐久性方面都超過普通混凝土。[2～4]

聚合物改性混凝土（PMC）是指在水泥混合時(shí)加入了分散在水中或者可以在水中分散的聚合物材料。它相比于聚合物混凝土而言，由于水泥水化程度的不完全，具有較高的孔隙率，因此會(huì)在一定程度上降低材料的抗壓強(qiáng)度[5，6]。由于聚合物改性混凝土的孔隙率較大，會(huì)導(dǎo)致其后期收縮增加；另外由于材料較大的空隙率，在潮濕的環(huán)境下容易吸水膨脹，使聚合物改性混凝土的強(qiáng)度明顯下降，大大降低其水穩(wěn)定性[7]。

聚合物浸漬混凝土（PIC）是指將已經(jīng)水化的水泥混凝土用聚合物單體浸漬，隨后單體在混凝土內(nèi)部空隙中進(jìn)行聚合而生成的復(fù)合材料。它相比于聚合物混凝土而言，需要的浸漬條件要求較高，生成工藝比較復(fù)雜[1]。

聚合物混凝土相比于聚合物改性混凝土和聚合物浸漬混凝土而言，以其較低的孔隙率、較高的抗壓強(qiáng)度和較高的水穩(wěn)定性而得到了國(guó)內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注。闡述了聚合物混凝土的特性，以及目前我國(guó)在聚合物混凝土領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，并對(duì)我國(guó)聚合物混凝土的發(fā)展提出了一些建議。

1　聚合物混凝土的特性

（1）強(qiáng)度高。聚合物膠結(jié)料本身強(qiáng)度高，并且膠結(jié)材料與骨料之間的黏合力強(qiáng)，因此聚合物混凝土的破壞往往不像水泥混凝土那樣發(fā)生在骨料和填料之間，而是骨料本身首先發(fā)生破壞。所以通常聚合物混凝土的抗壓強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度以及拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于普通混凝土。因此對(duì)于許多建筑結(jié)構(gòu)來說，采用聚合物混凝土可使其質(zhì)量減少到傳統(tǒng)水泥混凝土的1/3[4]。

（2）耐久性好。在聚合物混凝土中，用作膠結(jié)材料的聚合物組分最終全部參與固化反應(yīng)，因而聚合物混凝土中沒有連通的毛細(xì)孔，使得聚合物混凝土抗?jié)B透性比水泥混凝土高得多，因而具有優(yōu)良的耐久性能[4]。此外，聚合物混凝土中選擇的聚合物一般都屬于不活潑的化學(xué)材料，因此大多數(shù)聚合物混凝土都能耐一般的酸、堿、鹽和許多有機(jī)溶劑的化學(xué)腐蝕，所以在一定程度上增加了聚合物混凝土的耐久性。

（3）施工性能好。聚合物混凝土凝固時(shí)間短，可以在常溫和低溫下固化，強(qiáng)度發(fā)展比水泥混凝土發(fā)展快得多，一般24h的強(qiáng)度可以達(dá)到最終強(qiáng)度的80%，因此養(yǎng)護(hù)周期大大的縮短，有利于寒冷地區(qū)或冬季施工[4]。

（4）粘結(jié)性能好。由于聚合物在固化的過程中會(huì)形成一種具有較高粘結(jié)力的薄膜，這種薄膜可以將填料與聚合物更加牢固地粘結(jié)在一起。同時(shí)聚合混凝土與水泥混凝土或砂漿、石材、金屬、木材等有良好的黏附性，因此是一種優(yōu)秀的快速修補(bǔ)材料[1]。

（5）環(huán)保性能好。由于聚合物混凝土中采用的填料經(jīng)常是粉煤灰、高爐礦渣、硅灰等工業(yè)廢料。這樣不僅解決了工業(yè)廢料的處理問題，而且還將其變廢為寶改善了混凝土的性能。因此聚合物混凝土的推廣有利于節(jié)能環(huán)保。

（6）生產(chǎn)成本較高。由于聚合物混凝土的膠結(jié)完全靠聚合物，聚合物的用量約占混凝土質(zhì)量的8%左右。因此聚合物混凝土的價(jià)格通常是普通混凝土的8～20倍[8]，在一定程度上限制了它的推廣和使用。

（7）蠕變較大。聚合物混凝土材料所做構(gòu)件的蠕變性是采用水泥混凝土材料所做構(gòu)件蠕變性的2～3倍，并且蠕變應(yīng)變還會(huì)隨著聚合物含量的增加而增加[4]。

（8）其他性能。聚合物混凝土具有優(yōu)良的耐磨性、抗沖擊性、減震性能、絕緣性能。同時(shí)采用聚合物混凝土材料所做的構(gòu)件比采用水泥混凝土材料所做的構(gòu)件具有更好的抗疲勞壽命[4]。

2　國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀研究

近年來隨著建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性的增加以及國(guó)家對(duì)建筑節(jié)能環(huán)保的要求越來越嚴(yán)格。聚合物混凝土以其良好的特性，已經(jīng)逐步廣泛地運(yùn)用于化學(xué)工業(yè)、建筑工業(yè)、有色冶金工業(yè)以及水利工程等領(lǐng)域[4]。但是由于材料本身存在著價(jià)格高、蠕變大等問題，在一定程度上限制了聚合物混凝土的推廣與應(yīng)用。根據(jù)大量文獻(xiàn)和專利闡述聚合物混凝土目前在我國(guó)的研究現(xiàn)狀，希望為聚合物混凝土的進(jìn)一步研究提供參考。

2.1地質(zhì)聚合物混凝土（無機(jī)聚合物混凝土）

2.1.1礦粉地質(zhì)聚合物混凝土

付亞偉，等[9]以礦粉為原料，摻入硅酸鈉和氫氧化鈉復(fù)合激發(fā)劑，制備了大流度、早強(qiáng)高強(qiáng)地質(zhì)聚合物混凝土。采用150mm×150mm×600mm標(biāo)準(zhǔn)梁進(jìn)行試驗(yàn)，并通過燒失量試驗(yàn)、SEM和EDS分析了材料各齡期的水化程度、微觀結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度機(jī)理。結(jié)果表明：激發(fā)劑顯著提高了礦粉的活性，材料水化1d后其水化程度已經(jīng)高達(dá)52%，并隨齡期的延長(zhǎng)逐漸加大；材料28d抗折、抗壓強(qiáng)度最高分別為8.51MPa，91.9MPa，且強(qiáng)度發(fā)展較快，7d抗折、抗壓強(qiáng)度最高分別達(dá)7.59MPa，84.8MPa，各齡期的強(qiáng)度均隨礦粉用量或溶膠比的提高而降低；各制備參數(shù)對(duì)材料工作性能影響程度為：礦粉用量>溶膠比>砂率，在其他條件相同時(shí)，材料坍落度隨著礦粉用量或溶膠比的增加而增加，能達(dá)到160mm以上。另外通過SEM照片可以看出材料的晶體整體性較好，結(jié)構(gòu)致密，硬化后凝結(jié)料和集料黏結(jié)牢固，界面強(qiáng)度高，從而使其表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能。

2.1.2粉煤灰地質(zhì)聚合物混凝土

尹明，等[10]以粉煤灰主要原料，氫氧化鈉與液體硅酸鈉為激發(fā)劑制備的地質(zhì)聚合物混凝土，分別從骨料摻量、砂率、養(yǎng)護(hù)溫度、高溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間四個(gè)方面對(duì)地質(zhì)聚合物混凝土抗壓強(qiáng)度的影響進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，粉煤灰地質(zhì)混凝土的抗壓強(qiáng)度隨骨料摻量及砂率的增加先增大后減小，存在一個(gè)相對(duì)最優(yōu)值；粉煤灰地質(zhì)聚合物混凝土的早期強(qiáng)度較高，7d以后強(qiáng)度增長(zhǎng)較小；粉煤灰地質(zhì)聚合物混凝土的抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)溫度的升高而增大，100℃時(shí)達(dá)到最大值，之后開始降低，且強(qiáng)度增長(zhǎng)在高溫養(yǎng)護(hù)24 h內(nèi)基本完成；地質(zhì)聚合物混凝土的劈拉強(qiáng)度隨著骨料摻量的增加而提高，抗折強(qiáng)度、彈性模量、泊松比都隨著骨料摻量的增加先增大后減小，摻量為70%時(shí)達(dá)到峰值。李克亮，等[11]使用粉煤灰和堿激發(fā)劑制備粉煤灰基土壤聚合物混凝土，并且系統(tǒng)地研究了其物理力學(xué)性能、干縮和耐久性能。結(jié)果表明，粉煤灰基土壤聚合物混凝土早期強(qiáng)度相對(duì)較低，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯，極限拉伸值為138×10-6，為普通混凝土的1.08倍，抗拉彈性模量為2.97× 104MPa,是普通混凝土的76.6%，具備了適用的物理力學(xué)性能；粉煤灰基土壤聚合物混凝土的干縮主要發(fā)生在早期，14d齡期后的干縮率均顯著小于普通水泥混凝土，在150d齡期時(shí)為普通水泥混凝土的71.8%；在3%硫酸鹽溶液中，粉煤灰基土壤聚合物混凝土沒有產(chǎn)生任何膨脹，具有優(yōu)良的抗硫酸鹽侵蝕性能。粉煤灰基土壤聚合物混凝土快速碳化28d的碳化深度為14mm，抗凍等級(jí)在F100以上。粉煤灰基土壤聚合物混凝土的水溶性氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)較小，為1.79×10-12m2/s，是普通混凝土的30.5%。

2.1.3粉煤灰—偏高嶺土地質(zhì)聚合物混凝土

張?jiān)粕?，等[12]利用偏高嶺土和粉煤灰為主要原料制備了地質(zhì)聚合物混凝土。研究中以地質(zhì)聚合物混凝土的強(qiáng)度為指標(biāo)尋求地質(zhì)聚合物的最佳配比；實(shí)驗(yàn)中還采用了標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、蒸汽養(yǎng)護(hù)、壓汞養(yǎng)護(hù)3種養(yǎng)護(hù)制度，從中選出了最有利于發(fā)揮膠凝材料活性的養(yǎng)護(hù)制度。結(jié)果表明，地質(zhì)聚合物混凝土的最優(yōu)配比和養(yǎng)護(hù)工藝為：粉煤灰摻量為30%，80℃蒸汽養(yǎng)護(hù)8h。將最優(yōu)的地質(zhì)聚合物膠結(jié)制成混凝土，并對(duì)其抗氯離子滲透、抗凍融性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其具有非常優(yōu)異的抗氯離子滲透性和抗凍融性能。

2.1.4粉煤灰—硅灰地質(zhì)聚合物混凝土

謝子令，等[13]利用粉煤灰、硅灰、固體硅酸鈉、工業(yè)純氫氧化鈉、三聚磷酸鈉為主要原料制備的聚合物混凝土。該發(fā)明專利可以克服現(xiàn)有的地質(zhì)聚合物配比強(qiáng)度難以控制、激發(fā)劑采用水劑等技術(shù)缺點(diǎn)，提供了一種成本低、工藝簡(jiǎn)單、無毒無污染、原材料來源廣泛、強(qiáng)度可控的地質(zhì)聚合物混凝土。這種地質(zhì)聚合物混凝土有望作為一種耐高溫加固、快速修補(bǔ)、高強(qiáng)高性能材料在相關(guān)領(lǐng)域得到運(yùn)用，并且還對(duì)節(jié)約資源，節(jié)省能源和保護(hù)環(huán)境意義重大。

2.1.5礦渣—粉煤灰地質(zhì)聚合物混凝土

羅鑫，等[14]以礦渣、粉煤灰為原料，以氫氧化鈉、碳酸鈉為堿性激發(fā)劑制備的強(qiáng)度等級(jí)為C30的高流態(tài)地質(zhì)聚合物混凝土。通過對(duì)高流態(tài)地質(zhì)聚合物混凝土的動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)，分析它的在沖擊壓縮荷載下的變形特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高流態(tài)地質(zhì)聚合物混凝土屬于應(yīng)變率敏感材料和脆性材料；在高應(yīng)變率下，高流態(tài)地質(zhì)聚合物混凝土典型應(yīng)力應(yīng)變曲線可以分為壓實(shí)擠密階段、彈性階段和軟化、屈服階段；高流態(tài)地質(zhì)聚合物混凝土的動(dòng)彈性模量均低于其在準(zhǔn)靜態(tài)下的彈性模量；在10～100s-1的應(yīng)變率范圍內(nèi)，高流態(tài)地質(zhì)聚合物混凝土的εc與其在準(zhǔn)靜態(tài)下的εc,q相比有了大幅度的提升，體現(xiàn)了明顯的沖擊韌化效應(yīng)。金鑫，等[15]以礦粉和粉煤灰為主要原料，以氫氧化鈉和水玻璃為堿性激發(fā)劑制備了地質(zhì)聚合物混凝土。研究中參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)材料進(jìn)行基本力學(xué)性能試驗(yàn)，就其彈性模量、泊松比、以及應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得到如下結(jié)論：地質(zhì)聚合物混凝土彈性模量平均值為3.16× 104MPa，泊松比為0.26。相比于相同等級(jí)的普通水泥混凝土的彈性模量小11.8%，而泊松比大22.2%，表明了地質(zhì)聚合物混凝土的變形性能優(yōu)于普通水泥混凝土。地質(zhì)聚合物混凝土軸壓試驗(yàn)的峰值應(yīng)變平均值為（2250με），高于規(guī)范規(guī)定的峰值應(yīng)變（2000με）。試驗(yàn)中得到的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€與采用的分段式模型吻合較好，適用于混凝土材料的單軸受壓的本構(gòu)模型，為地質(zhì)聚合物混凝土本構(gòu)關(guān)系研究提供參考及用于構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的非線性分析。

2.1.6礦渣—偏高嶺土地質(zhì)聚合物混凝土

王晴，等[17]以礦渣和偏高嶺土為主要原料，低模數(shù)水玻璃為激發(fā)劑制備地質(zhì)聚合物混凝土，以抗壓強(qiáng)度為主要考核指標(biāo)。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[16]對(duì)礦渣—偏高嶺土地質(zhì)聚合物混凝土的制備以及抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明：n（Na2O）/n（Al2O3）=0.3，n （SiO2）/n（Al2O）=3.9，水膠比=3.5時(shí)，地質(zhì)聚合物混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值；通過多元線性回歸分析，建立了地質(zhì)聚合物混凝土28d強(qiáng)度（y）與凈槳28d強(qiáng)度（X1）、水膠比（X2）之間數(shù)學(xué)模型為：y=22. 99+0.62X1-21.88X2。另外王晴，等[18]還通過混凝土收縮實(shí)驗(yàn)，研究了水玻璃摻量、水玻璃模數(shù)、液固比、膠凝材料用量等因素對(duì)地質(zhì)聚合物混凝土收縮性能的影響。實(shí)驗(yàn)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。結(jié)果表明，隨著水玻璃模數(shù)的增加，材料的收縮呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)；而增加水玻璃摻量、降低液固比和膠凝材料用量均能降低混凝土的收縮；隨著液固比和膠凝材料用量增加，地質(zhì)聚合物混凝土的收縮性增大，與普通水泥混凝土變化規(guī)律一致。

2.1.7硅粉—偏高嶺土地質(zhì)聚合混凝土

李克亮，等[20]使用硅粉、偏高嶺土等鋁制材料為原料，以氫氧化鉀和工業(yè)水玻璃為激發(fā)劑制備地質(zhì)聚合物混凝土。研究材料的物理力學(xué)性能、干縮和耐久性能。結(jié)果表明，地質(zhì)聚合物混凝土比普通混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和極限拉伸值；材料的氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)較小，為1.03× 10-12m2/s，是普通混凝土的17.5%，具有比普通混凝土更好的抗氯離子侵蝕性能。因此，該材料具有比普通混凝土適用的物理力學(xué)性能和優(yōu)良的耐久性能，是一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)新材料。

2.1.8偏高嶺土—陶砂地質(zhì)聚合物混凝土

胡曙光[21]利用陶砂和高嶺土等原料，在改性水玻璃堿性激發(fā)劑的作用下，制備了偏高嶺土—陶砂地質(zhì)聚合物混凝土，并對(duì)材料進(jìn)行高溫性能測(cè)試，利用電子掃描電鏡（SEM）分析試樣28d齡期的偏高嶺土—陶砂界面結(jié)構(gòu)經(jīng)950℃高溫煅燒前后的變化情況。結(jié)果表明，偏高嶺土—陶砂地質(zhì)聚合物混凝土具有優(yōu)異的耐高溫性能；陶砂表面地質(zhì)聚合物混凝土的厚度是影響材料耐高溫性能的主要因素，漿體太厚，受熱時(shí)內(nèi)部水蒸氣向外釋放困難而將結(jié)構(gòu)破壞，太薄，又不足以將陶砂牢固的黏結(jié)在一起，改變集料粒徑和膠砂比實(shí)際上是改變集料表面單位面積上漿體的用量；研究中提出的“等厚模型”可以有效地反應(yīng)地質(zhì)聚合物的厚度和混凝土耐熱性能之間的相互關(guān)系，并且為材料的配合比設(shè)計(jì)提供一定的參考。

2.1.9粉煤灰—礦渣—再生集料地質(zhì)聚合物混凝土

肖建莊，等[22]以再生集料、粉煤灰、礦渣、水、硅酸鈉、氫氧化鈉、萘磺酸鹽甲醛縮合物和蔗糖化鈣為原料，以一定的配合比，采用專門的攪拌工藝制備而成一種地質(zhì)聚合物混凝土。該種地質(zhì)聚合物混凝土具有較好的工作性能、較高的強(qiáng)度、優(yōu)異的耐久性能和耐高溫性能。同時(shí)，該發(fā)明能夠大量高效地利用廢混凝土及粉煤灰、高爐礦渣二種工業(yè)副產(chǎn)品，對(duì)節(jié)約資源、節(jié)省能源和保護(hù)環(huán)境意義重大，符合建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

2.1.10復(fù)合激發(fā)劑制備的地質(zhì)聚合物混凝土

賈偉進(jìn)，等[23]發(fā)明了一種由三乙醇胺、萘系減水劑、石英粉和石灰乳，并且利用該復(fù)合激發(fā)劑和膠凝材料、骨料、水制備而成一種地質(zhì)聚合物混凝土。本發(fā)明采用了如下配合比：膠凝材料510～650kg；骨料1410～1550kg，復(fù)合激發(fā)劑與膠凝材料的比值為0.22～0.35∶1；水膠比為0.35～0.37；骨料的砂率為25%～35%。采用上述配合比制備出的聚合物混凝土，坍落度為200～240 mm，28d抗壓強(qiáng)度為65～75MPa，60d抗壓強(qiáng)度為70～80MPa，其性能指標(biāo)均符合混凝土技術(shù)性能指標(biāo)。該種材料可以代替普通水泥混凝土廣泛用于土木工程、公路、橋梁等建筑領(lǐng)域。

2.2PET（聚對(duì)苯二甲酸）塑料聚合物混凝土

姚占勇，等[24]發(fā)明了一種PET塑料聚合物混凝土，包括粘結(jié)劑、集料和摻加料，按質(zhì)量比，粘結(jié)劑+摻加料：集料=1∶1～3；所述粘結(jié)劑為PET，摻加料為粉煤灰，按質(zhì)量比，PET：粉煤灰=1∶0.5～4，集料為石料和砂，按集料質(zhì)量百分比砂占20%～100%。按照上述配合比制備出的混凝土抗折強(qiáng)度為9～12MPa左右，是特級(jí)路面要求抗折強(qiáng)度的1.5～2倍。因此該材料不僅利用了廢舊的PET塑料瓶，減少了環(huán)境污染，還可用于各種早強(qiáng)、高抗沖擊與高抗折強(qiáng)度的混凝土結(jié)構(gòu)。

2.3呋喃聚合物混凝土

晏石林，等[25]利用呋喃樹脂、固化劑、石英粉、石英砂、石英石和玻璃纖維增強(qiáng)塑料（FRP）筋等材料制備而成了呋喃聚合混凝土和FRP筋加強(qiáng)呋喃聚合混凝土，并利用這兩種材料分別制成了梁的試件，尺寸為600mm×40mm×50mm，對(duì)兩組試件進(jìn)行彎曲蠕變特性進(jìn)行試驗(yàn)研究與分析，并且采用了四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法分別得到了梁在不同荷載水平作用下的蠕變曲線，對(duì)其黏彈性性質(zhì)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，F(xiàn)RP筋不僅提高了呋喃聚合物混凝土梁的初試剛度和強(qiáng)度，而且明顯地降低了梁的蠕變變形；其次，運(yùn)用了最小二乘法確定了蠕變模型參數(shù)，分別建立了呋喃聚合物混凝土梁和FRP筋加強(qiáng)呋喃聚合物混凝土梁的彎曲蠕變規(guī)律模型，為估計(jì)材料的長(zhǎng)期力學(xué)性能提供了依據(jù)。

2.4環(huán)氧樹脂聚合物混凝土

蔡衛(wèi)民，等[26]發(fā)明了一種以工業(yè)廢料粉煤灰為主要原料，以經(jīng)過聚氨酯改性的環(huán)氧樹脂為粘結(jié)劑，以經(jīng)過改性的多元胺為固化劑，添加適量的活性稀釋增韌劑，按比例配制而成一種環(huán)氧樹脂聚合物混凝土。利用該發(fā)明制備的聚合物混凝土修補(bǔ)材料具有快硬早強(qiáng)（固化時(shí)間：10～40min；壓縮強(qiáng)度65～75MPa）特點(diǎn)，與水泥混凝土粘結(jié)力強(qiáng)，可在潮濕、低溫的條件下施工，固化物強(qiáng)度高、韌性好，表面平整，耐磨性與抗沖擊性能優(yōu)良。趙健[27]對(duì)環(huán)氧樹脂聚合物混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)未硬化環(huán)氧樹脂聚合物混凝土的性能及環(huán)氧樹脂混凝土的攪拌工藝進(jìn)行研究分析。結(jié)果表明，環(huán)氧樹脂聚合物混凝土的參考配合比為：環(huán)氧樹脂∶丙酮∶乙二胺∶二丁酯∶填充料∶砂子∶碎石=206∶29∶30∶20∶389∶700∶1000。環(huán)氧樹脂聚合物混凝土的徐變與溫度有關(guān)，20℃時(shí)幾乎看不到徐變，60℃時(shí)徐變最為明顯。環(huán)氧樹脂聚合物混凝土可以通過調(diào)節(jié)固化劑的用量來調(diào)節(jié)材料的靜止時(shí)間，抗?jié)B等級(jí)能達(dá)到P30而不透水；在-17℃凍融循環(huán)后穩(wěn)定系數(shù)可達(dá)1.0，環(huán)氧樹脂聚合物混凝土抗化學(xué)腐蝕性能較好。

2.5甲基丙烯酸甲酯（MMA）聚合物混凝土

代方[28]概述了甲基丙烯酸甲酯在聚合物混凝土的應(yīng)用情況，闡述了聚合物的使用條件，提出了聚合物改性方面的建議。制備甲基丙烯酸甲酯樹脂聚合物混凝土常采用過氧化苯甲酰—N為引發(fā)劑，這種引發(fā)劑可以使MMA低溫下固化，在-20℃以下的情況下也能正常使用。同時(shí)由于甲基丙烯酸甲酯樹脂聚合物混凝土具有良好的耐熱性、耐水性、耐介質(zhì)以及耐大氣老化性能，因此可以用在寬裂縫的修補(bǔ)施工中。

2.6瀝青聚合物混凝土

許淳[29]利用硅藻土和瀝青為主要原料制備出了硅藻土—瀝青聚合物混凝土。所選用的硅藻土改性劑為煅燒后的硅藻土粉末制品，為保證硅藻土加入瀝青后分布均勻，采用剪切設(shè)備對(duì)瀝青進(jìn)行剪切攪拌。研究表明，硅藻土的加入增大了瀝青膠漿的黏度，這將有利于提高瀝青聚合物混凝土的高溫性能，增強(qiáng)高溫抗車轍能力，降低了轍槽深度，提高了路面的使用能性。另外硅藻土的加入還提高了瀝青膠漿的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性能。最后隨著硅藻土用量的增加還會(huì)使瀝青聚合物混凝土的延度下降。

2.7不飽和聚酯聚合物混凝土

孫沖，等[30]利用A型和B型不飽和聚酯樹脂、固化劑、促進(jìn)劑、碎石、中砂、粉煤灰、炭黑為原料制備出了不飽和聚酯聚合物混凝土。該材料具有快速硬化，抗折、抗壓強(qiáng)度高，與待修補(bǔ)物結(jié)合能力好，收縮率低等優(yōu)點(diǎn)，可以作為一種快速修補(bǔ)道路、橋梁等建筑的聚合物混凝土材料。對(duì)影響固化時(shí)間和強(qiáng)度的幾個(gè)因素進(jìn)行探討，得出了最佳工藝參數(shù)為：樹脂為雙組分，其中A型樹脂含量為85%，樹脂用量占填料總量的9%～13%，固化劑用量占樹脂總量的4%～10%，促進(jìn)劑用量占樹脂總量的3%左右。

2.8纖維增強(qiáng)型聚合物混凝土

2.8.1纖維增強(qiáng)瀝青聚合物混凝土

曾夢(mèng)瀾[31]對(duì)普通瀝青混凝土、玻璃纖維瀝青混凝土、木質(zhì)素纖維瀝青混凝土和3個(gè)摻量的聚酯纖維瀝青混凝土進(jìn)行了3種應(yīng)變率的沖擊壓縮實(shí)驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果分析表明，瀝青混凝土具有應(yīng)變率增強(qiáng)效應(yīng)，其動(dòng)力抗壓強(qiáng)度及韌性指標(biāo)隨著應(yīng)變率的增大而增大；但是，纖維瀝青混凝土動(dòng)力抗壓強(qiáng)度及韌性指標(biāo)增長(zhǎng)率隨應(yīng)變率提高有遞減趨勢(shì)；纖維含量對(duì)瀝青混凝土在動(dòng)力條件下的動(dòng)力行為有顯著影響，聚酯纖維摻量為0.25%的瀝青混凝土動(dòng)力抗壓強(qiáng)度及韌性指標(biāo)最優(yōu)；3種纖維都可以增加材料的動(dòng)力抗壓強(qiáng)度及韌性指標(biāo)，聚酯纖維增加瀝青混凝土抗壓強(qiáng)度最佳，木質(zhì)素纖維次之，玻璃纖維最差；聚酯纖維提高瀝青混凝土韌性指標(biāo)最佳，玻璃纖維次之，木質(zhì)素纖維最差。

3.8.2杜拉纖維增強(qiáng)呋喃聚合物混凝土

曾海燕，等[32]利用XZL-1型呋喃樹脂及呋喃樹脂混凝土粉、石英石（5～25mm）和杜拉纖維。其中杜拉纖維的材料為聚丙烯。主要研究了呋喃聚合物混凝土中摻入不同體積含量的杜拉纖維后，其抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度及劈裂抗拉強(qiáng)度的變化，給出了杜拉纖維的最佳摻量，并對(duì)杜拉纖維對(duì)呋喃聚合物混凝土的增加機(jī)理進(jìn)行了初步分析。結(jié)果表明，杜拉纖維的最佳摻量推薦采用0.7～0.9kg/m3。纖維摻量太少，增強(qiáng)作用不明顯；摻量太多，不易分布均勻及形成空隙。杜拉纖維的加入對(duì)提高混凝土的抗壓強(qiáng)度影響不大，其劈裂抗拉強(qiáng)度最高提高了15.5%，抗折強(qiáng)度最高提升了14.4%。

3.8.3PET纖維增強(qiáng)不飽和聚酯聚合物混凝土

史雪健[33]把不飽和聚酯樹脂作為膠結(jié)料，骨料砂、卵石、和粉煤灰做填充料，將再生PET纖維摻入制成PET纖維增強(qiáng)不飽和聚酯樹脂混凝土。研究中將再生PET塑料以不同的比例作為增強(qiáng)材料加入到不飽和聚酯樹脂混凝土的配料中，通過對(duì)材料的抗壓性能、吸水性能、抗凍融性能、抗腐蝕性能進(jìn)行分析。結(jié)果得出，PET纖維的加入可以改善材料的強(qiáng)度、耐酸性、抗?jié)B性、耐熱性、抗腐蝕性能，降低不飽和聚酯聚合物混凝土的成本。

3.8.4碳纖維增強(qiáng)地質(zhì)聚合物混凝土

許金余，等[34]以礦渣與粉煤灰制備了碳纖維增強(qiáng)地質(zhì)聚合物混凝土；采用了φ100分離式霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)裝置，研究了不同碳纖維摻量對(duì)材料強(qiáng)度與吸能特性的影響。結(jié)果表明，碳纖維增強(qiáng)聚合物混凝土屬于應(yīng)變率敏感材料，其沖擊壓縮強(qiáng)度與能量吸收特性均表現(xiàn)出近似的應(yīng)變率線性相關(guān)性，強(qiáng)度的應(yīng)變率敏感值為47.8S-1；碳纖維對(duì)地質(zhì)聚合物混凝土的強(qiáng)度特性具有良好的改善效果，且該效果隨著平均應(yīng)變率的增加而增強(qiáng)；碳纖維的相對(duì)最佳摻量為0.2%（體積分?jǐn)?shù)），材料的強(qiáng)度比未摻碳纖維的地質(zhì)聚合物混凝土強(qiáng)度提高了13.5%，吸能特性比未摻碳纖維的地質(zhì)聚合物混凝土強(qiáng)度提高了51.2%。

3.8.5玄武巖纖維增強(qiáng)地質(zhì)聚合物混凝土

許金余，等[35]為了研究玄武巖纖維對(duì)不同膠凝材料的混凝土的強(qiáng)韌化效應(yīng)，制備了玄武巖纖維增強(qiáng)普通硅酸鹽水泥混凝土與玄武巖纖維增強(qiáng)地質(zhì)聚合物混凝土。采用φ100mm分離式霍普金森壓桿試驗(yàn)裝置，分別研究二種材料的沖擊力學(xué)性能，并分析玄武巖纖維對(duì)二種材料的強(qiáng)韌化效應(yīng)。結(jié)果表明，二種材料的強(qiáng)度和韌化均隨應(yīng)變率的增加而提高；玄武巖纖維對(duì)普通硅酸鹽水泥混凝土的增強(qiáng)效果優(yōu)于地質(zhì)聚合物混凝土，當(dāng)纖維摻量為0.1%時(shí)，纖維對(duì)普通硅酸鹽水泥的增強(qiáng)和增韌效果相對(duì)較好；玄武巖纖維不適于用來增強(qiáng)地質(zhì)聚合物混凝土，當(dāng)纖維摻量為0.3%時(shí)，纖維對(duì)于地質(zhì)聚合物的增韌效果相對(duì)比較好。

2.9其他型聚合物混凝土

曹海琳，等[36]為了滿足海洋工程建設(shè)的需要，發(fā)明了一種利用海水海砂拌合的無機(jī)聚合物混凝土。材料采用下列配合比：無機(jī)聚合物膠凝材料250～550kg，海砂500～750kg，碎石900～1350kg，海水150～220kg。其中所述海砂細(xì)度模數(shù)為1.8～2.6，所述碎石粒徑為5～10mm兩種，二者質(zhì)量比為3∶7，壓碎指標(biāo)<15，針片狀含量<5%。按照上述材料制備出的無機(jī)聚合物混凝土的力學(xué)指標(biāo)為：混凝土28d抗壓強(qiáng)度為15～80MPa，抗?jié)B等級(jí)為P12～P40，抗凍融系數(shù)為F200～F300,28d抗氯離子擴(kuò)散系數(shù)為1.35～4.5×10-12m2/s。周璞[37]等人利用納米阻尼材料發(fā)明了一種減振降噪用聚合物混凝土。本發(fā)明提供粒徑為50～100nm的互穿網(wǎng)絡(luò)納米粒子1質(zhì)量份；聚合物集體11～31質(zhì)量份；混凝土骨料58～174質(zhì)量份，將上述組分混合便可得到減振降噪用納米材料聚合物混凝土。此種材料可以大大拓展聚合物混凝土在我國(guó)的應(yīng)用范圍，使交通運(yùn)輸?shù)蔫F路、城市軌道、船舶動(dòng)力裝置減振降噪效果更上一個(gè)臺(tái)階，為城市居民、車船旅客創(chuàng)造安靜舒適的環(huán)境創(chuàng)造了條件。同時(shí)，為機(jī)械制造業(yè)制造加工精度更高的機(jī)床提供了新型減振降噪材料。

3　我國(guó)在聚合物混凝土研究和應(yīng)用方面存在的問題

3.1聚合物混凝土研究中存在的問題

我國(guó)自20世紀(jì)70年代開始重視聚合物混凝土的研究，并在隨后的幾十年里取得了一些成績(jī)[38～39]，但是與美國(guó)、日本以及歐洲的研究相比還存在較大的差距。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)聚合物混凝土的研究往往停留在材料宏觀的力學(xué)性能方面，但是在聚合物混凝土微觀結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究以及聚合物對(duì)混凝土的改性機(jī)理方面涉及很少。另外美國(guó)、日本以及歐洲在聚合物混凝土的標(biāo)準(zhǔn)化方面比較領(lǐng)先，各國(guó)都已經(jīng)制定出混凝土聚合物復(fù)合材料的多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)規(guī)程[40～45]。雖然我國(guó)近年來也開始制定一些聚合物改性砂漿和混凝土復(fù)合材料的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范[46～48]，但是隨著聚合物混凝土的不斷發(fā)展與廣泛應(yīng)用，我國(guó)的聚合物混凝土材料的標(biāo)準(zhǔn)化工作任重而道遠(yuǎn)。

3.2聚合物混凝土在工程應(yīng)用中存在的問題

聚合物混凝土目前在我國(guó)多是被用作修補(bǔ)材料，而不是被制成預(yù)制構(gòu)件用在工程實(shí)例中來較大程度的改善結(jié)構(gòu)的性能。另外聚合物混凝土的使用壽命只是推斷的結(jié)果，還沒有充分的性能保證數(shù)據(jù)，對(duì)長(zhǎng)期的使用效果和承載穩(wěn)定性[6]也需要進(jìn)行觀察和總結(jié)。同時(shí)，聚合物混凝土所用骨料含水率極低，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工來講存在一定的困難[49]。最后聚合物混凝土的生產(chǎn)成本是普通混凝土的8～20 倍[8]，這些問題都限制了聚合物混凝土的推廣和應(yīng)用，所以在降低其成本的基礎(chǔ)上保證其力學(xué)性能是一個(gè)重要的研究方向。

4　建議

為了更好地推廣與應(yīng)用聚合物混凝土，我們應(yīng)該從以下幾方面進(jìn)行努力：

（1）選擇適宜的聚合物，使其制備出的材料既擁有良好的力學(xué)性能又具有較高的經(jīng)濟(jì)適用性。另外可以考慮利用廢棄物作為填料或膠黏劑制備聚合物混凝土能達(dá)到廢棄物的循環(huán)再利用和降低聚合物混凝土造價(jià)的雙重效果[50]。

（2）選擇級(jí)配良好的骨料系統(tǒng)，可以減少聚合物的含量，達(dá)到降低蠕變?cè)黾硬牧铣休d穩(wěn)定性的目的。

（3）摻加纖維，混凝土硬化以后纖維絲黏連成為致密的亂向分布的網(wǎng)狀增強(qiáng)系統(tǒng)，增強(qiáng)了混凝土的韌性。同時(shí)，纖維與集料緊密結(jié)合在一起，極大地保持了混凝土的整體強(qiáng)度[51]。另外纖維還可以阻止集體中原有缺陷的擴(kuò)展并延緩新裂縫的出現(xiàn)。

（4）添加一定量的外加劑。在制備聚合混凝土的過程中，采用適量的引發(fā)劑、促進(jìn)劑、固化劑、消泡劑、增塑劑、偶聯(lián)劑等。選擇不同的外加劑和添加率可以控制聚合物混凝土的硬化時(shí)間及性能。

（5）聚合物混凝土應(yīng)使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)進(jìn)行快速攪拌。聚合物混凝土不同于普通水泥混凝土，聚合物往往由于黏度較大，硬化速度較快。因此如果不快速攪拌聚合物混凝土就會(huì)發(fā)生固化反應(yīng)，導(dǎo)致無法混合均勻,影響施工質(zhì)量。

（6）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)條件，優(yōu)化養(yǎng)護(hù)制度，從而使聚合物混凝土具有良好的性能。

（7）大力推廣聚合物混凝土結(jié)構(gòu)件的開發(fā)和使用，從而較大程度地改善結(jié)構(gòu)的性能。

（8）加強(qiáng)聚合物混凝土有關(guān)的規(guī)范制定，規(guī)范聚合物混凝土的使用，并且加強(qiáng)聚合物混凝土質(zhì)量監(jiān)督和檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)。

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Research Situation of Polymer Concrete in China

ZHAO Kun-pu1,XU Xiao-mu2,MAO Ji-ze1and LIU Zong-min1
（1.College of Aerospace and Civil Engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China;2.Institute of Advanced Technology, Heilongjiang Academy of Sciences,Harbin 150020,China.）

Abstract:The polymer concrete has good performance which gradually becomes a new building material.However,its cost is eight to twenty times as expensive as common concrete,which has restrained its promotion and application.The characteristics of polymer concrete are elaborated. The research situation of polymer concrete in China is presented.Some suggestions on the development of polymer concrete are put forward.

Key words:Polymer concrete;research situation;suggestions

中圖分類號(hào)：TU528.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-0017（2016）03-0199-07

收稿日期：2016-03-02

*基金項(xiàng)目：黑龍江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（編號(hào)：E201415）和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助。

作者簡(jiǎn)介：趙昆璞（1992-），男，河南永城人，在讀碩士研究生，從事混凝土耐久性方面的研究。

**通訊聯(lián)系人：徐曉沐（1976-），女，高級(jí)工程師，碩士，主要從事高分子材料方面的研究，E-mail:xuxm3@sina.com.cn劉宗民（1976-），男，副教授，博士，主要從事新型結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析研究，E-mail:liuzongmin@hrbeu.edu.cn