楊禮明　徐龍旺　龍雪峰　蘇曉波

摘要：為研究固化劑摻量、水泥摻量及環(huán)境溫度對(duì)新型聚合物混凝土性能的影響，文章通過優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，制備聚合物混凝土并開展強(qiáng)度試驗(yàn)，對(duì)不同齡期聚合物混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：隨著固化劑摻量的變化，聚合物混凝土的強(qiáng)度呈先上升后下降的趨勢;摻加水泥對(duì)聚合物混凝土強(qiáng)度的提升有顯著效果;聚合物混凝土固化和施工的最佳溫度范圍為25 ℃～40 ℃。

關(guān)鍵詞：聚合物混凝土;固化劑摻量;水泥摻量;環(huán)境溫度

中國分類號(hào)：U414文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

普通水泥混凝土是一種脆性材料，其抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗沖擊、防水及防腐蝕性能都相對(duì)較差，導(dǎo)致其在建筑領(lǐng)域應(yīng)用中受到限制。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，學(xué)者們逐漸轉(zhuǎn)向研究聚合物混凝土（polymer concrete，簡稱PC）這種新型材料[1-7]。聚合物水泥混凝土采用聚合物（一般為環(huán)氧樹脂）與水泥混凝土復(fù)合而成，與普通混凝土相比，其在具有良好抗壓強(qiáng)度的同時(shí)，抗拉性能、抗彎性能及抗沖擊性能均有顯著提高，且在防水、抗腐蝕方面還有了質(zhì)的提升[8]。本文通過優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)制備PC，開展抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，對(duì)影響PC性能的固化劑摻量、水泥摻量及環(huán)境溫度等因素進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 原材料

水泥采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，各項(xiàng)指標(biāo)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）。細(xì)集料為廣西天然河砂，中砂，細(xì)度模數(shù)為2.7。粗集料為廣西輝綠巖，5～20 mm連續(xù)級(jí)配。環(huán)氧樹脂采用WSR6101（E-44）雙酚A型環(huán)氧樹脂。固化劑采用項(xiàng)目組與某化工公司合作研發(fā)的改性芳香胺類固化劑，型號(hào)為R16和R17，其性能指標(biāo)如下頁表1所示。

1.2 試驗(yàn)配比

根據(jù)以往配制經(jīng)驗(yàn)，固化劑與環(huán)氧樹脂的最佳比例為0.5∶1。本次選用的PC基本配合比為環(huán)氧樹脂：固化劑∶細(xì)集料∶粗集料∶水泥=1∶0.5∶3.6∶5.4∶1.25。

1.3 試驗(yàn)方法

因?yàn)閲鴥?nèi)尚未有PC方面的標(biāo)準(zhǔn)，所以PC的試件制備和成型、抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2002）進(jìn)行。試件的養(yǎng)護(hù)采用室外常溫養(yǎng)護(hù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 固化劑摻量對(duì)聚合物混凝土性能的影響

根據(jù)配制經(jīng)驗(yàn)，固化劑與環(huán)氧樹脂的最佳比例為0.5∶1。在保持摻加固化劑總量與環(huán)氧樹脂比例不變的情況下，通過調(diào)節(jié)固化劑R16和R17的混合比例來制備聚合物混凝土，并進(jìn)行12 h、1 d及3 d等不同齡期的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，以此來分析固化劑摻量對(duì)聚合物混凝土性能的影響。兩種固化劑的混合比例及試驗(yàn)編號(hào)如表2所示。

根據(jù)不同齡期的聚合物混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果，繪制抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度變化規(guī)律曲線圖，如圖1、圖2所示。

從圖1、圖2可知，隨著固化劑中R16摻量逐漸降低和R17摻量逐漸增加，聚合物混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均經(jīng)歷了先上升后下降的過程。在固化劑摻量比例R16∶R17=5∶5時(shí)，抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度為最大值，其中3 d齡期的抗壓強(qiáng)度為83.4 [HTSS]MPa[HTXH]，抗折強(qiáng)度為13.2 MPa。HC1～HC4強(qiáng)度形成相對(duì)較慢，HC1～HC3到3 d齡期時(shí)才形成早期強(qiáng)度，HC4在1 d時(shí)形成早期強(qiáng)度，且抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均比HC5～HC11偏低。

上述試驗(yàn)結(jié)果是兩種固化劑優(yōu)缺點(diǎn)融合的表現(xiàn)：R16的特點(diǎn)是低黏度、操作時(shí)間長、放熱低，但膠化時(shí)間比較長;R17的特點(diǎn)是固化物韌性高且耐化學(xué)藥品性優(yōu)良，但膠化時(shí)間短，難操作。HC1～HC4早期強(qiáng)度形成慢就是由于R16的摻量較多，環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)較慢，從而使得混凝土的強(qiáng)度形成變慢?？箟簭?qiáng)度和抗折強(qiáng)度總體趨勢為先上升后下降，這是由于隨著R16摻量減少，R17摻量增加，使得環(huán)氧樹脂的固化速度加快，從而出現(xiàn)了抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度上升的情況，但是到達(dá)平衡點(diǎn)（固化劑摻量比例R16∶R17=5∶5）之后，隨著R17摻量繼續(xù)增加而R16的摻量不斷減少，環(huán)氧樹脂固化速度不斷加快，混凝土制備時(shí)的操作時(shí)間越來越短，當(dāng)固化劑摻量比例R16∶R17=0∶10時(shí)，操作時(shí)間僅有25～35 min左右，這就使得環(huán)氧樹脂基液與各種原材料的融合時(shí)間大大減少，未能夠完全發(fā)揮其良好的粘結(jié)性能，可能導(dǎo)致一些水泥顆粒未被完全包裹，砂、石的界面亦未完全被環(huán)氧基液所粘接，從而導(dǎo)致了強(qiáng)度的降低。

綜上所述，兩種固化劑的混合摻配可以有效地發(fā)揮自身的優(yōu)點(diǎn)，抵消或降低彼此的缺點(diǎn)。當(dāng)固化劑摻量比例達(dá)到R16∶R17=5∶5時(shí)為最佳，能很好地發(fā)揮兩種固化劑的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)最大化地消除缺點(diǎn)。

2.2 水泥摻量對(duì)聚合物混凝土性能的影響

水泥摻量以環(huán)氧樹脂的用量為基數(shù)進(jìn)行摻量比例計(jì)算。在基本配合比“環(huán)氧樹脂∶固化劑∶砂∶石∶水泥=1∶0.5∶3.6∶5.4∶1.25”的基礎(chǔ)上改變水泥摻量，通過簡單的試配發(fā)現(xiàn)：水泥摻量達(dá)150%以上時(shí)，聚合物混凝土拌和困難，在施工操作時(shí)間內(nèi)很難完成均勻拌和，除非另外添加稀釋劑來調(diào)節(jié)拌和物的和易性。本次研究不添加稀釋劑，設(shè)計(jì)水泥摻量分別為：0、50%、75%、100%、125%及150%。

考慮聚合物混凝土硬化和強(qiáng)度發(fā)展的速度，試驗(yàn)以HC1、HC6和HC11室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)3 d后，對(duì)比其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度變化規(guī)律來分析水泥摻量對(duì)聚合物混凝土的影響。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，繪制水泥摻量-抗壓強(qiáng)度曲線圖、水泥摻量-抗折強(qiáng)度曲線圖（見圖3、圖4）。

從圖3、圖4可知，隨著水泥摻量的增加，聚合物混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的變化總體趨勢為先上升后下降。當(dāng)水泥摻量為125%時(shí)，與未摻加水泥相比，HC1、HC6和HC11的抗壓強(qiáng)度分別提高了42%、67%和54%，抗折強(qiáng)度分別提高了41%、44%和43%。而隨著水泥摻量的繼續(xù)增加，到150%時(shí)，與水泥摻量125%時(shí)相比，HC1、HC6和HC11的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都出現(xiàn)了不同程度的降低。