＊黃鐘誠 賈更尕 張學珍 文培東 張頂

（青海省海西公路橋梁工程有限公司 青海 810000）

混凝土的抗?jié)B性能會顯著影響其耐久性，混凝土的抗?jié)B性能越高，其耐久性就越好，抗?jié)B性亦將影響混凝土的抗凍性和抗侵蝕性。因此如何通過提高混凝土的抗?jié)B性來改善提高混凝土耐久性成為該研究領(lǐng)域的焦點之一。蔣佳桐[1]以赤泥替代水泥、鋼渣替代機制砂，制備鋼渣細集料赤泥基混凝土，研究了赤泥、鋼渣對混凝土抗?jié)B性能的影響規(guī)律及鋼渣細集料赤泥基混凝土的抗?jié)B特性，研究顯示，赤泥的吸水性和持水性及鋼渣的潛在膠凝性和膨脹性，均有利于改善混凝土抗?jié)B性能。任雪梅[2]研究了高抗蝕硅酸鹽水泥可以通過降低內(nèi)部空隙率及減少連通性來提高混凝土抗?jié)B性，而不是通過混凝土的強度來提高其抗?jié)B性。王后裕[3]采用液相溶膠-凝膠法合成了一種硅聚集體納米修復材料，該材料有效提高了混凝土的抗壓強度、抗折強度、氯離子滲透性能、抗凍性能和耐磨性能的狀態(tài)，能使混凝土的抗?jié)B性能提高1.6倍，顯著改善了納米摻雜混凝土的防水性能。

近年來，粉煤灰因具有火山灰效應被廣泛應用于隧道混凝土支護結(jié)構(gòu)中，通過降低生產(chǎn)能耗、改善混凝土密實性，進而提升了襯砌結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性。譚鹽賓等人[4]發(fā)現(xiàn)，加入15%粉煤灰不降低混凝土抗壓強度的同時，改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高了其抗?jié)B性。安楓壘等人[5]在二次襯砌結(jié)構(gòu)混凝土中摻加30%的粉煤灰，表明粉煤灰的火山灰效應和微集料效應在提高了混凝土抗?jié)B性的同時補償了混凝土部分收縮。吳定略等[6]通過在二次襯中摻入10%～35%的粉煤灰拌制砌自密實混凝土，發(fā)現(xiàn)自密實混凝土的流動性提高、抗離析性減弱和密實度提高，達到了改善混凝土抗?jié)B性的效果。

基于無機類物質(zhì)引入混凝土體系進而提高混凝土的抗?jié)B性的方法，其具有較好的施工性和性價比，而在混凝土及其工程常被采用，但無機材料的剛性降低了混凝土由于溫度微裂縫、干縮微裂縫，產(chǎn)生引起抗?jié)B性下降問題[7-8]，因此引入柔性添加物，提高混凝土的抗?jié)B性，成為近些年該領(lǐng)域研究的熱門問題[9-10]。

基于與混凝土拌合同步摻入有機物的辦法，容易造成有機物與水泥凝膠產(chǎn)物之間界面不相容，導致體系的抗?jié)B性達不到預期效果，本文對此進行研究。

1.實驗

(1)實驗原料與試劑

實驗主要原材料與試劑如表1所示。

表1 主要原材料與試劑

續(xù)表

(2)過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑體系制備

稱取一定量去離子水，水浴35℃條件下，加入0.50%的十二烷基硫酸鈉，在帶有回流冷凝管的三口燒瓶中電動攪拌充分混合、溶解、分散；再稱取一定量的0.38%的Span 80、43.8%的丙醇與16.14%的丁醇、作為復合乳化劑，在三口燒瓶中與分散液充分混合；再加入8.07%的過硫酸鉀，8.07%的乙醇充分溶解混合，持續(xù)攪拌1h后，使得過硫酸鉀充分溶解，另用乙酸調(diào)整PH值至3～4，后加甘油/吡咯（9:10）的混合物，混合物總質(zhì)量占總?cè)芤嘿|(zhì)量的百分比分別為1%、1.5%、3%、4%制備樣品；設(shè)置水浴溫度為35℃，300r/min的攪拌速率，連續(xù)攪拌5h，結(jié)束后，靜置30min使其沉淀，濾出上層液，使用去離子水洗滌沉淀物3～4次后，又用無水乙醇洗3～4次，后放入真空干燥箱60℃干燥24h，制備得過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑體系。

(3)聚合封堵型水泥基復合材料制備

將一定比例稱取過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑、水泥、機制砂、丙烯酸單體、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑與水混合、攪拌3min，裝入100cm×100cm×100cm的鋼制模具中，振搗30s，放入標準養(yǎng)護箱。

2.結(jié)果與討論

(1)過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑的結(jié)構(gòu)表征

分別對過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑與過硫酸鉀進行了傅里葉紅外光譜表征，結(jié)果如圖1所示。

圖1 過硫酸鉀/聚吡咯和過硫酸鉀的傅里葉紅外光譜圖

由圖1可知，在560cm-1、2468cm-1、3246cm-1、1258cm-1、1050cm-1、1409cm-1處分別出現(xiàn)過硫酸根的特征吸收峰，且與過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑的峰位置重合，且位置也基本相同，說明吡咯聚合過程中不改變過硫酸鉀的化學結(jié)構(gòu)[11]。1296cm-1處為C-C單鍵的振動伸縮吸收峰，1557cm-1處為聚吡咯中的C=C雙鍵的面彎曲振動峰，3431cm-1處為聚吡咯N-H鍵的振動伸縮吸收峰。其中691cm-1、1296cm-1、1059cm-1處為吡咯環(huán)的典型特征峰[12]。結(jié)果表明，吡咯發(fā)生了聚合反應，成功構(gòu)筑了過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑體系。

(2)水泥基復合材料的掃描電鏡分析

按本文所述的水泥基復合材料制備的方法，分別摻入（質(zhì)量百分數(shù)）0%、6%、12%以及18%的過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑制備平行對照組水泥基復合材料，標養(yǎng)28d后取出，其中一組在80℃烘干24h后冷卻8h進行SEM測試，結(jié)果如圖2所示；另一組20℃飽和吸水24h后表干8h進行SEM測試，結(jié)果如圖3所示。

圖2 水泥基復合材料80℃烘干24h后冷卻8h的SEM圖片

圖3 水泥基復合材料在20℃飽和吸水24h后表干8h的SEM圖片

由圖2可知，相較對未添加過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑體系的水泥基復合材料，其摻量（質(zhì)量百分數(shù)）由6%提升至18%時，水泥基復合材料的結(jié)構(gòu)較為致密，表明水泥基復合材料中的水泥發(fā)生水化反應后，過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑體系緩慢釋放，引發(fā)丙烯酸單體發(fā)生聚合反應[13]，丙烯酸單體在水泥基體內(nèi)部的聚合程度，隨著過硫酸鉀/聚吡咯的添加量增加，聚合度同時增加，聚合物形成了三維網(wǎng)絡(luò)狀的物理結(jié)構(gòu)，吸水后的網(wǎng)絡(luò)狀聚合物逐漸膨脹，堵塞了水泥基體中的毛細通道，從而提高了水泥基體抗?jié)B性能。

圖3與圖2的水泥基復合材料結(jié)構(gòu)相比，交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)明顯，且隨著過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑的摻量的增大，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)交聯(lián)程度越明顯。原因是過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑體系，在水泥水化硬化產(chǎn)生強度后，引發(fā)劑過硫酸鉀在緩釋效應的作用下，慢慢釋放到水泥基復合材料中，引發(fā)丙烯酸原位聚合生成了交聯(lián)化的聚丙烯酸[14]，該水泥基復合材料在80℃烘干24h后，冷卻8h，其交聯(lián)產(chǎn)物呈圖3所示的細針狀結(jié)構(gòu)；當水泥基復合材料在20℃飽和吸水24h后，表干8h，進行SEM觀測，則表現(xiàn)為圖4所示的較粗的細針狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)由細變粗的本質(zhì)是聚丙烯酸吸水膨脹導致[15]。這種發(fā)生在已有一定強度的水泥基復合材料中的聚丙烯酸遇水膨脹物理行為，堵塞了水泥基復合材料的毛細通道，阻斷了水分子的流通，從而提高了水泥基復合材料的抗?jié)B性能。

圖4 水泥基復合材料28d抗?jié)B強度與7d抗?jié)B強度

(3)水泥基復合材料抗?jié)B與抗壓強度分析

按本文所述的水泥基復合材料制備的方法，分別摻入（質(zhì)量百分數(shù)）0%、6%、12%以及18%的過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑制備水泥基復合材料，標養(yǎng)28d后取出，在25℃表干進行抗壓強度測試與抗?jié)B強度測試，結(jié)果分別為圖4所示。

由圖4可以看出，未摻入過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑的水泥基復合材料，其抗?jié)B強度為0.70MPa，分別摻入（質(zhì)量百分數(shù)）6%、12%、18%過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑，水泥基復合材料的抗?jié)B強度分別為0.74MPa、0.81MPa、0.84MPa，即隨著過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑摻量增加，水泥復合材料抗?jié)B強度提高，提高幅度最大為20.0%，表明了構(gòu)建加入過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑能大幅提升水泥基復合材料的抗?jié)B強度等級。

未摻入過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑的水泥基復合材料，其抗壓強度為40.30MPa，分別摻入（質(zhì)量百分數(shù)）6%、12%、18%過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑，水泥基復合材料的抗壓強度分別為39.80MPa、38.90MPa、38.70MPa，摻入過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑的水泥基復合材料的抗壓強度最大降幅為3.90%。

3.結(jié)論

（1）紅外光譜儀與XRD衍射儀分析顯示，過硫酸鉀、吡咯、丙三醇與構(gòu)筑合成了過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑體系。

（2）摻入過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑體系的水泥基復合材料的水化硅酸鹽的結(jié)構(gòu)更加致密，摻入（質(zhì)量百分數(shù)）18%過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑較未摻入過硫酸鉀/聚吡咯緩釋型引發(fā)劑的水泥基復合材料的抗?jié)B強度提高了20.0%。