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摘要: 聚合物水泥防水混凝土因摻入的聚合物能在混凝土凝結硬化過程中脫水聚合并形成一定的聚合物網絡結構, 可在一定程度上堵塞水泥石孔隙, 提高混凝土斷裂韌性、抗滲性以及其它耐久性能, 是一種防水性能較好的防水混凝土, 適用于抗凍、防裂及抗滲等級要求較高的防水工程。


　　關鍵詞: 聚合物防水混凝土微觀結構抗滲機理

　　聚合物水泥防水混凝土是指采用有機無機復合手段, 在混凝土拌合過程中, 加入一定量的高分子聚合物( 單聚體、雙聚體或多聚體) , 利用聚合物對普通混凝土進行改性的一種防水混凝土。

　　用于制備聚合物水泥防水混凝土的聚合物可分三種類型: 聚合物乳液、水溶性聚合物、液體樹脂。其中最常用、改性效果最好的是聚合物乳液, 主要組份是聚合物顆粒( 0.1μm~1μm) 、乳化劑、穩定劑、分散劑等, 其固相成分含量在40%~70%之間。聚合物顆粒通過乳化劑作用均勻地分散在水溶液中, 形成乳液, 并在分散劑和穩定劑的作用下使乳液保持較長時間不離析絮凝。此外, 為避免乳液帶入的氣泡影響混凝土質量, 一般在聚合物乳液內還加入一定的消泡劑。

1 聚合物水泥防水混凝土的微觀結構與抗滲機理

　　聚合物水泥防水混凝土最突出的特點是其膠結材由水泥和聚合物兩種成分組成, 使其具有許多不同于普通混凝土的特性。在聚合物水泥防水混凝土中, 聚合物本身的性能雖對其許多特性起到一定作用, 但最主要原因還是聚合物的摻入導致混凝土結構的變化, 從而影響到混凝土的性能。

　　首先, 聚合物本身在混凝土中形成聚合物網絡結構, 并與硬化的水泥漿體形成的連續結構相互交織, 使混凝土的結構得到加強。當聚合物乳液在混凝土攪拌過程中摻入混凝土后, 乳液中的聚合物顆粒均勻分散在水泥混凝土體系中。隨著水泥顆粒的水化, 體系中一部分水被水泥水化所結合, 聚合物懸浮液中的水分被轉移, 聚合物顆粒在水化產物和未水化顆粒表面、毛細孔中絮凝, 拌合物中較大的空隙被絮凝的聚合物所填充。隨著水泥水化的進一步進行, 聚合物之間的水分逐漸被水泥水化所結合, 絮凝的聚合物逐漸交叉搭接在一起。隨著水泥水化的進一步深化, 聚合物幾乎全部聚集在水泥漿體孔隙中, 聚合物中的水分被水泥水化吸收后, 聚合物顆粒相互靠近聚合成一個整體, 在混凝土空間內形成連續的網狀結構的聚合物膜。聚合物膜網絡同水泥水化產物網絡相互交織纏繞在一起, 形成一種互穿網絡結構, 并把混凝土骨料包裹入其中。聚合物水泥防水混凝土的結構形成過程如圖1 所示。水泥產物與聚合物膜的互穿網絡結構使混凝土的


抗拉強度、斷裂韌性得到改善, 密實性得到提高, 從而使聚合物水泥防水混凝土具有較強的抗裂防滲能力。

　　其次, 聚合物與水泥水化產物間發生的相互作用, 也改善了水泥漿體及混凝土的結構。當聚合物水泥混凝土加水拌合后, 一些聚合物分子中的活性基團可能與水泥水化產物中的Ca2+、Al3+等產生交聯反應, 形成特殊的橋鍵作用, 可改善水泥硬化漿體微結構, 緩解內應力, 減少微裂紋的產生, 從而增強了聚合物水泥防水混凝土的致密性。聚合物與水泥水化產物之間也可通過氫鍵、范德華引力而相互作用, 對水泥漿體及混凝土的微結構起一定的改善作用。

　　此外, 絕大部分聚合物對新拌混凝土有一定的減水作用。聚合物的摻入, 能改善聚合物水泥防水混凝土的工作性,可降低混凝土的水灰比, 從而可降低混凝土的孔隙率, 改善混凝土的孔結構, 達到增強聚合物水泥防水混凝土的抗滲防水功能的效果。

2 聚合物水泥防水混凝土的性能

　　聚合物水泥防水混凝土在未硬化狀態下, 因聚合物分散體系中所含的表面活性劑與分散體系本身的親水性膠體作用, 其流動性、泌水性得到不同程度改善。硬化后水泥水化產物與聚合物網絡相互貫穿, 形成與骨料牢固結合的整體, 因而其抗拉強度、斷裂韌性提高, 抗滲性、耐久性得到改善。聚合物水泥防水混凝土的性能主要取決于聚灰比、水灰比、灰砂比、聚合物種類等因素。

　　聚合物水泥防水混凝土的設計類似于普通水泥混凝土的設計, 根據要求的工作性、強度、抗滲性等進行設計, 所不同的是在設計過程中, 應首先確定聚合物與水泥的比值, 即聚灰比。聚合物對新拌混凝土的工作性有較大影響, 這是因為分散的聚合物顆粒同粉煤灰一樣具有滾珠效應, 能提高新拌混凝土的流動性; 同時, 聚合物本身及加入到乳液中以減少聚合物懸浮顆粒聚沉的表面活性劑具有減水劑效果, 可減少混凝土用水量; 此外, 加入聚合物乳液中的表面活性劑及穩定劑在新拌聚合物水泥防水混凝土中引入許多氣泡, 適量氣泡的引入可改善新拌混凝土和易性。氣泡還可改善硬化混凝土的抗凍能力, 但太多的氣泡會使強度降低。因此, 通常在

　　聚合物水泥防水混凝土中加入消泡劑, 以控制引入的氣泡量。由于引氣作用改善了顆粒堆積狀態, 提高了聚合物水泥防水混凝土中水泥顆粒的分散效果, 從而使泌水和離析現象減少。因此, 聚合物的表面活性劑作用及親水性膠體特征等特性使得混凝土的微結構更加均勻。


　　聚合物的摻加使硬化聚合物水泥防水混凝土的抗拉、抗彎和抗壓強度得到提高。抗壓強度的提高主要歸結于聚合物水泥防水混凝土需水量的減少。抗拉、抗彎強度的提高主要是因為聚合物與水泥漿體間的互穿網絡的形成, 改善了骨料與水泥漿體的粘結, 減少了裂隙的形成。混凝土在應力作用下產生裂紋擴展時, 聚合物能跨越裂紋并抑制裂縫擴展, 從而使聚合物水泥防水混凝土的斷裂韌性、變形性能得以提高。此外, 聚合物水泥防水混凝土的工作性和分散性的改善,使水化水泥漿體的均質性提高, 也是抗拉和抗彎強度提高的原因之一。

　　聚合物水泥防水混凝土與其它材料的粘接強度高于普通混凝土。親水性聚合物與水泥顆粒懸浮液的液相一起向被粘附材料孔隙內滲透, 在孔隙內充滿被聚合物增強的水泥水化產物, 使得聚合物水泥防水混凝土與被粘附材料間具有較高的粘結強度。有試驗表明, 添加少量聚合物就可使粘接強度提高30%, 當聚灰比達0.2 時粘接強度可提高10 倍。

　　聚合物水泥防水混凝土的耐久性要比普通混凝土好。這是由于聚合物網絡與水泥水化產物間的互穿網絡的存在, 以及使用聚合物時較低的孔隙率及合理的孔結構所致。聚合物水泥防水混凝土彈性模量較普通混凝土低, 對改善聚合物水泥防水混凝土的變形協調性有利; 同時, 聚合物水泥防水混凝土的抗拉強度提高, 延伸性能改善, 可減少混凝土內裂縫的形成, 有利于聚合物水泥防水混凝土耐久性的提高。然而,由于混凝土內聚合物網絡在高溫條件下的不穩定性, 聚合物水泥防水混凝土的耐火性比普通混凝土差。除了隨溫度升高強度降低外, 溫度上升到一定程度會對聚合物網絡形成破壞, 導致混凝土抗滲性、耐久性大幅度下降。

3 工程上常用的聚合物水泥防水混凝土

3.1 丙烯酸類聚合物水泥防水混凝土

　　丙烯酸類聚合物水泥防水混凝土是工程上比較常用的聚合物水泥防水混凝土。丙烯酸是丙烯酸及其同系物酯類的總稱, 用于配制聚合物水泥防水混凝土的是其乳液。丙烯酸乳液由丙烯酸類單體, 包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯以及甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯等, 通過乳液共聚而制得。丙烯酸乳液的粘結性、耐水性、耐堿性及耐候性等性質均較好。由于丙烯酸類聚合物可能是多種單體的共聚物, 因此, 如果不說明聚合物的組成和性能,丙烯酸樹脂這個總稱不足以描述某種具體聚合物的性質。

　　用于防水混凝土配制的丙烯酸類聚合物的典型特征是:固含量較高, 一般在40%~50%范圍內, 成膜溫度低于室溫。


　　丙烯酸用于配制聚合物水泥防水混凝土時, 除在混凝土內部聚合形成聚合物網絡外, 丙烯酸還可在水泥水化產生的Ca2+作用下發生皂化反應, 生成的鈣鹽不溶于水, 能堵塞混凝土內毛細孔, 增加混凝土的密實性, 增強混凝土的抗滲防水能力。

3.2 乙烯- 醋酸乙烯共聚物( EVA) 水泥防水混凝土

　　乙烯- 醋酸乙烯共聚物乳液是乙烯與醋酸乙烯乳液聚合而得的共聚物水分散體系, 為乳白色粘稠液體。EVA 水泥防水混凝土應用范圍十分廣泛, 既可用作一般防水工程的防水抗滲處理, 也可用作有潮濕工作面及有一定慢滲水壓的已滲漏防水工程的防水、防滲的維修。

　　在EVA 乳液分子中, 因乙烯基的引入使得高分子主鏈變得柔軟, 塑性增強, 避免了外加低分子量增塑劑產生的遷移、滲析、揮發等缺點; EVA 乳液最低成膜溫度低于醋酸乙烯酯乳液, 其表面張力也較低, 有很快的固化速度和較好的濕粘性; EVA 乳液形成的聚合物膜耐水性高于醋酸乙烯酯乳液, 耐酸堿、耐高溫性能均較優。

　　由EVA 乳液配制的聚合物防水混凝土具有良好的力學性能和較好的抗裂性能。在適當的配合比下, EVA 聚合物水泥防水混凝土的抗壓強度較相同配合比的普通水泥混凝土有所提高, 抗拉強度及抗折強度提高1.5 倍左右。EVA 聚合物分子鏈上的極性基團對水有一定的吸附作用, 在水的作用下, 適度交聯的聚合物仍有一定的遇水溶脹作用。這種溶脹作用可使水泥石孔隙中的聚合物發生體積膨脹, 阻止水進一步的滲透, 使混凝土具有良好的防水抗滲性能。因聚合物分子鏈上的極性基團會與水泥無機相產生化學吸附作用, 可提高兩相的粘結力。聚合物特殊的化學結構使得其混凝土對普通砂漿和混凝土材料具有良好的濕態粘結性, 這在防水工程中尤其是已發生滲漏和潮濕的工作面上施工具有特殊的意義。

3.3 環氧聚合物乳液水泥防水混凝土

　　環氧聚合物乳液是將環氧樹脂單體在水中進行乳液聚合而獲得的, 乳液中聚合物粒子很小, 是低分子化合物。配制防水混凝土時, 各組分材料混合以后, 在水泥水化的同時, 小分子環氧樹脂發生聚合反應生成交聯的體形大分子。聚合形成的三維網狀結構穿插水泥硬化漿體中, 與水泥形成互穿網絡結構, 增強了防水混凝土的強度及抗滲性。

　　通常環氧聚合物是雙組分的, 一個組分含環氧樹脂, 另一個組分含固化劑。兩個組分一般都配制成乳液; 也可配制時加入一定的乳化劑, 當它們與水混合時才形成乳液, 從而分散在水泥漿體中。最常用的環氧樹脂是雙酚A 環氧樹脂,當環氧樹脂與固化劑配比( 一般按官能團的摩爾比進行配比) 適當, 固化得到的環氧樹脂的強度及耐久性比較好。

　　環氧聚合物乳液防水混凝土的聚灰比為0.1~0.2。加入環氧聚合物乳液的防水混凝土抗折和抗拉強度比未摻混凝土提高近一倍, 收縮率只有未摻混凝土的40%左右, 混凝土抗滲性有較大提高。


4 結語

　　由于聚合物的改性作用, 聚合物水泥防水混凝土的斷裂韌性、抗滲性、抗凍性以及耐腐蝕性等方面優于普通防水混凝土, 但聚合物成分的加入, 增加聚合物水泥防水混凝土的成本, 因此, 一般用于對抗凍、防裂及抗滲等級要求較高的防水工程。

參考文獻

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