浅谈聚合物水泥砂浆的分析及应用

摘要：把聚合物用于改性水泥砂浆，在世界上已有很长的一段历史。与普通的水泥砂浆相比，聚合物水泥砂浆具有很多优良的性能。本文对聚合物改性砂浆的改性机理、改性砂浆性能以及改性砂浆的应用情况作一简要分析。

关键词：聚合物；砂浆；性能；应用

一、 聚合物水泥砂浆的改性机理

众所周知，水泥砂浆作为一种复合材料，骨料和水泥基之间的界面过渡区是材料的薄弱环节。在界面过渡区，水灰比高、孔隙率大、氢氧化钙和钙矾石多，晶粒粗大、氢氧化钙晶体取向生长。要改善水泥基材料的性能，就必须改善界面过渡区的结构和性质。聚合物对水泥砂浆的改性作用，其实质也是改善材料的界面过渡区，从而使材料获得别的材料所不具有的性能。

(1)聚合物具有减水的效果。其表现在配制具有相同流动度的砂浆时，掺有聚合物的砂浆的水灰比要低于普通砂浆的水灰比。这是因为聚合物和矿物掺合料粉煤灰一样的形态效应，因为聚合物的固体粒径很小，其直径一般在0.05～5um之间。这样的颗粒也可像粉煤灰的颗粒一样，既可起到滚珠的作用，又具有较高的表面活性，从而能起到减水效应。

(2)在砂浆中掺加聚合物后，氢氧化钙也会沿着聚合物固体颗粒生长，有利于打乱氢氧化钙的取向生长。另外，由于聚合物的特殊性，它会在高于其最低成膜温度下凝聚成膜，形成的膜能将水泥水化生成的氢氧化钙包围起来，连成一个整体，可以有效的降低氢氧化钙对材料耐久性的不良影响。另一方面聚合物沙浆中的钙矾石比普通砂浆中的钙矾石要短和粗。

(3)由于聚合物成膜的过程发生在水泥水化的过程中，水分用于水化以及被蒸发，聚合物就在整个基体中形成一个坚韧、致密的网络薄膜状网络结构，分布在水泥砂浆骨架之间，填充空隙，切断了与外界的通道，进一步改善了材料的性能。

(4)聚合物还能和水泥水化产物发生化学作用。如丙烯酸甲脂能与水泥水化产物中的氢氧化钙反应。其原因是因为丙烯酸中脂基能在碱性的氢氧化钙溶液中发生水解生成羧酸根离子能与钙离子以离子键形式结合，形成以钙离子桥连的离子键大分子体系的交织网络结构，增强了结构的密实性。在上面的反应中可以降低氢氧化钙的含量，而SBR(聚苯乙烯一丁二烯)乳胶也能减少砂浆中氢氧化钙的含量，但没有含有脂基的E－VA(聚乙烯一醋酸乙烯脂)乳液那么明显因此是不是所有的聚合物都能起化学改性作用，还有待研究。

二、聚合物改性水泥沙浆的性能

1、硬化聚合物砂浆的力学性能

现有大部分的研究都认为聚合物改性砂浆的抗压强度要低于普通砂浆的抗压强度，这是因为聚合物在砂浆体系中硬化成膜后，由于它的弹性模量要低于水泥石和骨料的弹性模量，另外聚合物的富集现象也会降低抗压强度，还有就是聚合物的活性，在搅拌砂浆时会产生大量的气泡从而降低了砂浆的抗压强度。

2、抗拉强度、抗折强度

如前所述，高分子聚合物加进砂浆能改善材料的脆性。除有机高分子自身的特点外，它还能改善砂浆内部的界面结构，减少了骨料处的微裂纹。此外，由于聚合物薄膜的弹性模量小、变形大，因而可以缓冲裂纹处在受力时的应力集中，从而提高了砂浆的抗拉与抗折强度。

3、粘结强度

复合材料之间的界面粘结作用可以大致分为以下五类(1)吸附与侵润(2)相互扩散、(3)静电吸引(4)化学键合(5)机械粘着。聚合物改性砂浆的粘结强度可以分为砂浆内部和把砂浆用于修补材料时新老界面之间的粘结强度。砂浆内部的粘结性能在前面已有介绍，即在界面处分为机械粘合、物理吸引、化学键合，正是因为有这样的效果使得砂浆浆体的粘结强度增大。当聚合物改性砂浆作为一种修补材料时，与普通的砂浆相比也表现出有良好的粘结强度，之所以有比普通砂浆强的粘结强度，这有可能是聚合物砂浆在新老界面出也能形成如图(1)那样的界面结构，并且聚合物还能扩散到老砂浆中的空隙中去成膜，进一步增强粘结强度。

4、耐久性

由于聚合物对砂浆的改性作用，提高了砂浆的耐久性。如砂浆的抗渗能力得到了提高，吸水性降低”，砂浆承受冻融循环的能力也得到了提高。另外，砂浆长期暴露在野外，其力学性能没有降低反有提高。

三、影响聚合物改性砂浆性能的因素

1、原材料

原材料中水泥品种的选择余地较小。聚合物的品种相对来说要多一些，不同的聚合物能对砂浆的性能有不同的影响。如氯偏乳液改性砂浆抗渗能力强，丁苯乳液改性砂浆的抗折强度较高等。因此需要通过试验来确定聚合物的选取。

2、配合比设计

在确定了材料的种类后，材料之间的配比就尤为重要。由前面所述的改性机理可知．要得到质量好的聚合物砂浆，聚合物在浆体中的成膜尤其重要，即要形成一个一致、均匀、没有缺陷和富集现象、膜不能过厚的网状薄膜。因此水、水泥、砂、聚合物这几者的搭配就很重要了。

3、养护条件

养护条件对于水泥基材料来说是一个很重要的因素。在砂浆的材料与配比确定下来后，材料的养护方法就很重要了。对于聚合物改性砂浆水泥的水化和聚合物的成膜是一对矛盾，那么要两者需要协调发展，使砂浆中的各个组分相互补充、共同成长，就必须选择好适应的养护条件。现在有多种养护方法，在国外常用的养护方法是将砂浆试件拆模后，首先在20℃、80％相对湿度的环境下养护2d，然后在20℃的水中养护5d，再在20℃、50％相对干燥的环境下养护21d。在国内并没有定型的养护方法，但有研究表明乳液的掺量越小，试件所需在水中养护的时间越长；乳液的掺量越大，试件所需在水中养护的时间越短；当乳液的掺量达到一定值时，就无需在水中养护，只需在空气中干养即可。

四、聚合物水泥砂浆的应用范围

1、混凝土修补材料

聚合物水泥砂浆(修补砂浆)已经广泛应用于混凝土结构加固，选用聚合物改型砂浆作为混凝土结构的修补材料主要有以下理由。

(1)聚合物水泥砂浆具有良好的粘结性和耐水性；

(2)聚合物水泥砂浆不需要潮湿养护，尽管最初两天保持潮湿会更好：

(3)聚合物水泥砂浆的收缩和普通混凝土相同或略低一些，

(4)聚合物水泥砂浆的抗折强度、抗拉强度、耐磨性、抗冲击能力比普通混凝土高；而弹性模量更低；

(5)聚合物水泥砂浆的抗冻融性能更好。

2、防水材料

聚合物水泥砂浆既可以用于刚性防水材料，又可以作为柔性防水材料。聚合物水泥砂浆作为柔性放水材料应用时，主要是以防水涂料形式使用。

3、胶黏剂

由于聚合物水泥砂浆具有良好的粘结能力和良好的协调性，可以作为一种良好的胶黏剂，如瓷砖胶黏剂，界面处理剂等。

4、防腐蚀

聚合物水泥砂浆比普通混凝土的抗渗性、耐介质性能好得多，能阻止介质渗入，从而提高砂浆结构的耐腐蚀性能。因此在许多防腐蚀场合得到应用，主要有防腐蚀地面(如化工厂地面，化学试验室地面等)、钢筋混凝土结构的防腐涂层、温泉浴池、污水管等等。 聚合物水泥砂浆还可以应用于如表面装饰和保护，铺面材料，和道路路面等等。