薄型无机聚合物改性砂浆的应用.doc

浅析薄型无机聚合物改性砂浆摘要钢筋混凝土因受环境的侵蚀，材料老化，或受到外力破坏，经常出现混凝土构件的剥落、漏筋、结构破损等现象。为修复混凝土并延长其寿命，我公司引进德国技术研制了薄型无机聚合物砂浆FH-CR2，研究了聚合物与水泥的作用机理。研制的薄型无机聚合物砂浆对混凝土构件的结合力极强，镘抹时不垂落，可用于构件平面、立面及顶面。提高了结构的抗渗性、抗冻性、耐水性、耐温和耐腐蚀性等。关键词:钢筋混凝土、修补、薄型砂浆、无机聚合物砂浆，FH-CR2AbstractReinforcedconcreteoftenencounterscomponentsdesquamationscrape,tendon-leakage,structuredamageetc.duetoenvironmentalerosion,materialaging,orexternaldestruction.Torestoreconcreteandextenditsservicelife,ourcompanyhasdevelopedthininorganicpolymermortarFH-CR2andstudiedthemechanismofpolymerandcement.Thethininorganicpolymermortarhasstrongadhesiontoconcretememberwithnofallingwhensleeking,applicabletocomponentsplane,faadeandtopsurface,thusincreasethestructuresfeatureofanti-permeability,freezingresistance,waterproof,temperatureenduranceandcorrosionresistanceetc.Keywords:Reinforcedconcrete,Restore,Thin,Inorganicpolymermortar1引言随着科技不断发展，混凝土使用量巨大，由于施工缺陷、环境侵蚀、钢筋锈蚀、外力破坏等原因，混凝土经常出现剥落、漏筋、结构破损等现象，如不及时进行修补，将带来很大的安全隐患和经济损失。用作水泥混凝土结构的材料包括普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、钢纤维混凝土等。在公路、城市道路及机场道面中，目前我国采用最广泛的是现场浇筑普通混凝土。在桥梁结构中，使用较多的是钢筋混凝土。在我国北方地区寒冷的冬天，雨雪较大，在路面撒融雪盐，融化后含盐的雨水从桥梁的伸缩缝、排水孔等部位流经钢筋混凝土表面，形成钢筋锈蚀，加上剧烈的冻融循环。钢筋混凝土出现局部开裂或损害，发生漏筋，进一步加剧了钢筋的腐蚀，混凝土结构的破坏，使桥梁的使用寿命降低。为解决这种情况的发生，急需修补材料。目前现有的修补材料与水泥基材的相容性不好，而且成本高，在实际的施工过程中还存在粘度高，施工效果差，粘结强度低，凝结时间长等缺点。为了解决上述问题，公司引进德国技术研发了一种薄型无机聚合物改性砂浆。基料包括水泥和石英砂，辅料包括胶粉、减水剂、消泡剂、纤维、重钙粉、聚合物添加料和水。通过加入减水剂，有效调节了修补砂浆的粘度，克服了现有技术中犹豫粘度强度高，施工效果差，粘结强度低，凝结时间长等缺陷，提高了施工效率；加入消泡剂增强了修补砂浆的耐久性，延长了使用寿命，使用的胶粉为丙烯酸胶粉，丙烯酸在砂浆中形成立体网状膜，从而赋予了砂浆抗冲击等特点；水泥选择高抗压和耐久性好的特点。添加聚合物改性增加了砂浆的结合力，保证砂浆用于立面和顶面镘抹时不流挂。施工时砂浆快速凝结达到一定的强度。缩短了施工工期。聚合物砂浆的发展史随着高分子材料科学的发展和对材料结构与性能关系的深入认识，越来越多的聚合物被应用于其它各行各业，促进了其他行业的发展。不同分子量大小的水基聚合物由于具有分散作用、絮凝作用、增稠作用和减阻作用等不同性能已经被应用于混凝土行业中。普通水泥砂浆已经不能满足需求，为了使砂浆具有特殊的性能满足特殊环境与场所的需要，在水泥砂浆中加入聚合物来进行改性。进过大量的试验研究发现，在普通水泥砂浆中加入聚合物可以大大提高水泥砂浆的性能，而且聚合物可以长期地发挥作用。通过聚合物改性过的水泥砂浆/混凝土称为聚合物改性砂浆/混凝土。在1923年就有使用天然橡胶乳胶制造铺路材料的专利的报告，70年代开始，聚合物混凝土复合材料在工业的建筑、电气、机械和化学等工业领域中获得了广泛而有效的应用。在美国和日本，聚合物改性砂浆和树脂砂浆已经获得了广泛的应用。特别是聚合物砂浆，在70年代已经在日本建筑业处于主导地位。1981年，美国ICI公司用聚丙烯酰胺或聚乙烯一类树脂与水泥一起在极低水灰比条件下，制成了有机无机复合材料。因其结构十分紧密、孔隙率低、孔径小被称为无宏观缺陷的水泥材料，简称MDF。这种水泥材料中聚合物用量仅为水泥用量的5%，而强度则比普通水泥砂浆提高一个数量级。随着发达国家对建筑质量要求的不断提高，对建筑应用材料的多样化的需求，使得聚合物胶粉改性砂浆应用比例逐年增加。国内使用聚合物砂浆已经有40多年的历史，用得比较多的是作为工程修补材料。使用较早、规模较大的是在水利水电建设工程中应用环氧砂浆。1963-1964年水利水电科学院通过试验研究和反复论证之后，曾在国内首次大面积地将环氧树脂砂浆应用与浙江省建德县新安江水电站，作为大坝溢流厂房预抗冲耐磨保护涂层。1991年，我国开始研制聚合物水泥基复合防水涂料，直到1994年底，由北京东海防腐防水技术开发工程公司与中国科学院化学所开发成功。近年来，聚合物改性水泥砂浆由于具有多种优良性质而受到建筑、交通、水利和化工等领域的关注，并开始在硅酸盐水泥混凝土的修补以及耐腐蚀、防水涂层、隔热保温和桥面等工程中应用，而且聚合物改性水泥砂浆的生成使用符合循环经济和资源节约社会型的发展要求。近年来，国内经济的快速发展，以及大量国外投资和先进技术的引入，直接带动了聚合物改性砂浆的开发、生产和应用，建筑砂浆工业化生产和性能改善。聚合物砂浆的分类聚合物砂浆复合材料包括聚合物浸渍砂浆（PIM）、聚合物改性砂浆（PCM）或称聚合物水泥砂浆和聚合物砂浆（PM）三大类。聚合物浸渍砂浆至今仍然少量应用于地面材料的加强修补。聚合物改性砂浆用普通砂浆和聚合物胶乳复合而成。聚合物胶乳是聚合物砂浆的粘结材料，用水量为水泥用量的10%20%。常用的聚合物胶乳有丁苯胶乳、丙烯酸酯胶乳、氯丁胶乳和EVA乳液等。由于各种高分子聚合物有各自的特性，所以对水泥砂浆的改性效果也不相同。丁苯胶乳价格较为便宜因此应用最为广泛；丙烯酸酯胶乳主要用于需着色、耐紫外线的建筑部位；氯丁胶乳属于人工合成橡胶乳液，乳液在水泥水化产物的表面形成的膜具有橡胶的特性，弹性好。使用这种乳胶配制而成的聚合物水泥砂浆的抗拉强度和抗折强度都有较大的提高。EVA乳液是醋酸乙烯乙烯的乳液，这种乳液表面张力低，易于对物体表面进行浸润，故粘结性较好。这种乳液配制成的聚合物水泥砂浆能够与各种基体较好地粘结，因此，应根据不同的使用要求，选用不同的聚合物乳胶进行水泥砂浆改性。聚合物砂浆的性质聚合物乳胶粉改性水泥砂浆的抗弯强度、抗压强度、粘结强度和耐磨性通常超过未改性水泥砂浆。尤其是抗弯强度和粘结强度的提高更加显著；渗水量随聚合物与水泥的比率的增加而减少；干缩量随聚合物与水泥比率增加而增大。聚合物改性砂浆具有较好的抗渗性能。具有良好柔性和粘结性的聚合物能够充分适应水泥以及砂浆干燥过程中颗粒之间的变化，更好地搭接裂缝以及防止裂缝的出现，从而减少砂浆中相互连通的毛细孔。聚合物改性砂浆与水泥砂浆相比具有较小的弹性模量，这说明聚合物改性砂浆具有相对较好的塑性。由于聚合物改性砂浆具有较小的弹性模量，因此聚合物改性砂浆作为修补材料可以减少由于干燥收缩而产生的裂纹。聚合物改性砂浆具有较好的保水性，有利于水泥的水化，并可采用较低的水灰比，以减少干燥收缩；即使长期不进行水养护，强度增长很快。具有聚合物改性砂浆有较好的保水性，减少了砂浆的徐变形。砂浆的徐变形随聚合物加入量的 增加而减小，同时与聚合物的种类及养护条件有关。Singha、Milestone等的研究表明，随羟乙基纤维素掺量的增加，水泥浆体3天和7天的水化放热逐渐降低。羟乙基纤维素能够显著提高水泥砂浆的吸水性与抗盐、酸侵蚀性，原因在于羟乙基纤维素降低了水泥砂浆的孔隙率。此外，聚合物砂浆还具有良好的耐燃性、耐腐蚀性、抗冻性等优良性能。2、聚合物改性水泥砂浆作用机理聚合物胶体加入水泥砂浆中，随着水泥化吸收水分，失水后的聚合物颗粒逐渐聚集形成三维连续的网状聚合物膜结构。这种膜粘附于水泥水化产物，骨料表面，形成连续的网状结构，两种网状结构互相穿透交结缠绕在一起，形成连续致密的基体结构。这种结构提高了界面过渡区的致密程度，改善了骨料与水泥水化产物的粘结，所以提高了水泥砂浆的强度。这种结构中聚合物网膜结构穿透过水泥石中的气孔、裂缝，减少并穿梭连接，形成一个具有弹性的“铰”的结构，分散了应力集中，又增加了抵抗变形能力。即使在应力作用下产生裂缝，由于聚合物横跨裂纹而抑制裂纹的发展，因而提高了硬化体的断裂韧性、变形性和抗裂性。这种结构中聚合物填充、连接了水泥石中的孔洞、裂缝、减少了硬化体中孔隙率，从而提高了硬化体的抗渗性、抗冻性、耐水性、耐温性和耐腐蚀性等。 这种结构不是物理的吸附、粘结，而是存在着化学键形式的化学作用。聚合物颗粒与水泥水化产物之间发生离子键型的化学结合，这种结合会影响聚合物成膜和水泥水化进程。聚合物颗粒与水泥水化产物之间还可能存在氢键、范德华力的相互作用。这些化学键的作用，对硬化体结构会产生有利的影响。在聚合物掺量变化时，聚合物改性水泥砂浆表现不同的性能。当聚合物掺量太低时，聚合物对水泥砂浆只起到塑化作用，而增强不明显。当聚合物掺量适中时，既增加了抗变形能力，增加了拉伸强度及粘结强度，又提高了抗渗性，表现良好的抗裂性。当聚合物掺量过大时，聚合物在水泥砂浆中占主导，使水泥砂石连续相发生中断，聚合物因收缩过快而开裂。形成弱于水泥石的夹杂物，最终强度降低。3、FH-CR2薄型无机聚合物砂浆的特点操作简便，施工时只需在材料中加水搅拌即可。材料经过高分子聚合物改性，对混凝土构件结合力极强，镘抹时不垂落，可用于构件的平面、立面及顶面。硬化后不收缩、不开裂、强度高；能恢复结构强度，防止外界因素对钢筋的侵蚀。4、FH-CR2薄型无机聚合物砂浆的参数抗压强度Mpa：(1d)10、（3d）20、（28d）30；抗折强度Mpa：（28d）8；拉伸粘结强度Mpa：(28d)2.0；尺寸变化率（%）(28d)0.15；材料使用量Kg/m2（1mm）：1.5。5、FH-CR2无机聚合物砂浆的应用适用于混凝土结构的空洞、蜂窝、麻面、破损、剥落、钢筋等表面损伤的修补6、结论通过引进德国技术研制了薄型无机聚合物砂浆FH-CR