聚合物机制砂水泥混凝土路用性能研究徐福

徐福

摘要：普通水泥混凝土路面脆性大、耐磨性差，机制砂的掺入会降低混凝土的耐磨性，机制砂在混凝土中的应用受到很大限制.聚合物改性水泥混凝土具有较好的韧性、抗磨损能力.在降低成本的基础上，为增强机制砂混凝土的力学及耐久性，选用低掺量聚合物对机制砂混凝土进行改性.研究表明：聚合物改性剂能够增强混凝土的和易性，使混凝土的脆性降低，韧性增强，抗磨性能提高；聚合物改性剂的掺入，能够改善水泥混凝土内部的结构组成，使得混凝土更加坚固、密实，水泥与矿料之间的黏结性增强.聚合物改性剂的掺入对机制砂水泥混凝土的力学及耐久性能有显著提高，聚丙烯酸酯乳液和羧基丁苯胶乳最佳掺量分别为3%、5%。

关键词：聚合物；机制砂；水泥混凝土；路用性能

引言

由于水泥混凝土路面的强度比较高，承载能力比较大，而且原材料大都为廉价的水泥和石子，所以水泥混凝土路面的总体生产成本较为低廉，因此在国内的应用比较广泛。但水泥混凝土路面也有很多缺点和不足，比如水泥混凝土路面经常会出现裂缝，角隅部分出现断裂现象，使得道路在未达到预计使用年限而提前破坏。其原因在于水泥混凝土路面整体刚度较大，韧性较低。鉴于此，聚合物改性水泥混凝土应运而生。聚合物改性水泥混凝土作为水泥混凝土材料的性能改进产物，在很多方面其性能要优于普通水泥混凝土。目前，目前国内许多学者开始研究聚合物对普通水泥混凝土的改性作用。

1试验研究方案

1.1试验原材料

本文试验选用的原材料包括：①粗骨料：粒径为2.5mm~30mm的级配花岗岩碎石；②细骨料：最大粒径不超过5mm的河砂；③水泥：辽宁省灯塔市西大窑镇生产的P.O42.5级的普通硅酸盐水泥，其各项指标均符合国家规范GB175-2007《通用硅酸盐水泥》的要求；④聚合物：太原市万柏林区军华建材厂生产的水性环氧乳液和固化剂；⑤消泡剂：广州市中万新材料有限公司的混凝土消泡剂；⑥减水剂：山东济南德合旺化工有限公司的聚羧酸高效减水剂；⑦水：普通自来水。

1.2试验配合比设计

以强度等级为C40的普通混凝土为基准，在此基础上制作了5种不同的聚合物改性水泥混凝土试件，其聚合物掺量分别为水泥重量的0、4%、8%、12%和16%，消泡剂掺量为聚合物的1%；同时，以坍落度为15mm±3mm来控制混凝土的拌合用水量和减水剂掺量，得到聚合物改性水泥混凝土的最终配合比如表1所示。

1.3试验方案设计

为分析聚合物改性水泥混凝土的路用性能，本文设计了不同的试验内容并制作了不同的聚合物改性水泥混凝土试件如表2所示。

2试验结果分析

2.1抗压强度与抗弯拉强度

聚合物改性水泥混凝土抗压强度和抗弯拉强度随聚合物掺加比例的变化曲线如图1所示，图中P/C代表聚合物/水泥的比例，分别为0、4%、8%、12%和16%。由图1可知：（1）当聚合物掺量比例P/C<4%时，聚合物改性水泥混凝土的抗压强度小于普通水泥混凝土的抗压强度；而当聚合物掺量比例P/C>4%时，聚合物改性水泥混凝土的抗压强度随聚合物掺量的增大而增大，且P/C=16%时，聚合物改性水泥混凝土的抗压强度基本与常规水泥混凝土的抗压强度相当。（2）聚合物改性水泥混凝土的抗弯拉强度随P/C的增大而增大。但P/C<4%时，聚合物的添加对抗弯拉强度提高不明显；而P/C>4%时，聚合物改性水泥混凝土的抗弯拉强度就会随P/C增大而出现显著的线性增大趋势。（3）聚合物改性水泥混凝土的抗压强度和抗弯拉强度均随养护龄期的增大而呈现出显著的增大趋势。这可能是由于聚合物优良的保水作用，使得聚合物改性水泥混凝土具有明显的后期强度增长幅度。

图1水泥混凝土强度随聚合物掺加比例的变化曲线

2.2抗冲击和抗弯疲劳性能

聚合物改性水泥混凝土的动力学性能随P/C的变化曲线如图2所示，在动力学性能方面，本文主要研究聚合物改性水泥混凝土的吸收冲击能量和疲劳寿命。由图2可知：（1）聚合物添加后水泥混凝土的抗冲击性能出现了显著的提升。在少量聚合物添加时（P/C<4%），聚合物改性水泥混凝土的吸收冲击能量和出现裂缝、发生断裂的冲击次数基本与无聚合物添加时相当；但随着P/C的继续增大，聚合物改性水泥混凝土的吸收冲击能量逐渐增大，并在P/C=12%时达到最大值，出现裂缝和发生断裂的冲击次数同样呈现出显著增大的趋势，但并未在P/C=12%时出现最大值，而是在P/C=16%时随P/C的增大而进一步增大。（2）在不同应力水平下，聚合物添加后水泥混凝土的抗弯疲劳性能均提升明显。聚合物添加后水泥混凝土的疲劳寿命随应力水平的增大（动荷载强度）而减小，这与常规的认识规律相同。此外，普通混凝土在疲劳应力作用下出现了迅速破坏的现象，即，在0.9应力水平下其疲劳寿命次数为54次，且出现了明显的脆性断裂特征；而添加聚合物后，水泥混凝土的弹性特征和塑性特征强化，其拉弯疲劳性能提升明显。

图2水泥混凝土动力学性能随聚合物掺加比例的变化曲线

2.3干燥收缩和抗渗性能

聚合物改性水泥混凝土的干燥收缩和抗渗性能能随P/C的变化曲线如图3所示，由图3可知：（1）聚合物改性水泥混凝土的干燥收缩率在P/C=8%时出现最小值。聚合物改性水泥混凝土的干燥收缩率随龄期的增长而增大，并基本在28d后趋于稳定，因此，90d龄期的水泥混凝土收缩率大于7d龄期的收缩率。而在相同龄期条件下，聚合物改性水泥混凝土的干燥收缩率在P/C=8%时最小，在P/C<8%时随聚合物掺加比例的增大而减小，在P/C>8%随聚合物掺加比例的增大而增大，这表明为了实现理想的干燥收缩性能，P/C应控制在8%左右。（2）聚合物改性水泥混凝土的抗渗性能在聚合物掺加后出现了显著的改观。水泥混凝土的抗渗高度随P/C的增大而减小，在P/C<8%时，聚合物添加后水泥混凝土的抗渗高度明显减小，而在P/C>8%时，水泥混凝土抗渗高度减小的趋势却逐渐放缓。这可能是由于聚合物添加后水泥混凝土的有效孔隙呈现出了显著减小的趋势，但有效孔隙的变化率随聚合物添加量的增大却未发生显著变化。

结语

本文通过对聚合物机制砂水泥混凝土配合比设计，研究混凝土的抗压强度、抗折强度以及耐磨性能等路用性能力，得出如下结论：1）两种聚合物水泥混凝土抗压强度均小于普通混凝土，但满足路面混凝土要求.两种聚合物的掺入均能够提高混凝土的抗折强度.2）两种聚合物机制砂水泥混凝的耐磨性均优于普通水泥混凝土，且单位面积磨损量均随着聚灰比增大呈降低趋势，表明聚合物改性剂的掺入能够改善混凝土的耐磨性.3）不同类型及掺量的聚合物改性剂对水泥混凝土路用性能改善效果不同，综合考虑聚丙烯酸酯的掺量为3%，羧基丁苯胶乳的掺量为5%。

参考文献

[1]张二芹.聚合物改性水泥混凝土的力学性能及耐久性研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2016.

[2]曾建荣，韩冰，李俊宏，等.羧基丁苯胶乳水泥浆的制备及性能研究[J].山东化工，2016，44（24）：24-27.