不同聚合物改性水泥混凝土性能研究

2019-01-16陈培正

水利规划与设计 2018年12期

陈培正

(黑龙江大学，黑龙江哈尔滨 150080)

聚合物改性混凝土(PPC)材料具有韧性较高、抗冲击，抗裂、耐磨、抗滑等优良特性，具有良好的工程优势，被广泛应用于土木工程路面以及水利工程混凝大坝建设中[1- 3]。目前工程主要应用类型为液体聚合物改性水泥混凝土，并取得了良好的应用效果与经济效益。然而，目前国内对于新型聚合物改性混凝土的研究较少，因此，研究不同类型聚合物改性水泥混凝土的工程性能具有重要意义。

应用于水泥混凝土改性的聚合物材料主要分为四类：水溶聚合物、聚合物乳液、可再分散性聚合物及液体聚合物[4- 5]，不同种类聚合物改性作用不同，影响大小也不一致[6- 7]。根据国内外已有研究结果，结合宏观分析及微观观察，聚合物改性混凝土的机理可概括为：接触胶结作用、结构硬化作用及裂隙填充作用[8- 10]。

1 室内试验

1.1 配合比设计

根据JGJ55- 2011《普通混凝土配合比设计规程》对混凝土试件进行配比、制作，分别确定水泥混凝土的骨料用量、水灰比、水泥、水、减水剂、硅灰以及不同类型聚合物的单方用量，得出不同类型聚合物情况下改性混凝土配合比，见表1。

1.2 试验介绍

1.2.1 强度测试

对标准混凝土试件进行单轴压缩条件下的水泥混凝土抗压强度和抗折强度测试，抗压强度、抗折强度计算公式如下：

表1 不同类型聚合物改性混凝土配合比单位：kg/m3

(1)

(2)

式中，fcu、fm—混凝土抗压强度、抗折强度，MPa；Fmax—最大荷载，kN；A—承压面积，m2；l—支座间距，mm；b、h—试件截面宽度与高度，mm。

此外，抗折强度测试是对混凝土抗弯性能的评价分析参数，需要采用特殊实验装置，如图1所示。

图1 混凝土试件抗折强度测试设备

1.2.2 渗透系数

本次测试采用定水头法对试件透水性进行测试，试件尺寸H×φ=100mm×50mm圆柱体，试验方案：

(1)将试件装入密封夹具套筒北疆套筒固定、封牢。

(2)使用覆压渗透仪对试件上端加持一定水压，同时记录电脑设备上单位时间内穿过试件的出水量。则有：

(3)

式中，K—混凝土渗透系数，mm/s；Q—测试时间段内透过混凝土的平均透水量；L—混凝土试件的高度，mm；A—试件横截面积；H—水头差；Δt—时间差。

2 试验结果分析

对事件进行不同养护时间条件下的抗压强度、抗折强度以及渗透性系数试验，实验结果如图2所示。

图2 不同聚合物改性混凝土抗压强度

由图2可知，对于普通混凝土，5种不同有机聚合物的掺加均造成改性混凝土强度的增加，增加的程度各自不同，且与不同的养护时间相关。A组普通混凝土在7d、28d的养护时间内强度分别为12.89、30.01MPa，这表明养护时间对水泥混凝土抗压强度具有很大的影响，强度提升率达到132.82%。掺加不同聚合物强度条件下，B组丙烯酸盐改性水泥混凝土强度在7d、28d养护时间条件下分别达到了15.32、30.08MPa，分别提升了18.85%、0.30%；C组丁苯乳胶改性水泥混凝土强度在7d、28d养护时间条件下分别达到了16.37、31.46MPa，分别提升了27.00%、4.90%；D组苯丙乳液改性水泥混凝土强度在7d、28d养护时间条件下分别达到了18.63、35.16MPa，分别提升了44.50%、17.16%；E组环氧树脂改性水泥混凝土强度在7d、28d养护时间条件下分别达到了20.09、33.52MPa，分别提升了55.86%、18.49%；F组混合乳液改性水泥混凝土强度在7d、28d养护时间条件下分别达到了16.63、38.96MPa，分别提升了29.01%、29.82%。由此可见，在7d养护期条件下，聚合物掺加对混凝土的强度具有一定程度上的提升，其中以E组环氧树脂的提升程度最大；在28d养护条件下，聚合物的掺加亦能提升混凝土强度，但提升程度较小，以F组混合乳液提升程度最大。

图3 不同聚合物改性混凝土抗折强度

不同聚合物改性混凝土抗折强度如图3所示。由图3可知，对于普通混凝土，5种不同有机聚合物的掺加对改性混凝土抗折强度的影响各自不同，有增有减，且与不同的养护时间相关。A组普通混凝土在7d、28d的养护时间内强度分别为3.62、4.06MPa，这表明养护时间对水泥混凝土抗折强度具有很大的影响，强度提升率达到11.22%。掺加不同聚合物强度条件下，B组丙烯酸盐改性水泥混凝土强度在7d、28d养护时间条件下分别达到了3.49、4.08MPa，分别提升了-3.59%、0.50%；C组丁苯乳胶改性水泥混凝土强度在7d、28d养护时间条件下分别达到了3.15、5.06MPa，分别提升了-12.98%、24.63%；D组苯丙乳液改性水泥混凝土强度在7d、28d养护时间条件下分别达到了3.78、4.87MPa，分别提升了4.42%、19.95%；E组环氧树脂改性水泥混凝土强度在7d、28d养护时间条件下分别达到了4.13、4.92MPa，分别提升了14.09%、28.06%；F组混合乳液改性水泥混凝土强度在7d、28d养护时间条件下分别达到了4.05、7.79MPa，分别提升了7.74%、91.87%。由此可见，在7d养护期条件下，聚合物掺加对混凝土的抗折强度的影响有正有负，其中以E组环氧树脂的提升程度最大，C组降低程度最大；在28d养护条件下，聚合物的掺加能提升混凝土抗折强度，且提升程度均较可观，以F组混合乳液提升程度最大。综合可见，混合液对混凝土的改造程度最为优良。

不同聚合物改性混凝土渗透系数如图4所示。由图4可知，A组普通混凝土的渗透系数为12.45mm/s。在掺加不同聚合物强度的条件下，B组丙烯酸盐改性水泥混凝土渗透系数为11.56mm/s，提升了-7.15%；C组丁苯乳胶改性水泥混凝土渗透系数16.05mm/s，提升了38.84%；D组苯丙乳液改性水泥混凝土渗透系数为8.87mm/s，提升了-23.27%；E组环氧树脂改性水泥混凝土渗透系数为13.74mm/s，提升了9.57%；F组混合乳液改性水泥混凝土渗透系数为8.15mm/s，提升了-35.11%。