浅析高韧性聚合物在水泥混凝土路面的应用研究

邓中博

济南城建集团有限公司 山东济南 250031

目前我国公路的建造材料主要是以水泥混凝土和沥青混凝土为主，这两种材料相比于传统的普通混凝土性能大大提升。其中水泥混凝土路面具有建造所需的原料丰富、成本低廉、建造工艺简单、承载能力强、刚度大、稳定性能好、耐用性能持久等优点，这是沥青混凝土路面所不能比拟的，所以在我国公路的应用上受到了广泛的关注，也使水泥混凝土成为了世界范围内应用极广泛的一种建筑材料。但水泥混凝土也存在一定的弊端，如刚性过大、抗变形能力低、抗弯拉性能差及疲劳性能较差等，经过一定的行车时间后，会造成路面破损、断裂，行车的舒适性就会变差，使用寿命缩短，影响了经济效益；同时水凝混凝土路面的维护周期长，这些缺陷在一定程度上限制了水凝土混凝在路面面层中的应用。深究水泥混凝土路路面易受损坏的原因关键是自身的韧性不足，提高水凝混凝土路面的韧性就是提高混凝土的耐持久性，降低混凝土的渗透和抗化学物质侵蚀的能力，后来人们将适量的聚合物添加到混凝土中形成聚合物改性水泥混凝土，这类材料可以提高路面的韧性和抗变形能力，减少路面开裂现象的出现，增加了路面使用寿命，同时还改善了行车的环境，使得行车舒适性明显提高。

1 聚合物改性水泥混凝土的作用机理

关于聚合物在水泥混凝土中的改性机理方面，由于聚合物的种类多种多样，并且用量与研究方法也存在差异，聚合物改性的作用机理不尽相同。但是目前较一致的看法是聚合物在水泥浆体中形成一种强粘结力的薄膜，并均匀填充在基体材料的内部，经水泥水化后，聚合物在水泥基体材料内部形成连续均匀的网络结构。国外知名的日本学者ohama 提出一种聚合物改性水泥机理的模型。Ohama[1]模型将聚合物改性水泥的作用机理划分为了三个阶段；第一阶段是当聚合物乳液添加到水泥混凝土中，经过一段时间的搅拌后，聚合物会均匀分散在水泥浆体中，成为聚合物水泥浆体。这个过程其实就是矿物表面的硅酸盐和水相中的氢氧化钙作用产生一层硅酸钙凝胶。第二阶段是随着水泥凝胶结构的不断形成，聚合物被局限于毛细孔中，经过不断的水化，毛细孔中的含水量越来越少，聚合物颗粒不断形成聚合物密封层，粘结于水泥水化凝胶及骨料颗粒的表面。第三阶段是随着水泥的水化，聚合物颗粒间的水分也参与反应，产生化学结合水，最终在水泥基体材料内部形成均匀的网络结构，因此改善了水泥混凝土的结构。Ohama 模型只是聚合物改性机理可能的模型之一，还有许多其他的机理模型，比如Konietzko 模型、Putermen 模型，在这里不作一一阐释。

2 不同种类聚合物在水泥混凝土路面的应用

对水泥混凝土添加聚合物进行改性可以提高材料的韧性，改善粘接的性能，延长材料的使用寿命。常用作改性剂的聚合物种类有以下四类：聚合物乳液、液态聚合物、水溶性聚合物及单体及可再分散胶粉。聚合物乳液包括环氧树脂胶乳、橡胶胶乳、热固性树脂乳液及混合型胶乳等，Allen[2]对水泥砂浆添加聚合物乳液后的混合物流变性能进行了研究，研究结果表明添加聚合物乳液后的水泥砂浆触变性很是明显，聚合物改性水泥砂浆的粘性随着角变形速度变大而逐渐减小。液态聚合物中的典型代表是环氧树脂,钱慧丽[3]等利用落锤试验法研究了环氧树脂改性的混凝土的抗冲击韧性，结果表明混凝土抗冲击韧性会随着水溶性环氧树脂添加量的增加而提高，说明添加环氧树脂的混凝土具有优异的韧性和耐用性。水溶性聚合物及单体分聚乙烯醇、纤维素衍生物-甲基纤维素、糠醇等。可在分散胶粉有热塑性胶粉和弹性胶粉两种；王培铭等[4]研究了砂浆加入可分散胶粉后的混合物性能，研究表明可分散胶粉对保水率及减水率的影响十分明显，并且可分散胶粉可以起到表面活性剂的作用，大大改善了砂浆的性能。

3 聚合物改性水泥混凝土存在的问题

聚合物改性的水泥混凝土虽然能够明显改善混凝土存在的弊端，增强水泥混凝土的韧性、抗变形能力，但是它也存在一定的负面影响。一般情况下聚合物的成本较高，需在混凝土中掺配约10%的聚合物才能明显改善其性能，这样整体的性价比就降低了。而且还有一些聚合物本身遇到高温会容易分解，耐高温性能差，还存在异味、毒性、易燃性等。更有甚者当聚合物添加量过多时，会严重弱化混凝土的性能。比如聚丙烯纤维加入水泥混凝土中，由于纤维自身之间很容易结团，其与水泥基材料的作用力会很弱，反而起不到明显的改善作用。

4 结语与展望

聚合物改性的混凝土在我国建筑工程上已经得到了实际的应用，但有时单一聚合物改性的水泥混凝土材料的性能可能并不是最佳的，需要添加一些其他的添加剂来共同改善混凝土的性能，如减水剂、消泡剂等，但混掺的聚合物和添加剂对水泥混凝土的改善作用并不是几种添加剂单掺所改善的性能简单的叠加，所以需要对其作用及机理进行深度的研究，为实际工程上的应用提供理论基础和技术支撑。