聚合物改性水泥砂浆静力学性能研究进展

李启强，卢军太，郭小佳，张海波

（河南理工大学材料科学与工程学院，河南焦作454000）

0 引言

近年来，聚合物改性水泥砂浆的研究和应用在不断发展和变化,其良好的性能引起了广泛关注。国内外学者对聚合物水泥砂浆开展了较为广泛的研究，研究内容涉及到力学性能、耐久性能等多个方面，研究表明，聚合物的加入大大提高了水泥砂浆的性能，与普通水泥砂浆相比，具有较小的弹性模量、优异的抗渗性能 、抗生物酸侵蚀性、抗化学腐蚀性等特点，被广泛应用在建筑、交通、水利和化工等领域。

聚合物改性水泥砂浆基本分为三种类型：聚合物乳液、水溶性聚合物(或单体)和可分散粉末状聚合物，不同特性的高分子聚合物对水泥砂浆的改性效果也各不相同，其改性效果除了与掺入的聚合物本身特性有很大关系外，同样也受到水灰比、聚灰比、养护制度等影响。因此，总结最新研究成果及探讨其改性方法对新材料的应用开发具有重要意义。本文重点介绍了国内外这三种类型的聚合物改性砂浆的静力学性能研究的新动态，以供相关研究参考借鉴。

1 乳液改性

任伟等采用PB-g-PS胶乳改性对水泥砂浆改性，考查了PB对PS重量比和聚灰比对聚合物改性水泥砂浆的力学性能影响。结果表明：在固定水灰比为0.5、不考虑PB对PS重量比时，随聚灰比的增加，抗压抗折强度都呈下降趋势。不考虑聚灰比，PB对PS重量比为70/30的胶乳改性砂浆的抗压强度最低，重量比为30/70的胶乳改性砂浆抗折强度最低。

徐方等研究了不同掺量的苯丙乳液、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液（VAE707）聚合物乳液对水泥砂浆工作性能、凝结性能、力学性能的影响。结果表明：两种聚合物乳液对砂浆的减水作用明显,当聚合物乳液掺量为20%时,苯丙乳液、VAE707乳液改性砂浆的减水率分别达到33%、21%，且随聚合物乳液掺量的增加而增大；随聚灰比的提高，两种聚合物乳液对水泥净浆滞凝作用越发显著。当P/C=20%时,苯丙乳液和VAE707乳液改性水泥净浆的初凝时间较普通水泥净浆分别延长了153%，98%终凝时间分别延长了94%，88%；VAE707乳液对水泥砂浆的抗压、抗折强度提高作用优于苯丙乳液，随着苯丙乳液掺量的加大,改性水泥砂浆逐渐向一种柔性材料转化，当苯丙乳液乳液掺量为20%时,其7 d、28 d、90 d折压比相对普通水泥砂浆分别降低了27.5%、35.5%、38.8%。

周志刚通过在水泥砂浆中添加12.5%的苯丙交联型丙烯酸乳液，研究了聚合物乳液对水泥砂浆力学性能及耐久性能的影响。结果表明，添加12.5%的苯丙交联聚合物乳液的水泥砂浆，后期抗压强度有所提高，28 d和90 d的抗压强度分别提高4%和7%；早期7 d抗弯拉强度略微提高，后期抗弯拉强度显著提高，28 d和90 d的提高幅度分别达到33%和43%；抗弯拉疲劳性能和抗氯离子渗透性明显优于普通水泥砂浆，氯离子扩散系数与普通水泥砂浆相比平均降低幅度达70%。

Hwang研究了丁苯橡胶乳液（SBR）和聚丙烯酸酯（PAE）对聚合物改性混凝土抗压强度和抗弯强度的影响，研究表明：加入聚合物的混凝土的抗压强度比未加聚合物的低，而聚合物含量为20%的抗压强度比含量为10%的高；但是聚合物的加入，显著提高了其抗弯强度，在回收的人造大理石细骨料含量为50%时，加入20%的SBR其抗弯强度提高了47%。

熊剑平等采用SD622S羧基丁苯乳液作为改性剂，并掺配有机硅类消泡剂F111和A334，制得聚合物水泥砂浆(PMA)，通过室内试验研究了聚合物对水泥砂浆凝结性能、力学性能的改性作用。研究表明：随聚灰比的提高，水泥净浆滞凝作用越发显著，当聚合物掺量增至15%时，水泥净浆的初凝时间延长了76%，终凝时间延长了50%，聚合物对水泥净浆初凝时间的缓凝效果强于终凝的；随聚合物掺量的增加，PMA的抗折强度呈单调递增趋势，当P／C=0.05时，PMA的抗折强度略低于普通砂浆，此后强度增长很快，当P／C=0.15时，其28 d抗折强度较普通砂浆提高了58%，抗折强度随聚灰比增大而提高的幅度以7 d最大，28 d次之，90 d最小；PMA的抗压强度普遍低于普通砂浆，当P／C=0.15时，抗压强度有所回升，PMA的28 d抗压强度与普通砂浆接近。

Ru Wang等研究了丁苯橡胶乳液对水泥砂浆性能的影响。研究表明：在同一养护期下，聚合物的含量由1%增加到8%时，抗压强度呈下降趋势，在聚合物含量达到8%以上时，抗压强度基本保持不变；而水泥砂浆的抗弯强度在聚合物的含量为1～2%时，有轻微增加，在聚合物含量由2%增加到7%时，抗弯强度呈下降趋势，聚合物含量超过7%时，随着养护期的不同，其抗弯强度的变化趋势也不同，养护期为3 d时，略有下降，养护期为7 d时，基本不变，养护期为28 d时，呈增加的趋势。

2 水溶性/单体改性

李永鹏等采用水溶性高分子聚合物聚丙烯酰胺（PAM）和羟乙基纤维素（HEC）作为增稠剂，研究了PAM和HEC掺量对水泥砂浆的工作性和强度影响。结果表明：掺HEC的砂浆保水率均在95%以上，当掺量大于0.1%时，保水率达到99%以上，掺PAM的砂浆保水率改善效果不是很明显，最大为91.5%；随着PAM和HEC掺量的增大，试样7 d和28 d的抗压强度和抗折强度均呈现先增大后减小的趋势，粘结强度均随两种掺量增大而增大，掺HEC砂浆强度均大于掺PAM砂浆；7 d龄期的PAM改性砂浆的折压比随掺量增加而降低，28 d试样折压比均随掺量的增大而增大，但PAM改性砂浆的折压比均低于空白砂浆，掺加HEC后砂浆折压比均高于空白砂浆，并随掺量增大而增大，增幅最大达17%，HEC较PAM更有利于砂浆韧性的改善。

孙增智等研究了水溶性聚合物聚丙烯酰胺（PAM）改性水泥砂浆在不同养护方式下力学性能的发展变化规律。结果表明：养生条件对PAM水泥砂浆抗折强度的影响规律为：水中养生强度最高,其次为先水中养生后空气中干养生,最后为全部空气中干养生；PAM对水泥砂浆的抗折强度和柔韧性均有显著影响。砂浆的压折比是随着PAM掺量的增加而减少的,说明PAM可以降低水泥砂浆的脆性,增加其柔性，具有最佳掺量8%。

3 可分散粉末改性

程祥龙等采用醋酸乙烯酯（VAC）与叔碳酸乙烯酯（VeoVa10）共聚得到 VAC－VeoVa10乳胶粉，研究了不同用量的乳胶粉对水泥砂浆的力学性能影响。结果表明：随着乳胶粉用量的增加，改性水泥砂浆的抗折强度有所提高，抗压强度降低，压折比降低；当乳胶粉质量分数超过3%时，抗折增加趋势减缓，抗压强度下降趋势更加明显，压折比降低趋势减缓。

李迎春采用可再分散6041A丙烯酸乳胶粉掺入刚性防水砂浆中，研究了刚性防水砂浆掺入丙烯酸酯可再分散乳胶粉后的力学性能。结果表明：随着胶粉掺量的增加，抗压强度有较为显著的下降趋势，而抗折强度先随着胶粉掺量的增加而增加，而后随着掺量的增加而降低，在胶粉掺量3%时有抗折强度最高；压折比随着胶粉掺量增加而降低，胶粉掺量为3%时，压折比为3.04，当胶粉掺量超过3%时，压折比小于标准3.0；随着胶粉掺量的增加，砂浆的粘接强度显著上升，当胶粉掺量分别为0、1%、2%、3%、4%和5%时，28 d与砂浆的粘接强度分别为 0.84 MPa、1.60 MPa、1.91 MPa、2.24 MPa、2.39 MPa和2.51 MPa，总量1%的胶粉可使粘接强度提高90%。

王春华等采用可再分散乳胶粉（FL1212）为聚合物改性硫铝酸盐水泥（SAC）砂浆，通过与硅酸盐水泥（PC）对比，研究聚合物对硫铝酸盐水泥（SAC）砂浆的力学性能、柔韧性和干缩性能影响。结果表明：添加可再分散乳胶粉后，两种水泥砂浆抗折强度显著提高,PC砂浆和SAC砂浆28 d抗折强度达到最大值时，与未掺胶粉的砂浆的28 d强度相比分别提高了18.2%、38.2%；随着聚合物干粉掺量的增大，砂浆抗压强度增加，当达到一个最高值后，随着掺量的继续增加，强度又有所下降；随着聚合物干粉掺量的增大，聚合物水泥（PC）砂浆压折比呈现出先降低后增大的趋势，在其掺量为8%时，砂浆压折比最小，聚合物水泥（SAC）砂浆压折比呈现出逐渐降低的趋势，在其掺量为10%时，砂浆压折比仅为基准砂浆压折比的0.75左右；但当其掺量在10%以上时，砂浆压折比降低的幅度相对增大。聚合物干粉能够明显降低砂浆压折比，改善砂浆的柔韧性，但硫铝酸盐水泥砂浆压折比更有利于改善砂浆柔韧性。

王培铭等研究了苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物乳胶粉（SAE）改性水泥砂浆的力学性能。结果表明：随SAE乳胶粉的掺量的增加，3 d、7 d、28 d的改性水泥砂浆的抗压强度降低,但降低的速率不大，掺量为20.0%时,其28 d抗压强度与未掺SAE乳胶粉的水泥砂浆相比降幅约为30%；随SAE乳胶粉掺量的增加,改性水泥砂浆3 d抗折强度先减小后增大，不会超过未掺SAE乳胶粉水泥砂浆的抗折强度，当SAE乳胶粉掺量为10.0%时,其7 d抗折强度大于未掺SAE乳胶粉的水泥砂浆；当SAE乳胶粉掺量为2.0%时,其28 d的抗折强度大于未掺SAE乳胶粉的水泥砂浆，其后随SAE乳胶粉掺量的增加抗折强度逐渐上升，当SAE乳胶粉掺量为20.0%时，其28d的抗折强度为11.3 MPa,与未掺SAE乳胶粉的水泥砂浆相比增幅为32.9%。

4 结语

目前，在水泥砂浆的改性研究工作中，聚合物改性水泥砂浆的力学性能在一定程度得到改善，因聚合物性能、改性方法不同而呈现不同的性质，但无论哪种聚合物都使水泥砂浆的韧性得到很大提高。作为修补材料聚合物改性水泥砂浆在国外被广泛应用于装饰面、桥梁甲板表面等修补工程，国内在混凝土结构修补、隧道及给排水设施的防水以及桥梁等许多方面也有着广泛的应用。通过大量研究文献表明，聚合物在改性水泥砂浆的综合性能方面显示出其不足，随绿色制造要求的提高,工业应用更期待能够研究出具有优越的综合性能、环保型、自洁型的新型聚合物改性水泥砂浆，以扩大其应用领域与地域。

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