聚合物水泥混凝土性能研究

王中合

（邢台路桥建设总公司，河北 邢台 054001）

0 引言

普通水泥混凝土是一种脆性材料，抗压强度高，弹性模量大，抗弯拉强度低，存在刚性过大、柔性不足、变形能力较小、耐久性欠佳等缺点，不适合应用于挠度大的桥梁工程，例如钢叠梁组合结构的桥面铺装工程中，否则易出现开裂断板等病害。本文采用外掺聚合物对普通混凝土进行改性，对聚合物水泥混凝土的力学性能和耐久性进行试验。

1 原材料技术性质

1.1 水泥

选用“咏宁”牌P.O 42.5普通硅酸盐水泥，初凝时间为280min，终凝时间为350min，3d抗弯拉强度为5.6MPa，抗压强度为25.6MPa；28d抗弯拉强度为8.8MPa，抗压强度为51.4MPa。

1.2 粗集料

选择5～15mm整形石灰岩碎石。

1.3 细集料

选用天然中粗河砂，细度模数为2.80；含泥量为1.5%。

1.4 Ⅰ级粉煤灰

试验原材料的其他技术性质均满足《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30—2003）的相关要求。

1.5 聚合物乳液

选用聚羧酸丁苯胶乳液，其技术指标见表1。

表1 聚合物乳液技术指标

1.6 聚羧酸高效减水剂

石家庄育才减水剂厂生产。

1.7 消泡剂

消泡剂是消除聚合物乳液中乳化剂、稳定剂的表面活化影响而在拌和时产生的大量气泡，以降低拌和物的孔隙率，减小对强度的影响。济南多维桥化工有限责任公司生产。

1.8 自来水

选用普通自来水。

2 混凝土配合比设计

2.1 配合比

通过室内试验，确定的聚合物纤维水泥混凝土的配合比（m3）是：石料∶砂∶水泥∶粉煤灰∶胶乳∶水∶减水剂=1141∶615∶407∶77∶30∶145∶13

水胶比（包括乳液含水）为0.33，砂率为0.35。

2.2 坍落度和扩展度

坍落度为230mm，扩展度为470mm，1h后坍落度为220mm，扩展度为450mm。

2.3 成型方式和养护方式

成型方式为采用振动台振动90s；养护方式为前期3d标养，后期干养护。

3 试验方法

掺加聚合物乳液水泥混凝土与不掺加乳液的水泥混凝土进行试验对比。

3.1 抗压强度与抗弯拉强度

抗压强度试件尺寸为150mm×150mm×150mm，抗弯拉强度试件尺寸为150mm×150mm×550mm，7d、28d和90d龄期，按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30—2005）方法测定。

3.2 弹性模量

分别采用抗弯拉试验和超声波法测定混凝土28d龄期的抗弯拉弹性模量和动弹性模量，按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30—2005）中的方法测定。

3.3 挠度

试件尺寸为150mm×150mm×550mm，28d龄期，参照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30—2005）中抗弯拉弹性模量方法，测定试件受最大弯拉力破坏时试件的跨中挠度值。

3.4 耐磨性能

试件尺寸为150mm×150mm×550mm，28d龄期，按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30—2005）中水泥混凝土耐磨性试验方法测定。磨耗面积为150mm×150mm，以单位面积的磨损量作为耐磨性能指标。

3.5 干缩性能

试件尺寸为100mm×100mm×515mm，28d龄期，按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30—2005）中水泥混凝土干缩试验方法测定。

4 试验结果与分析

4.1 抗压强度与抗弯拉强度试验结果见表2。

表2 普通混凝土与聚合物水泥混凝土抗弯拉强度和抗压强度试验结果

分析表2可以得到以下结论：

（1）与普通混凝土类似，聚合物水泥混凝土的抗压强度和抗弯拉强度随龄期的增加而增长；

（2）聚合物的掺加，使聚合物水泥混凝土的抗弯拉强度相对普通混凝土提高，但抗压强度降低；

（3）聚合物水泥混凝土的压折比相对普通混凝土的压折比大大减小，反映了聚合物的掺入使混凝土材料的脆性减小，韧性增加，抗变形能力和容许应力提高。

4.2 弹性模量

试验结果见表3。

表3 普通混凝土与聚合物水泥混凝土弹性模量试验结果

从表3可知，混凝土中掺入聚合物乳液，其抗折弹性模量和动弹性模量均下降，抗折弹性模量则降低18.2%，动弹性模量较普通混凝土降低16.6%，因此聚合物混凝土的脆性降低，柔性增加，抗变形能力增强，荷载应力减小。

4.3 挠度

未掺入聚合物乳液的普通水泥混凝土试件的跨中最大挠度值是0.85mm，而聚合物水泥混凝土试件的跨中最大挠度是1.56mm，远大于普通水泥混凝土，这很直观地验证了水泥混凝土中掺入聚合物可以使混凝土的脆性发生改变，抗变形能力增强。

4.4 耐磨性能

普通水泥混凝土的磨损量为5.57kg/m2，而聚合物水泥混凝土的磨损量为3.32kg/m2。试验结果表明，聚合物的掺加，单位面积磨损量降低了40.4%，说明聚合物水泥混凝土的耐磨性能得到了提高。

4.5 干缩性能

试验结果见图1。

图1 普通混凝土与聚合物水泥混凝土干缩试验结果

由图1可知：普通混凝土的干缩率随龄期的增长而增加，90d后干缩趋于稳定；聚合物混凝土的干缩率相对普通混凝土减小，且随龄期的增加，60d后干缩趋于稳定。因此聚合物的掺入能大大改善混凝土的干缩性能，其主要原因是：一方面，随着龄期的增加，水泥水化反应更加充分；另一方面，聚合物与水泥水化产物相互交织形成不连续的膜，很好地填充了混凝土的孔隙，降低了孔隙率，提高了密实度，故聚合物水泥混凝土与普通混凝土干缩率差值随龄期的增加而增大。

5 结论

聚合物具有很好的减水性，聚合物水泥混凝土的力学性能相对普通混凝土有明显改善，具有向柔性材料转化的趋势。

与普通混凝土相比，聚合物混凝土的抗弯拉强度、最大抗弯拉破坏跨中挠度值增大，压折比、动弹性模量和抗折弹性模量降低。

与普通混凝土相比，聚合物混凝土的耐久性能得到改善，其耐磨性提高，干缩率降低。

[1]张明征.高性能混凝土的配制与应用[M].北京：中国计划出版社，2003.