聚乙烯醇对水泥基复合材料的性能研究

刘俊茹

（西安思源学院城市建设学院 陕西西安 710038）

聚乙烯醇对水泥基复合材料的性能研究

刘俊茹

（西安思源学院城市建设学院 陕西西安 710038）

本文主要研究了加入不同份数的聚乙烯醇对水泥基复合材料体积电阻率、力学性能和耐久性能的影响。

聚乙烯醇；水泥基复合材料；电阻率；力学性能；耐久性

以水溶性聚合物作为水泥的改性剂，可以改善水泥的结构，实现减水、调凝、增强及增韧水泥的目的。聚乙烯醇(PVA)能溶于含羟基的极性溶液中，易转变成凝胶，不溶于几乎所有的非极性溶剂，水是其最好的溶剂，且它的水溶液含水量高、强度高、毒性小、生物相容性好。PVA 的性质主要由它的分子量和醇解度来决定，分子量越大，水溶性越差，水溶液粘度大，成膜性能好。PVA 具有较佳的强力粘接性、皮膜柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂性、胶体保护性、气体阻绝性、耐磨性。

一、掺入 PVA 对水泥基复合材料性能的影响

在水泥中加入不同质量分数的 PVA，并按照加水量36.4%加水，分别测试其性能。 PVA 掺量对水泥基复合材料体积电阻率的影响分别按质量分数 1%、2%、4%、8%加入PVA，测量其 7 天、28 天体积电阻率结果见图1所示。由图1可知：随着 PVA 掺量的增加，PVA水泥复合材料的 7 天、28 天体积电阻率逐渐上升。其中，7 天体积电阻率从未加 PVA 时的 3.95×108Ω·cm 提高到 8%PVA 掺量时的 14.42×108Ω·cm； 28 天体积电阻率从未加 PVA 时的 4.13×108Ω·cm 提高到 8%PVA 掺量时的 66.54×108Ω·cm，电阻率提高了 15 倍以上。该结果的原因在于 PVA 分子链能和水泥水化产物(如铝酸钙)结合形成界面层，最终形成聚合物和水泥水化物相互交织、相互贯穿的复合体结构，从而细化孔结构减弱孔液互相连通，使材料微结构更趋致密，电阻率提高。

普通水泥浆体的孔隙率较大，C-S-H 之间有针状的钙矾石晶体，未水化的水泥颗粒以颗粒形式存在，水化产物在其表面生长，C-S-H 和钙钒石的晶体相互交联，形成间断的、孔隙较大的骨架网状体系。PVA 的掺入，包裹了水化产物和未水化颗粒，单独存在的未水化水泥颗粒和钙矾石晶体明显减少；孔隙减少，水泥基体(水化产物)和 PVA 形成不完全连续的、填充密实的网状体系结构。

二、PVA 掺量对水泥基复合材料抗压强度的影响

分别按质量分数 1%、2%、4%、8%加入 PVA，测量其 7 天、28 天抗压强度变化曲线如下图2所示。

图2中，PVA/水泥复合材料的 7 天、28 天抗压强度均随着 PVA 掺量的增加先提高后下降。当 PVA 含量为 2%时，复合材料的表面密实，力学性能较好，7天抗压强度为 15.63MPa，28 天抗压强度达到 19.99MPa，分别是未加 PVA 时试样的3倍、3.08 倍。当聚合物掺量大于4%时，试样的 7 天、28 天抗压强度均开始下降，当掺量为 8%时，28 天抗压强度与普通空白水泥样的抗压强度基本相当。由于水泥基体和 PVA 形成不完全连续的、填充密实的网状体系结构，可以使水泥的强度提高，但是，如果超过临界值，会发生改性失败，强度大幅下降。因此，为得到较大的电阻率，PVA 的掺量也不宜超过 4%。

三．PVA 掺量对水泥基复合材料耐硫酸盐腐蚀性能的影响

分别按质量分数 1%、2%、4%、8%加入 PVA，放置 28 天后，浸入 5%的硫酸钠溶液中进行干湿循环试验。PVA/水泥复合材料试样的质量在耐腐蚀试验中的变化如图3所示。

由图 3可以看出，在硫酸盐溶液的作用下经过 14 次干湿循环试验后试样质量并未减少而且基本呈上升趋势。

表1 试样抗腐蚀试验结果

经过腐蚀实验后，试样强度均低于空白水泥样品，随着 PVA 掺量的增加抗压强度保持率逐渐增加，但在掺量为 4%时，强度保持率明显的降低，只有 47.3%，掺量为 8%时，样品强度保持率为 85%，超过了空白样品。

结论：

在水泥中掺入 PVA 时，PVA/水泥基复合材料的 7 天、28 天体积电阻率随着 PVA 掺量的增加逐渐上升，PVA 掺量为 8%时，28 天体积电阻率提高到了 16倍；抗压强度先逐渐提高后下降，当 PVA 掺量为 2%时，试样表面密实，28 天抗压强度是空白水泥试样的 3 倍；抗硫酸钠侵蚀试验后，试样强度保持率与空白水泥样品相比有所下降。

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