环氧树脂乳液及微乳对水泥基材料的增韧效果研究

卢鹏飞

摘要：本文通过大量的试验和理论分析，较为系统地研究了水性环氧树脂乳液不同掺量对新拌水泥净浆和混凝土增韧效果、对混凝土力学性能、混凝土体积稳定性、混凝土耐久性的影响，以期对发展高性能的新型聚合物改性水泥基复合材料提供初步资料并扩大水性环氧树脂乳液改性水泥基复合材料在工程上的应用。

关键词：混凝土；水性环氧树脂；力学性能；增韧；中心质假说；体积稳定性

0引言

随着工程结构向大跨度、高层与超高层及超大型方向发展，对混凝土性能也提出了更高的要求。目前高强化和高性能化己成为混凝土技术发展的趋势。高强混凝土与普通混凝土相比能够减小结构截面，能减轻建筑物自重，因而减少了对地基的压力；由于其弹性模量大，提高了相同截面构件的刚度，而减小了相同荷载下的变形：由于高强混凝土结构密实，其抗冻性、抗渗性及抗腐蚀性等耐久性良好。这些优良的物理力学性能，使得使用高强混凝土后综合技术经济效益十分显著。

针对上述情况，人们采取使用多种材料与水泥复合配制混凝土或砂浆的形式，以改善水泥石的性能及界面区的结构，提高混凝土或砂浆的综合性能。

1配合比设计

混凝土配合比和乳液掺量实验设计方案：

混凝土配合比的设计首先确定水性环氧树脂的掺加量，固化后的环氧树脂的形貌及状态对混凝土的韧性有着重要的作用。水性环氧固化剂组分中的固含量为50%，其余为水，所以在进行配合比设计时，为保证与基准混凝土配合比水灰比相同，对乳液改性混凝土受检混凝土的配合比中的水用量做调整。下文的乳液掺量都是相对于胶凝材料质量来说的，且H233B是H233A的1.5倍。

根据大量实验得出混凝土配合比，C30混凝土的各组分比例为，水泥：砂：石子：水：高效减水剂=1：1.90：3.07：0.477：0.0076，见表1；C40混凝土的各组分比例为，水泥：砂：石子：水：粉煤灰：矿粉：高效减水剂=1：1.72：2.77：0.443：0.167：0.167：0.0013，见表2。

2环氧树脂乳液对混凝土性能影响的研究

影响混凝土性能的因素有很多，原材料本身的性能就是其中比较重要的一项。除聚合物乳液的种类与性能外，水泥、砂、减水剂等的种类与性能也会对改性混凝土最终的改善效果产生影响。此外，混凝土的性能还可能随拌和方法、各项性能测试方法等的不同而变化。通过对原材料性能的测试和试验方法的选择，将有利于试验的分析，了解水性环氧树脂乳液改性水泥基复合材料的各项性能。

2.1乳液掺量对混凝土性能的影响

2.1.1乳液掺量对混凝土抗压强度的影响

混凝土的抗压强度作为一个重要的力学性能直接关系到混凝土结构的安全性。必须给予足够的重视。按照确定的方案，测定C40混凝土在标准同养护条件下7d、14 d混凝土强度，C40混凝土结果见表3。

2.1.2乳液掺量对韧性混凝土抗冲击韧性的影响

混凝土最大的缺点就是比较脆，韧性低。本文只对C40混凝土测试了冲击韧性，由冲击次数计算得出冲击耗能，抗冲击韧性试验结果如表4。

从这个表中看出混凝土的冲击韧性随着乳液掺量的增加而掺加，掺到20%时，冲击韧性增加了3.76倍，大大提高了混凝土的冲击韧性。

2.1.3乳液掺量对韧性混凝土体积稳定性的影响

水性环氧树脂乳液改性的混凝土收缩情况见表5。

从表5看出，掺量在5%时，体积收缩率比空白组小，当掺量掺到10%时，收缩值最接近0，当掺到15%、20%时收缩率有上升趋势。综上所述，当乳液掺到10%时，对混凝土体积稳定性改性效果最好，掺少掺多都会对混凝土的体积稳定性造成不良影响。

2.2乳液掺量对水泥净浆韧性的影响

水泥净浆向来都是脆性材料，本文通过掺加水性环氧树脂乳液来改善其冲击韧性，冲击数据见表6。

研究发现，掺加环氧树脂乳液大大提高水泥净浆的冲击韧性，掺量为20%时，可提高近403倍。从两组配合比掺量测试环氧树脂乳液对混凝土的影响，C30混凝土的各组分比例为，水泥：砂：石子：水：高效减水剂=1：1.90：3.07：0.477：0.0076：C40混凝土的各組分比例为，水泥：砂：石子：水：粉煤灰：矿粉：高效减水剂=1：1.72：2.77：0.443：0.167：0.167：0.0013。掺量分别为胶凝材料质量的0、5%、10%、15%、20%，力学性能试验显示，掺加水性环氧树脂乳液的韧性混凝土的抗压强度会随着乳液掺量的增加而减小，但其抗冲击韧性会随乳液掺量的增大而显著提高，掺到20%时，可提高3.67倍。

3结束语

在20世纪50年代中，吴中伟教授提出了“中心质假说”，用以阐明并改进混凝土的组成结构提高其性能。在该论述中，对孔缝结构与界面有其独特的见解。

聚合物改性水泥混凝土可从微中心质考虑，改性微中心质可以改进混凝土界面过渡区结构，使界面得到进一步强化，并使水泥基材料的有关性能得到显著的提高。endprint