[水泥大数据研究院]水泥产业链指数运行周报（2024.05.17）
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高性能聚合物水泥混凝土(砂浆)的研究......
1 引言
民用及水工建筑物在建设和使用过程中经常遇到混凝土质量问题，如蜂窝麻面、空洞、大面积损坏等，为恢复其使用功能，需进行修补。一般的修补方法是采用普通混凝土或砂浆作为修补材料，但普通混凝土粘结强度低，将其用于混凝土修补，容易造成界面粘结不牢、开裂而导致混凝土再度损坏等质量问题，近年来民用建筑已很少应用，仅用于水工建筑坝体的大体积混凝土修补。目前一般使用环氧树脂混凝土或砂浆作为修补材料，也有采用特殊骨料拌制的混凝土作为修补材料，如岩滩水电站溢流坝面修补材料采用的就是铁刚砂、石料拌制的抗压强度高达100MPa的高强混凝土。这两种混凝土修补材料均具有抗压强度高的特点，环氧树脂混凝土还具有粘接强度高的特点，但也存在材料成本高、不宜大量使用等缺点，而且在拌制环氧树脂混凝土时需要使用大量对人体危害极大的有毒助剂；此外这两种材料自身强度过高(环氧树脂混凝土强度在60MPa以上)，与修补基面混凝土强度(一般约为30MPa)相差太大，在外界条件(如温差、湿度)发生较大变化的情况下，尤其在北方寒冷干燥气候，存在二者由于受力变形不一致而遭受破坏的隐患。因此，研制低成本、高性能、使用可靠方便的混凝土修补材料，已成为科研人员亟需攻克的难题。
2 新型修补材料的配方特点
为解决上述难题，我们通过广泛地收资及研究，参考了国内外众多的配方，经过试验筛取、组合，得出一种新型的高性能混凝土及砂浆配合比。该种材料由普通砂石料、525＃优质水泥、高分子聚合物、水泥塑化剂、增强剂、调凝剂、改性剂、膨胀剂、优质活性混合材等组成，各原材料的性能特点分述如下：
(1)优质水泥采用铁铝酸盐525＃水泥，该种水泥具有快凝快硬，水化时能快速产生大量的铁凝胶体的特点，因而混凝土收缩小、表面坚硬、早期强度高，抗腐蚀、抗冲刷性能优良。铁铝酸盐水泥与柳州普通水泥各项物理性能指标比较见表1。
(2)高分子聚合物采用可溶性高粘型聚合物粉料，粘度高达10000Pa。s，该剂有极好的保水粘聚性，以适当掺量加入混凝土中可成倍提高混凝土的粘结强度。
(3)助剂：选入的助剂有塑化剂、增强剂、调凝剂、改性剂等，其中塑化剂可调整混凝土拌合物的粘度，使其有较好的施工性能；增强剂可与混凝土内部的高聚物形成网络状结构，提高混凝土的韧性及强度；调凝剂则可任意调整混凝土凝结时间；改性剂可改变混凝土内部水化产物Ca(OH)2的结晶度，使其以小分子形态出现，从而提高混凝土的密实度和强度。
(4)优质活性混合材：由硅灰、沸石粉、优质粉煤灰和膨胀剂以合适的比例混合而成，将其加入混凝土中可大大提高混凝土的密实度、强度及抗收缩性能。
表1 水泥物理性能指标
| 名称 | 稠度 | 安定性 | 凝结时间 h∶min | 抗折强度 MPa | 抗压强度 MPa | |||||
| 初凝 | 终凝 | 1d | 3d | 28d | 1d | 3d | 28d | |||
| 525＃柳州普通水泥 | 25.2 | 合格 | 2∶25 | 3∶05 | ／ | 5.9 | 8.8 | ／ | 28.9 | 55.6 |
| 525＃铁铝酸盐水泥 | 25.6 | 合格 | 0∶55 | 1∶25 | 7.1 | 9.5 | 9.6 | 43.8 | 54.3 | 65.1 |
| 3 新型修补材料的作用机理
一般来说，混凝土修补材料应具有如下基本性能：对老混凝土基面有足够高的粘结强度、较高的抗裂性和抗渗能力、优良的耐久及抗冻融性能。新型修补材料的成份以普通砂石、水泥为主，辅以少量有机高分子聚合物及助剂，通过大大改善混凝土的施工性能来保证混凝土具有正常的使用功能。当进行混凝土拌制时，聚合物分子与水泥颗粒间仅发生化学吸附作用，聚合物分子吸水而增稠提高材料的吸附粘结力，同时各种助剂的存在又使混凝土浆体具有较好的施工性能，如流动性和保水性等。在水泥凝结硬化过程中，水泥从聚合物中不断吸收水分而充分水化，同时聚合物粒子由于脱水而逐渐聚集，并在混凝土内部空间形成网络状骨架，加上活性混合材及塑化剂引入的封闭型微小气泡，有效封堵了混凝土内部的毛细管道，从而形成具有较高强度和密实度的带韧性的高性能混凝土。 4 新型修补材料的应用 4.1 一般建筑物混凝土修补 一般建筑物少量混凝土修补可使用高性能砂浆，砂浆配合比见表2。不需浇水润湿混凝土基面，砂浆可直接用于干净的光滑混凝土或破损混凝土基面，并能够和基层牢固粘结为一体，表面形成的一层致密坚固的砂浆层能够隔断水分的透过，有效的保护破损混凝土面。 4.2 大体积混凝土修补 大体积混凝土破损一般发生在水工建筑物过水部分，如溢流坝、泄洪道等。过水部分混凝土由于长期受水流、泥砂冲刷及气蚀作用，普通混凝土在此条件下极易被破坏。因此，要求修补材料具有粘结牢固、密实抗裂、耐冲刷等性能，针对这一特性组成修补材料配方，见表3。试验数据表明：新型修补材料粘结强度高、与基层混凝土变形协调能力好、抗冻融抗冲刷性能优良，且价格便宜，是目前较好的一种高性能混凝土修补材料。 4.3 用于建筑物饰面板粘贴 一般建筑物均进行外装饰，如贴瓷砖、大理石、花岗岩等，使用高性能砂浆作为胶粘剂，可以从根本上消除按传统普通水泥粘贴造成的工艺复杂，易变形脱落、污染饰面等弊病，并有效地解决墙体渗漏水的难题。 表2 新型砂浆配合比表 |
| 种类 | 砂浆配合比例 | 稠度 | 28d 抗渗 强度 (MPa) | 28d 压剪 强度 (MPa) | 28d 垂直 拉伸 强度 (MPa) | 28d25 次冻 融循 环强 度损 失率 (%) | 抗压强度 (MPa) | 单价 (元／m3) | ||||||
| 水 | 水泥 | 砂 | 掺合料 | 聚合物 | 助剂 | 3d | 28d | |||||||
| 新型砂浆 | ||||||||||||||
| 普通砂浆 | 1 | 1.5 | 5.2 | ／ | ／ | ／ | 80 | 1.0 | 1.2 | 0.3 | 10 | ／ | 35.0 | 180 |
| 环氧树脂砂浆 | ／ | 1～2 | 0～4 | ／ | 环氧树 指1 | 0.7 | ／1 | 2.0～ 5.0 | 6.0～ 10 | 2.0～ 5.0 | 0 | ／ | 60～ 80 | 10000～ 20000 |
|
表3 新型混凝土修补材料配方 |
| 种类 | 混凝土配合比(kg/m3) | 坍 落 度 (mm) | 28d 抗渗 强度 (MPa) | 28d 压剪 强度 (MPa) | 28d25 次冻 融循 环强 度损 失率 (%) | 28d 静压 弹性 模量 (×104 MPa) | 抗压强度 (MPa) | 单价 (元／m3) | |||||||
| 水 | 水泥 | 人工砂 | 碎石 | 掺合料 | 聚合物 | 助剂 | 28d | 90d | |||||||
| 新型修补 混凝土 | 175 | 450 | 630 | 1132 | 16 | 4.5 | 12.9 | 100 | 1.8 | 3.0 | 0 | 2.6 | 40.5 | 46.6 | 320 |
| 普通 混凝土 | 160 | 400 | 683 | 1143 | 63 | ／ | ／ | 80 | 1.1 | 1.0 | 10 | 3.5 | 32.8 | 42.5 | 240 |
| 5 结语
新型修补材料根据混凝土修补的特点进行配方设计，选用耐腐蚀、耐磨损、高早强水泥及水溶性高分子聚合物组分，形成无机胶凝材料与有机高分子聚合物材料的完美结合，并使修补过的混凝土具有比原来更优异的性能。高性能修补混凝土成本不高，甚至可以代替普通混凝土而直接在工程中使用，使建筑物具有更优异的性能。事实上，国外发达国家已经在建筑上使用高性能混凝土或砂浆。
参考文献 1 成希弼，吴兆琦.特种水泥的生产及应用.北京：中国建筑工业出版社，1994. |
摘自：中国混凝土网
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