聚合物混凝土083.pptx
聚合物混凝土的定义聚合物混凝土的定义聚合物混凝土复合材料简称为聚合物混凝土，主要分为三大类别。第1页/共60页聚合物混凝土的分类聚合物混凝土的分类（1 1）聚合物混凝土（）聚合物混凝土（Polymers Concrete Polymers Concrete 简称简称PC)PC)只用聚合物作胶结材料的混凝土 也称为树脂混凝土.第2页/共60页聚合物混凝土的分类聚合物混凝土的分类（2 2）聚合物改性混凝土（）聚合物改性混凝土（Polymer Modified Concrete Polymer Modified Concrete 简称简称PMCPMC）是以水泥和聚合物共同作为胶结材料与骨料结合而成的混凝土，掺加的量比一般的外加剂要多。在上述的聚合物混凝土和聚合物水泥混凝土中，当不用粗骨料时，称为砂浆或灰浆。第3页/共60页聚合物混凝土的分类聚合物混凝土的分类（3 3）聚合物浸渍混凝土（）聚合物浸渍混凝土（Polymer Impregnated Concrete Polymer Impregnated Concrete 简称简称PICPIC）是将聚合物、予聚体等浸渍到已水化硬化的混凝土空隙中、再经聚合等步骤使水泥混凝土与聚合物成为一个整体。第4页/共60页聚合物混凝土的发展历史聚合物混凝土的发展历史 在水泥问世以后，人们发现，水泥制品坚固耐压，可以随心所欲地做成各种形状，这是它的优点。然而水泥制品凝结以后容易收缩，造成细小的裂缝是它的缺点。法国一名泥瓦匠在水泥中掺加了一些牛和羊的血，凡经他粉刷的地窖无一发生渗水现象。第5页/共60页聚合物混凝土的发展历史聚合物混凝土的发展历史n19231923年，年，CressonCresson获得第一个方面的专利，用天然获得第一个方面的专利，用天然胶乳改性道路材料胶乳改性道路材料,水泥作为填料使用。水泥作为填料使用。n19241924年，年，LefebureLefebure的专利是现代意义的聚合物混的专利是现代意义的聚合物混凝土凝土n2020世纪世纪5050年代，美国就开始聚合物混凝土（年代，美国就开始聚合物混凝土（PCPC）的）的商业应用商业应用n6060年代中期，美国对聚合物浸渍混凝土（年代中期，美国对聚合物浸渍混凝土（PICPIC）开）开始研究始研究n7070年代，年代，PCPC用于修复波特兰水泥混凝土构件，主要用于修复波特兰水泥混凝土构件，主要是公路和桥梁是公路和桥梁n19711971年，美国混凝土协会下面成立了一个年，美国混凝土协会下面成立了一个Polymers in ConcretePolymers in Concrete委员会，即委员会，即548548委员会，从委员会，从事聚合物混凝土材料方面的组织工作。事聚合物混凝土材料方面的组织工作。n我国的聚合物混凝土研究始于我国的聚合物混凝土研究始于7070年代后与世界同步年代后与世界同步n20002000年，东亚混凝土聚合物国际会议在同济大学召年，东亚混凝土聚合物国际会议在同济大学召开开第6页/共60页第7页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PC）在聚合物混凝土中，用作胶结材料的聚合物组分最终全部参与固化反应，因而聚合物混凝土中没有连通的毛细孔，使得聚合物混凝土抗渗透没有连通的毛细孔，使得聚合物混凝土抗渗透性比水泥混凝土高得多性比水泥混凝土高得多，因而具有优良的耐久性(包括耐水、耐冻融、耐腐蚀等)。第8页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PC）此外，聚合物混凝土的强度发展也比普通水泥混凝土快得多，可普通水泥混凝土快得多，可以在常温和低温下固化。一般来说，以在常温和低温下固化。一般来说，24 h24 h的强度可以达到最终强度的的强度可以达到最终强度的8080，而且抗拉、抗折和抗压强度都很高。第9页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PC）此外，聚合物混凝土的强度发展也比普通水泥混凝土快得多，可普通水泥混凝土快得多，可以在常温和低温下固化。一般来说，以在常温和低温下固化。一般来说，24 h24 h的强度可以达到最终强度的的强度可以达到最终强度的8080，而且抗拉、抗折和抗压强度都很高。第10页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PC）第11页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PC）第12页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PC）第13页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PC）第14页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PC）在美国，在美国，PCPC的建筑幕墙板和的建筑幕墙板和地下的公用设施构件已经用了地下的公用设施构件已经用了3030多多年了，其使用性能看上去仍丝毫没年了，其使用性能看上去仍丝毫没有降低。有降低。第15页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PC）的应用）的应用第16页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PC）的应用）的应用第17页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PC）的应用）的应用第18页/共60页修复后的大桥桥面第19页/共60页PBMPBM聚合物混凝土在修补水闸水下冲坑中的应用聚合物混凝土在修补水闸水下冲坑中的应用 陶家路闸是余姚向北排涝出海的中型水闸。陶家路闸是余姚向北排涝出海的中型水闸。水闸总净宽水闸总净宽2020米，分米，分5 5孔，每孔孔，每孔4.0 4.0 米米,闸下设闸下设有一级消力池，有一级消力池，19921992年年5 5月投入运行。月投入运行。7.9;7.9;大洪大洪水，平均雨量水，平均雨量359 mm,359 mm,陶家路闸连续排涝，最大陶家路闸连续排涝，最大排涝量排涝量260 m/s260 m/s，排涝后检查发现，水闸陡槽，排涝后检查发现，水闸陡槽段有段有2 2处混凝土遭受严重冲刷，有处混凝土遭受严重冲刷，有3 3条条6.06.0米的裂米的裂缝，闸底与消力池联接处多处小范围冲刷，冲缝，闸底与消力池联接处多处小范围冲刷，冲刷部位最民达刷部位最民达3.0 3.0 米，冲坑深米，冲坑深0.3 0.3 米、宽米、宽0.5-0.5-0.8 0.8 米米,局部局部IFIF水铜片裸露，及撕裂，多处底部水铜片裸露，及撕裂，多处底部冒水，严重影响了水闸安全。冒水，严重影响了水闸安全。第20页/共60页PBMPBM聚合物混凝土在修补水闸水下冲坑中的应用聚合物混凝土在修补水闸水下冲坑中的应用 当世正值卞汛期，如果不及时修复，势必会影响启闸排涝。由于冲当世正值卞汛期，如果不及时修复，势必会影响启闸排涝。由于冲刷部位处于潮位影响区，要求修补材料具有凝结时间快、强度高、抗冲刷，刷部位处于潮位影响区，要求修补材料具有凝结时间快、强度高、抗冲刷，能水下施上作业，经过多种方案比选，确定采用能水下施上作业，经过多种方案比选，确定采用PBM-7PBM-7树脂配制树脂配制PBMPBM聚合聚合物混凝土作为修补冲坑的材料，经过物混凝土作为修补冲坑的材料，经过7 7天的候潮施工，终于全部修复。天的候潮施工，终于全部修复。第21页/共60页PBMPBM聚合物混凝土在修补水闸水下冲坑中的应用聚合物混凝土在修补水闸水下冲坑中的应用 PBM聚合物配料，砂以粗砂为宜，骨料要干燥，石子的直径在砂以粗砂为宜，骨料要干燥，石子的直径在20mm20mm，粉料采用粉料采用42.542.5级普通硅酸盐水泥。石子和砂都要干燥，否则会影响级普通硅酸盐水泥。石子和砂都要干燥，否则会影响PBMPBM聚合聚合物混凝土的强度。在物混凝土的强度。在PBMPBM聚合物混凝土浇筑前，需清除基而的污泥及松动混聚合物混凝土浇筑前，需清除基而的污泥及松动混凝土凝土。第22页/共60页PBMPBM聚合物混凝土在修补水闸水下冲坑中的应用聚合物混凝土在修补水闸水下冲坑中的应用 PBM聚合物混凝土具有固化快、旱期强度高、粘结力强，可在水下或潮湿条件下施工等特点。PBMPBM聚合物混凝土的塌落度可聚合物混凝土的塌落度可由树脂的用量来调节；固化时间一般控制在由树脂的用量来调节；固化时间一般控制在30-60 min,30-60 min,促进剂和引发剂用量为促进剂和引发剂用量为1%1%一一4%4%。工程中选用该材料修补水闸消力池底板冲坑，通过精心施工，较好地修复了水底板，经过多年的运行考验，修补而粘结牢固，效果良好。第23页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PCPC）用于修复葛洲坝排水闸）用于修复葛洲坝排水闸 PC非常成功地用于葛洲坝排水闸的修补工程中，在水头20-30m，流速达14-22m的含砂和砾石的水流作用下，经过几年后，水闸就被严重地冲刷和磨损。PC由不饱和聚醋树脂作粘结剂，环己酮过氧化物作固化剂或促凝剂以及集料组成。修补4年后进行观察，发现在修补处，PC与旧混凝土的粘结非常牢固，修补层完好无损。第24页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PC）的应用）的应用第25页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PC）的应用）的应用环氧树脂耐磨砂浆地面第26页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PC）的应用）的应用第27页/共60页聚合物改性混凝土（聚合物改性混凝土（PMCPMC）聚合物改性混凝土(PMC)制作工艺与普通混凝土相似，在加水搅拌时掺入一定量的有机物及其辅助剂，经成型、养护后，其中的水泥与聚合物同时固化而成。聚合物掺加量一般为水泥重量的 520。使用的聚合物一般为合成橡胶乳液，如氯丁胶乳(CR)、丁苯胶乳(SBR)、丁腈胶乳(NBR)；或热塑性树脂乳液，如聚丙烯酸酯类乳液(PAE)、聚乙酸乙烯乳液(PVAC)等。此外环氧树脂及不饱和聚酯一类树脂也可应用。第28页/共60页聚合物改性混凝土（聚合物改性混凝土（PMCPMC）聚合物改性机理概聚合物改性机理概述述 以乳液形式掺加到水泥混凝土中的聚合物,在水泥混凝土搅拌均匀后,聚合物乳液颗粒会相当均匀地分散在水泥混凝土体系中。形成水泥基的复合材料。随着水泥的水化,体系中的水不断地被水化水泥所结合,乳液中的聚合物颗粒会相互融合连接在一起。随着水分的不断减少,聚合物在水泥混凝土中形成结构。Ohama给出了这种结构形成过程的模型,并把这一结构形成过程分为三个阶段 第29页/共60页聚合物改性混凝土（聚合物改性混凝土（PMCPMC）聚合物的影响聚合物的影响 当聚合物在水泥浆体、水泥砂浆和混凝土中交织成网状胶膜，聚合物一方面起到增韧的作用，主要表现在抗折强度提高，抗压强度降低，劈裂强度和粘结强度提高等;另一方面起到提高耐久性能的作用，主要表现在抗渗性能提高，耐磨性能提高和干缩率降低等.第30页/共60页聚合物改性混凝土（聚合物改性混凝土（PMCPMC）聚合物改性机理概述聚合物改性机理概述 其一:聚合物主要以空问三维连续网状结构相当于“微纤维”，从而增强水泥浆体基体，抵抗裂纹扩展，提高了抗折强度;第31页/共60页聚合物改性混凝土（聚合物改性混凝土（PMCPMC）聚合物改性机理概述聚合物改性机理概述 其二:聚合物乳液中大量的表面活性物质增强了混凝土拌和物集料表面的湿润，增强了混凝土拌和物集料表面的湿润，甚至进入集料表面孔隙，降低了孔隙率，从而形成聚合物膜牢固地粘附在集料甚至进入集料表面孔隙，降低了孔隙率，从而形成聚合物膜牢固地粘附在集料表面，改善了集料与基体之问的粘结能力，表面，改善了集料与基体之问的粘结能力，改善了其断裂性能，有效地防止微裂缝的起裂与扩展。第32页/共60页聚合物改性混凝土（聚合物改性混凝土（PMCPMC）聚合物改性机理概述聚合物改性机理概述 其三，聚合物与水泥发生一定程度的化学反应，增强了聚合物与水泥之问的结合，从而提高了抗折强度和劈裂枯结强度.其四，聚合物提高耐久性能的机理也主要体现在两个方面，聚合物空问网状膜结构的阻隔作用和膜本身具有温度绝缘、不透水、耐腐蚀等性能;聚合物渗透并填充到水泥浆体的孔隙或砼的大孔隙中，降低了孔隙率，提高了密实程度和粘结力.性能得以提高。第33页/共60页聚合物改性混凝土（聚合物改性混凝土（PMCPMC）的性能）的性能 在聚合物改性砂浆和混凝土中，由于聚聚合物与水泥形成互穿网络结构，加强了骨料之合物与水泥形成互穿网络结构，加强了骨料之间的黏结，堵塞了砂浆内的部分孔隙间的黏结，堵塞了砂浆内的部分孔隙，因此，(1)羧基丁苯乳液改性混凝土能够增大混凝土的抗折强度,在抗压强度适当减小的同时降低了压折比,使混凝土的韧性得到了增强。(2)聚合物水泥混凝土的渗透性减小,因此可以有效地防止冻融腐蚀和盐腐蚀。第34页/共60页聚合物改性混凝土（聚合物改性混凝土（PMCPMC）的养护）的养护 对乳液改性水泥沙浆和混凝土，最佳的养护条件是早期湿养护，以早期湿养护，以促进水泥水化到一定程度，而后进行干养护，以利于聚合物成膜。聚灰比促进水泥水化到一定程度，而后进行干养护，以利于聚合物成膜。聚灰比越大，干养护后越大，干养护后 期强度增加越多期强度增加越多。第35页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PMCPMC）的应用）的应用 南岸辅仁路南岸辅仁路E E线为重庆市第一条彩色城市道路，路面长线为重庆市第一条彩色城市道路，路面长350350米，中间米，中间两车道采用红色，边缘两车道为墨绿色，远处看去就像绿草坪中铺设了两条两车道采用红色，边缘两车道为墨绿色，远处看去就像绿草坪中铺设了两条红地毯，与人行道上的绿树、红花相映成辉，形成一道格外美丽的城市风景。红地毯，与人行道上的绿树、红花相映成辉，形成一道格外美丽的城市风景。第36页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PMCPMC）的应用）的应用PMCPMC透水降噪彩色路面透水降噪彩色路面第37页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PMCPMC）的应用）的应用 彩色仅是这种新型路面的一种辅助功能，聚合物柔性水泥混凝土透水降噪路面是一种新型路面结构，路面材料既不同于普通的水泥混凝土，也不同于沥青混凝土的性能，而是既具有水泥混凝土路面的高强度，又具有沥青路面的高柔性既具有无机材料的稳定性，又具有有机材料的粘结能力。第38页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PMCPMC）的应用）的应用 该路面结构具有弹性好、强度高、噪音低、透水性强、扬尘少、阻燃、耐油、耐酸碱等优点，施工时采用摊铺机一次成型，无需碾压，施工速度快,路面平整度好，行车的舒适性大大提高。路面还具有维修简单、快捷的优点。第39页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PMCPMC）的耐久性）的耐久性 经过改性的砂浆在10年时间中保持稳定的性能。其粘结强度在10年间不断增加，并表现出其最高的粘结强度，聚合物微区分布在砂浆中起到二次增强作用、其抗折强度抗压强度、以及疏水作用均有很好的性能表现。根据扫描电子显微镜的结果表明：在这10年时间内，聚合物的微观结构形态在砂浆中没有发生变化。第40页/共60页聚合物混凝土（聚合物混凝土（PMCPMC）的耐久性）的耐久性第41页/共60页聚合物砂浆的微结构聚合物砂浆的微结构第42页/共60页水下不分散混凝土（水下不分散混凝土（NDCNDC）众所周知，混凝土是由胶凝材料、水和骨料按比例配合而成的混合物，硬化后得到的人造石材。作为胶凝材料的水泥是水硬性材料，能与适量的拌合水发生水化作用，逐渐硬结产生强度。在有水的环境中浇筑混凝土时，会受到周围在有水的环境中浇筑混凝土时，会受到周围环境水的强烈影响。环境水的强烈影响。第43页/共60页水下不分散混凝土（水下不分散混凝土（NDCNDC）混凝土拌合物混凝土拌合物穿过厚水层时，骨料易和水泥分离，较快沉到水底，被水冲穿过厚水层时，骨料易和水泥分离，较快沉到水底，被水冲刷下来的水泥颗粒，部分被水带走，部分长期处于悬浮状态，当水泥再下沉时，刷下来的水泥颗粒，部分被水带走，部分长期处于悬浮状态，当水泥再下沉时，有时已呈凝固状态，失去胶结骨料的够力。有时已呈凝固状态，失去胶结骨料的够力。因此浇下去的混凝土拌合物分为一层因此浇下去的混凝土拌合物分为一层砂砾骨料，一层薄而强度很低的水泥絮凝体或水泥渣砂砾骨料，一层薄而强度很低的水泥絮凝体或水泥渣，不能满足工程要求。第44页/共60页水下不分散混凝土（水下不分散混凝土（NDCNDC）将具有某些性能的聚合物加入新拌混凝土中，它能与水泥顺粒表面及骨料表面发生它能与水泥顺粒表面及骨料表面发生某种作用，某种作用，如与水泥颗粒表面生成离子键或如与水泥颗粒表面生成离子键或共价键，起到压缩双电层、吸附水泥顺粒保共价键，起到压缩双电层、吸附水泥顺粒保护水泥的作用。同时，护水泥的作用。同时，水泥颗粒之间、水泥水泥颗粒之间、水泥与骨料之间，通过聚合物联系形成空间柔性与骨料之间，通过聚合物联系形成空间柔性网络，提高混凝土的粘聚力，限制新拌水泥网络，提高混凝土的粘聚力，限制新拌水泥混凝土的分散、离析及避免水泥的流失。混凝土的分散、离析及避免水泥的流失。第45页/共60页水下不分散混凝土（水下不分散混凝土（NDCNDC）所掺入的聚合物被称为抗分散剂(Underwater Segregation Controlling Admixture简称USCA。此外由于所加聚合物的减水塑化作用，使新拌混凝土具有极好的流动性，不需振捣可自流平。遇水时抗分离性强，具有缓凝性，几乎没有泌水现象。第46页/共60页水下不分散混凝土（水下不分散混凝土（NDCNDC）水下不分散聚合物改性混凝土具有优异的水下不分散、不离析性能，可自流平、自密实，施工简便。水泥用量为400kg/m时，水下成型试件具有较高的强度，90天抗压强度达到46 MPa，与空气中强度比大于84%;与普通水下混凝土相比，其抗压、抗拉、抗弯、其抗渗性、抗钢筋锈蚀、抗冲刷性能及粘接强度等均能满足工程要求。第47页/共60页水下不分散混凝土（水下不分散混凝土（NDCNDC）第48页/共60页水下不分散混凝土（水下不分散混凝土（NDCNDC）的应用）的应用第49页/共60页水下不分散混凝土（水下不分散混凝土（NDCNDC）的应用）的应用第50页/共60页水下不分散混凝土（水下不分散混凝土（NDCNDC）在三峡工程中的应用）在三峡工程中的应用第51页/共60页聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土(PIC)(PIC)聚合物浸渍混凝土(Polymer lmpregnated Concrete，PIC)是将硬化干燥后的混凝土，浸渍在可聚合的低分子单体或预聚体中，在单体或预浸渍在可聚合的低分子单体或预聚体中，在单体或预聚体渗入混凝土中的孔隙后引发聚合所得到的聚合物混凝土复合材料聚体渗入混凝土中的孔隙后引发聚合所得到的聚合物混凝土复合材料。由于PIC具有密实、高强、防腐耐磨等优点，在它于20世纪70年代问世 后便很快引起人们的广泛重视。第52页/共60页聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土(PIC)(PIC)浸渍用聚合物材料 一般，凡是能被混凝土基材吸收，并能在其中聚合成为固体的液体原料，都可用于浸渍混凝土。常用的可聚合物单体有甲基丙烯酸甲酯、丙烯酯甲酯、苯乙烯等，浸渍液可采用一种单体，也可采用几种单体或单体与聚合物的混合物，除了单体外，浸渍液中还含有引发剂、促进剂、交联剂、稀释剂等助剂。第53页/共60页聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土(PIC)(PIC)对浸渍用聚合物材料的一般要求是：有较低的黏度，浸渍时容易渗入基材内部。黏度容易渗入基材内部。黏度越底，渗入越容易，渗入深度越大越底，渗入越容易，渗入深度越大。在进行局部浸渍时，可选用黏度较高的聚合物。有较高的沸点和较低的蒸汽压力，以减少浸渍后和聚合过程中的损失。聚合后与基材的黏结力好，能与基材形成一个整体。聚合收缩率小，形成的聚合物应有较高的强度和较好的耐水、耐碱、耐老化等性能。聚合物的软化温度应超过材料的使用温度。第54页/共60页聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土(PIC)(PIC)的性能的性能n浸渍后混凝土的抗压强度提高了浸渍后混凝土的抗压强度提高了4 4倍，倍，n抗拉强度提高了抗拉强度提高了3 3倍倍n徐变减少了徐变减少了9/109/10，n耐磨性提高了耐磨性提高了2-32-3倍，倍，n透水性可以忽略不计透水性可以忽略不计 n抗冻性、耐介质性得到大大改善。抗冻性、耐介质性得到大大改善。第55页/共60页聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土(PIC)(PIC)混凝土的浸渍须在真空条件下进行才须在真空条件下进行才比较有效，所以比较有效，所以PICPIC生产工艺比较复杂，成本生产工艺比较复杂，成本很高，成为限制该品种很高，成为限制该品种聚合物浸渍混凝土应用的聚合物浸渍混凝土应用的主要障碍主要障碍。相比之下，表面浸渍工艺比较简单，表面浸渍工艺比较简单，成本低、能耗少，无剩余单体的回收问题成本低、能耗少，无剩余单体的回收问题;同同时，混凝土结构经表面浸渍后，其表面强度、时，混凝土结构经表面浸渍后，其表面强度、硬度、抗掺性、抗冻性、耐蚀性都有显著改硬度、抗掺性、抗冻性、耐蚀性都有显著改善，因此，具有较大的应用前景善，因此，具有较大的应用前景。第56页/共60页聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土(PIC)(PIC)聚合物浸渍混凝土具有良好的耐化学腐蚀及抗渗性，但是受制造工艺的限制，使这一应用难于实施。苏州混凝土水泥制品研究院研制成功的“负压常温聚合物浸渍工艺”，采用柔性负压浸渍腔代替浸渍容器或围堰装置常温聚合工艺，无剩余单体的问题，特别是克服了对竖立表面浸渍的困难。第57页/共60页聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土(PIC)(PIC)他们曾用此工艺处理了50cm50cm的钢筋混凝土贮器，处理后的贮器经80 15%H2SO4浸泡半年衬里仍完好无损。第58页/共60页聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土(PIC)(PIC)负压工艺还被用于解决混凝土构筑物的渗漏及裂纹修补，1983年对的地下室严重渗漏部位进行浸渍处理，该地下室使用至今仍不渗漏。用此法修补裂纹，不需拆除原有的结构，可显著降低成本。今后，负压工艺可负压工艺可望在制造耐酸池槽、地坪、管道、以及大型海水淡化设备，提高海洋构筑望在制造耐酸池槽、地坪、管道、以及大型海水淡化设备，提高海洋构筑物、桥面、路面耐久性等方面得到应用物、桥面、路面耐久性等方面得到应用。第59页/共60页感谢您的观看。第60页/共60页
