聚合物改性水泥砂浆的研究进展
聚合物改性水泥砂浆的研究进展
引言早在90年前聚合物改性砂浆和混凝土的概念就已被提出了，但直到20世纪70年代后此类材料才得到较快发展，正值欧美发达国家在20世纪四五十年代修建的混凝土结构进入修补加固的时期。从某种程度上说，聚合物在水泥基材料中的应用是伴随着混凝土结构的修补加固而发展起来的。随着近年来我国兴建的混凝土结构进入维修加固期，聚合物改性水泥砂浆在我国的研究应用也有了较快发展。聚合物的掺入可以提高水泥砂浆和混凝土的强度、粘结性能、抗渗透性、耐腐蚀性等，因此聚合物被广泛用于提高建筑材料的性能。用于修补混凝土结构表面缺陷的聚合物改性水泥砂浆（PMCM），可分为乳液类和胶粉类。对大量应用于PMCM中的聚合物的调查表明，通过乳液聚合的聚合物应用最为广泛并且能够被接受。用于聚合物改性水泥砂浆中的常用聚合物乳液主要有丁苯类乳液（SBR）、丙烯酸类乳液（PAE）、环氧类乳液（EE）、氯丁类乳液（CR）、苯丙乳液（SAE）、醋酸乙烯酯－乙烯共聚物乳液（V AE）、支化羟酸乙烯酯乳液（V A－VEOV A）、聚醋酸乙烯酯乳液（PV AC）等。一、新拌聚合物改性水泥砂浆的性能1、工作性聚合物的种类、掺量对新拌砂浆的工作性影响显著。有研究发现，不同种类聚合物乳液的减水率都能达到20％以上，减水效果
明显，其中SBR的减水效果更优。即使是同种聚合物，由于聚合物乳液的性质不同，对改性砂浆流动性的影响也不相同。通常，随着聚灰比（聚合物与水泥的质量比）的增加，乳液改性砂浆的流动性提高，工作性改善。聚合物乳液的掺入能提高新拌砂浆的工作性，这是因为乳液中的表面活性剂及稳定剂在改性砂浆中引入了较多气泡，砂浆中水泥颗粒的堆积状态得到改善，水泥颗粒的分散效果提高。乳液的憎水性和胶体特性使新拌改性砂浆具有良好的保水性，从而降低了对其进行长期湿养护的必要。通过在聚合物改性砂浆中掺入纤维素醚、改性无机矿粉可以进一步提高新拌砂浆的保水率。2、含气量已有研究表明，聚合物乳液改性砂浆的含气量高于空白普通水泥砂浆，这是因为掺入的聚合物乳液中的表面活性剂和稳定剂在新拌砂浆中引入了较多气泡。适当的引气有助于改善新拌水泥砂浆的流动性，提高其抗渗性和抗冻融性，但过量的气泡则会降低砂浆的强度。一般聚合物乳液改性砂浆的含气量为5%～20%，有些甚至高达30%。控制改性砂浆的含气量，常用的方法是在乳液中掺入适量的消泡剂。有研究表明，不掺消泡剂的聚丙烯酸酯乳液改性水泥砂浆的含气量为43.6%，而当掺入0.5%的消泡剂后含气量大幅降低至8.0%。考虑到消泡剂可能会影响水泥与增强材料之间的粘结，有些文献研究了其它降低含气量的方法，例如在拌合前采用恒温水浴法提高环氧乳液的温度可以降低改性
砂浆的含气量。3、凝结时间与工作时间通常掺入聚合物乳液后，水泥砂浆的凝结时间延长，乳液掺量的影响较为显著。对此不同学者的研究有较大出入。有些研究发现，聚合物改性砂浆的凝结时间比普通水泥砂浆延长且随着聚灰比的增
大而增加。但有的研究结果却刚好相反。聚合物改性砂浆的工作时间与凝结时间没有直接的关系，主要与施工时表面的干燥条件（温度、湿度、风速等）有关。如果改性砂浆表面干得太快，较早形成“硬皮”，就会影响最后的修整工作。一般来说，聚合物改性砂浆拌合完暴露于空气中后，需要有15～30min的工作时间进行表面刮平等修整工作。4、塑性开裂新拌砂浆在凝结硬化前（塑性阶段）由于表面水分快速蒸发容易产生塑性开裂，主要原因是砂浆内部的泌水速度与表面水分的蒸发速度之间存在差别。研究表明，聚合物的掺入限制了砂浆塑性收缩导致的表面和内部微裂缝的产生。有学者认为，聚合物减缓了水泥水化的放热速率，提高了砂浆的抗开裂性能，但收缩变形会增大。对此有学者发现，掺加适量的聚丙烯纤维可以有效抑制改性砂浆的塑性开裂。进一步的研究发现，纤维的种类和长度、聚丙烯纤维的几何形态、不同的搅拌方式、砂子的粒径对改性砂浆的早期失水都有一定的影响。考虑到乳液改性砂浆的收缩变形较大，在现场施工时应特别注意蒸发率超过0.5kg/(m2·h）的情况，施工完后最好对砂浆采取短期的保湿养护措施。
二、硬化聚合物改性水泥砂浆的性能1、粘结性能聚合物改性砂浆在各种基体上的粘结都比普通水泥砂浆好，原因是聚合物与被粘基体材料具有良好的胶接作用。不同种类的聚合物对改性砂浆的粘结性能影响较大。有学者研究发现，丙烯酸砂浆对老混凝土基体的长期粘结性能优于纯丙和氯丁砂浆。聚合物的掺量和水灰比对改性砂浆的粘结强度也有重要影响。试验表明，添加5%～20%的聚合物乳液可以将基准砂浆的粘结强度提高1～4倍。也有学者认为，低聚合物掺量（不超过3.5%）下，改性砂浆的粘结强度与聚合物的掺量成正比；而当聚合物掺量超过3.5%时，掺量增加1%会使粘结强度降低40%。在文献的研究中，研究了不同水灰比对聚合物改性砂浆粘结性能的影响状况，结果发现，90d龄期时，两种不同水灰比（0.35，0.4）的改性砂浆粘结强度均大于
4MPa，比水灰比0.3时的粘结强度提高不止1倍，且远高于空白水泥砂浆。而粘结养护制度也会影响改性砂浆的粘结性能，不同的聚合物改性砂浆有各自适合的粘结养护制度。2、抗压强度和抗折强度通常，聚合物的掺入会降低水泥砂浆的抗压强度，提高其抗折强度。水胶比相同时，聚合物改性砂浆的抗压强度要低于未改性的普通水泥砂浆。文献对比了掺入SBR乳液和PAE乳液后改性砂浆的强度，结果表明，两种改性砂浆的抗压强度较空白水泥砂浆均有所减小，但是聚灰比0.2时的抗压强度高于聚灰比0.1时的抗压强度。
聚合物砂浆的配合比（聚灰比、水灰比、灰砂比等）是影响砂浆强度的主要因素。文献研究表明，当聚灰比＜7.5%时，SBR的掺入会显著降低砂浆的抗压强度。文献对比了3种不同类型聚合物乳液对自流平砂浆强度的影响，研究发现，3种改性水泥砂浆的抗压强度随着聚合物掺量的增加均有所下降。对此有学者研究认为，纤维素醚的掺入减缓了聚合物对砂浆抗压强度的降低趋势。文献研究发现，水灰比对改性砂浆的抗压抗折强度略有影响。而当水泥砂浆的灰砂比不同时，聚合物乳液对抗压抗折强度的改性效果也不同。
掺入掺和料对改性砂浆的强度影响显著，不同学者的研究结果相差较大。有学者研究发现，掺入硅灰或矿渣后，改性水泥砂浆的强度提高，其中掺入10%硅灰的改性效果优于掺入40%的矿渣。有研究表明，掺入超细矿渣后，聚合物改性砂浆的28d抗压抗折强度比普通水泥砂浆高出15%～25%。在文献的研究中，研究了不同种类的矿物掺和料对聚合物改性砂浆性能的影响情况，结果表明，掺加粉煤灰能提高砂浆的抗折强度，掺加矿渣粉能提高砂浆的抗压粉煤灰的加入会减小改性砂浆的强度，同时粉煤灰的细度不同也会影响改性砂浆的强度。
掺入聚丙烯纤维可以提高改性砂浆的抗折强度，长纤维能大大提高水泥砂浆的抗折强度，而短纤维的提高效果则不明显。利用一些矿物废料如铁尾矿砂来代替石英砂配制改性水
泥砂浆或掺入高炉矿渣取得了不错的效果。掺入水玻璃、偏高岭土或煅烧膨润土也可以提高聚合物改性砂浆的抗压抗折强度，其中掺入偏高岭土的效果优于煅烧膨润土。通过改变减水剂与乳液的加料顺序、细集料的种类和粒径也会影响改性水泥砂浆的强度。
养护条件也对改性砂浆的强度有一定影响。有学者研究发现，蒸汽养护加热养护后的丁苯－环氧（无固化剂）改性砂浆的抗压抗折强度是未改性砂浆的3倍。文献研究表明，随着乳液掺量的增加，试件达到一定的强度所需湿养护的时间逐渐减少。但是有学者认为短期的湿养护对于聚合物改性砂浆仍然是必要的。一般来说，早期水中养护后期干燥养护是较为理想的养护条件。
有学者研究发现，经冻融循环后聚合物改性砂浆的抗压强度有所增加，其原因是冻融破坏了聚合物薄膜，被其包裹的水泥颗粒得到释放，继续参与水化从而使强度增加。另外不同冻融环境对聚合物砂浆强度的影响也不相同。有研究发现，空气冻融和水冻循环两种情况下，改性砂浆的抗压强度和抗折强度均会下降，其中“气冻”造成的影响更大。3、韧性聚合物改性砂浆韧性的表征指标有多种，例如压折比、抗冲击性、横向变形等，一般常用的表征指标是压折比，用于路面修补时常用抗冲击性来表征。有研究发现，当韧性较低时改性砂浆的压折比较明显，当韧性较高时其横向变形最明
显，而其抗冲击性在任何情况下都较明显。在相同流动度时，聚合物改性水泥砂浆的韧性优于普通水泥砂浆。有研究表明，当聚灰比在一定范围（＜10%）时，随着聚灰比的增大，改性砂浆的韧性提高。具有不同性能指标的同种聚合物乳液对砂浆韧性的改善效果也不同［。有研究发现，在改性砂浆中掺入30%～40%的粉煤灰可以显著降低改性砂浆的压折比，提高砂浆的韧性。进一步的研究表明，粉煤灰细度的增大可以减小改性砂浆的压折比，提高其韧性。也可以采用掺入纤维的办法来提高聚合物改性砂浆的韧性。有研究表明，与短聚丙烯纤维相比，长聚丙烯纤维对改性砂浆韧性的改善效果更明显。4、干缩聚合物改性砂浆的干缩主要受到聚合物种类和聚灰比的影响，随时间的延长而增大，通常砂浆的28d干缩随聚灰比的增大而减小。文献把不同掺量的丁苯乳液掺入水泥砂浆中，乳液掺量分别为3%，6%，9%和12%，研究表明，乳液掺量为6%时，改性砂浆的90d收缩变形降低幅度最大（9.4%）；28d龄期前，乳液掺量＞3%时，乳液的掺入会抑制改性砂浆的收缩变形，掺加12%的乳液时其收缩变形降幅超过20%。关于聚合物乳液砂浆减缩的机理，有研究认为，乳液的掺入减缓了砂浆早期水化放热的速率，减少了后期养护时砂浆内部水分的丢失，因而产生减缩效果。为了进一步减小收缩，通常采用的方法是掺纤维。有研究发现，掺加1.5%聚丙烯纤维的聚合物乳液改性砂浆的收缩较空
白普通水泥砂浆减少40.5%，较同掺量乳液的改性砂浆减少28.6%。另外，利用改性剂例如一些带有特殊基团的聚合物单体对聚合物乳液进行改性，也能达到减缩的效果。5、耐久性聚合物改性砂浆的耐久性一般包括抗渗透性、抗侵蚀性、抗冻性等。国外有学者认为绝大部分水泥基材料的耐久性均可归因为水泥基材料的渗透性和尺寸稳定性。通常经过聚合物改性后砂浆的耐久性会有显著提高。试验结果表明，在砂浆中掺入聚合物乳液后，孔隙孔径明显减小，大孔减少。大孔和连通孔被聚合物本身填充或聚合物成膜封闭，因此改性砂浆的吸水率降低，不透水性提高。聚合物的加入使砂浆形成更致密的微观结构，提高了氯离子的渗透阻力因而其具有优良的抗氯离子渗透性。试验表明，与空白水泥砂浆相比，聚灰比为20%的SAE乳液、V AE乳液、SBR乳液及PAE乳液改性砂浆的抗氯离子渗透性分别提高了69%，27%，75%和42%，其中SBR乳液的改善效果更为理想。有学者认为，一层10mm厚的高性能聚合物改性砂浆可以保护钢至少25
年不被海水腐蚀。进一步的试验研究表明，在水泥基修补材料中掺入高性能纤维可以有效地抑制氯离子的渗透和防止
钢筋锈蚀。通过改变水泥的品种可以使改性砂浆具有特殊的耐盐性能，例如聚合物乳液改性后的硫铝酸盐水泥修补砂浆具有优异的耐硫酸盐腐蚀性能。
有研究发现，掺加苯丙乳液的改性砂浆耐酸性比空白砂浆有
很大改善，且改善的程度与酸的种类和其浓度有关，但是总体的改善效果仍然较差。这可能因为水泥水化产物本身并不耐酸，所以改性砂浆并不耐酸。对此有学者认为在聚合物改性砂浆中掺入水玻璃可以提高其耐酸性能。
已有研究报道，聚合物改性砂浆的抗冻性优于普通水泥砂浆，这是因为掺加聚合物时的低水灰比和硬化砂浆中聚合物膜的存在及其合理的孔结构。有研究发现，掺入聚合物乳液后，水泥砂浆的抗冻性能得到一定的改善。有学者对比了冻融循环对空白水泥砂浆和聚合物改性砂浆的影响，研究结果表明，经过100次冻融循环后，改性砂浆的强度损失小于6%，质量损失小于2%，外观破损状况也较轻微。
三、聚合物改性机理1、聚合物对水泥水化的影响聚合物对水泥砂浆的改性作用，与聚合物对水泥水化的影响有关。有学者利用软Ｘ射线显微镜研究了V AE乳液对纯硅酸三钙
（C3A）早期水化的影响，结果表明，V AE共聚物在含有
C3A的碱性环境中发生水解释放出CH3C00-1，在溶液中与Ca2+反应生成了有机盐，改变了C-S-H中的Ca/Si比，减小了Ca(OH)2的含量，同时，CH3C00-1并入C-S-H凝胶层也增加了层间距。此外，V AE粒子吸附在C3A颗粒的表面作为水化成核质点阻碍了C3A的水解和水化晶体的生长，加速了颗粒的沉淀。有研究发现，SBR乳液虽然能加速石膏与铝酸钙的反应，提高钙矾石的生成，促进水泥水化，但其并非
选择吸附在水泥颗粒表面，而是按比例分散在整个系统之中。2、聚合物改性水泥砂浆的微观结构材料的宏观性能与其内部的微观结构紧密相关。聚合物改性水泥砂浆的微观结构涉及聚合物的形态结构、聚合物在水泥颗粒表面的吸附、聚合物的成膜过程、水泥水化产物、水泥基材的形貌等。有学者研究了水灰比为0.5时聚合物乳液和正在水化的水泥颗粒表面的相互作用，结果表明，阴离子胶乳从水泥孔隙溶液中吸附了大量的Ca2+ ，电子显微照片证实带电的聚合物乳液选择性地吸附在带相反电荷的水化水泥颗粒表面，在水泥水化和干燥的过程中通过颗粒凝聚形成连续的聚合物薄膜。有研究发现，在环氧乳液改性系统中，聚合物膜形成了一种三维结构，提高了改性砂浆的力学性能，而在ＶＡＥ乳液改性系统中，聚合物和水泥之间形成的化学键会提高二者间的相互作用和粘结力，使聚合物膜紧密地吸附在硬化水泥体的表面，增强了改性砂浆的力学性能。而对于改性水泥砂浆微观结构更致密韧性更高的原因，有研究认为，随着聚灰比的增加，聚合物和水泥水化产物形成的网状结构继续发展，孔径＜20mm的孔隙也开始增大，表明改性水泥砂浆的孔径变得更优异。
四、修补用聚合物乳液的选择在实际工程中，应根据具体的技术要求及性价比来选用合适的聚合物乳液改性水泥砂浆。下面从几个方面对各种聚合物砂浆进行性能比较。
(1)成本的控制在修补加固工程中是一个非常重要的环节，而聚合物乳液的成本又占修补材料的很大部分，引言中所提到的几种聚合物乳液，价格高低顺序一般为EE＞PAE ＞SAE ＞CR＞SBR＞V AVEOEA＞VAE＞PV AC。
(2)如果工程对抗渗性和粘结强度要求较高，但对颜色要求不高时，选用SBR较好。对以上3项都有较高要求，特别是保持颜色重要且外部使用白水泥的场合则选用PAE。对粘结强度要求较高，抗渗性和颜色保持要求一般时，可选用V AE。只对粘结强度有要求，对耐水性没有要求的场合，可选用PV AC，此类乳液最常用来修补桥梁面板、停车场面板及楼板。对潮湿环境或外部暴露而非暴露在紫外线下的场合，可选用苯乙烯丁二烯乳液（SB）；对暴露在紫外线下的场合，应当使用PAE。对耐腐蚀性有较高要求的化工场合，应选用GB50046-2008《工业建筑防腐设计规范》中所列入的氯丁乳液水泥砂浆、聚丙烯酸酯乳液水泥砂浆、环氧乳液水泥砂浆。（3）因为聚合物乳液改性后的砂浆性能较胶粉改性后的砂浆更稳定，所以相关规范中规定，对重要结构进行修补加固，应选用乳液类。乳胶粉的价格比相应乳液的成本高很多，相同聚灰比时性能也不如相应乳液改性砂浆，因此，乳胶粉仅仅用在对操作要求高而对材料成本要求不高的场合。五、结语聚合物改性水泥砂浆具有强度高、韧性高、粘结性能好、耐久性好等优点，目前已经广泛应用于工业与民用建筑、道
路桥梁、地下建筑、海港建筑等修补加固中。但其也存在一定不足，一是性价比问题，聚合物的成本是水泥的10倍甚至100倍以上，因此考虑到成本问题，应尽量使此类材料用量最小化；二是不耐老化、高温和火灾，因此在制备聚合物乳液时应增加聚合物高分子链的刚性及交联程度，同时避免乳液中出现不饱和键；三是部分聚合物有毒、有异味，因此在施工时应采取必要的防护措施，并且注意使用环境。对于今后此类修补材料的研究与应用，本文建议从以下几方面去深入研究：
（1）提高性价比：聚合物水泥砂浆价格是普通水泥砂浆的数倍，因此在降低成本的同时保证其性能将是一大难题。因此，有必要系统深入地研究优化材料组成中乳液、高效减水剂、纤维、超细矿粉掺和料、水玻璃、水溶性聚合物等材料组成与配比，进一步改善水泥砂浆的性能。并根据各种聚合物的性能特点和具体的工程应用要求来选择性价比更合理的修补材料。
（2）延长使用寿命：聚合物水泥砂浆常常用于混凝土表面的薄层修补，如何保证修补材料及结构的耐久性还应进行深入研究，特别是抗裂性、抗疲劳性能、耐老化性能等。特别是国内外聚合物砂浆抗冻性的研究较少，尤其是砂浆修补混凝土结构后的抗冻性的研究报道较少，所以该研究很有必要。
（3）特种聚合物改性砂浆的研究开发：除用于修补外，聚合物改性砂浆也可用于混凝土表面的耐久性防护，根据不同的环境条件和耐久性损伤类型研究开发具有不同性能（如抗碳化、抗渗透、抗氯盐、抗硫酸盐等）的特种聚合物改性砂浆是未来研究的热点。
（4）聚合物改性砂浆的水化成膜机理：除聚合物的种类外，聚合物改性水泥砂浆的性能还受到聚合物成膜的形状、厚度、空间交联形态及其与水泥水化产物的相互作用等的影响，这方面的研究还不深入。
聚合物表面改性方法
聚合物表面改性方法 摘要：本文综述了聚合物表面改性的多种方法，主要包括有溶液处理法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理法和新兴的原子力显微探针震荡法，并结合具体聚合物材料有重点的详细介绍了改性方法及其改性机理。 关键词：聚合物；表面改性；应用 聚合物在日常生活及化工领域都有非常广泛的应用，但是由于这些聚合物表面的亲水性和耐磨损性较差，限制了聚合物材料的进一步应用。为了改善这些表面性质，需要对聚合物的表面进行改性。聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下，在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作，赋予材料表面某些全新的性质，如亲水性、抗刮伤性等。 聚合物的表面改性方法很多，本文综述了溶液处理方法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理方法和新兴的原子力显微探针震荡法。下面将结合具体聚合物材料详细介绍各种改性方法。 1溶液处理方法 1.1含氟聚合物 PTFE或Teflon具有优良的耐热性、化学稳定性、电性能以及抗水气的穿透性，所以在化学和电子工业上广泛地应用，但由于难粘结，所以应用上受到局限。为了提高粘结性能，需对表面进行改性，化学改性的方法通常用钠萘四氢呋哺液溶处理它。此处理液的配制是由1mol 的金属钠(23g)一次加到1mol萘(128g)的四氢呋喃(1L工业纯)中去，在装有搅拌及干燥管的三口瓶中反应2h，直至溶液完全变为暗棕色即成[1]。 将氟聚合物在处理液中浸泡几分钟，取出用丙酮洗涤，除去过量的有机物。然后用蒸馏水洗。除去表面上微量的金属。氟聚合物在处理液中浸泡时，要求体系要密封，否则空气中氧和水能与处理液中络合物反应而大大降低处理液的使用寿命。正常情况处理液贮存有效期为2个月。处理后的Teflon与环氧粘结剂粘结，拉剪强度可达1100~2000PSi。处理过的表面为黑色，处理层厚低于4×10-5mm 时，电子衍射实验表明处理过的材料本体结构没有变化，材料的体电阻、面电阻和介电损耗也没有变化，此方法有三个缺点：一、处理件表面发黑，影响有色导线的着色；二、处理件面电阻在高湿条件下略有下降，三、处理过的黑色表面在阳光下长时间照射，粘结性能降低，因此目前都采用低温等离子体技术来处理。 1.2聚烷烯烃 聚乙烯和聚丙烯是这类材料中的大品种，它们表面能低。如聚乙烯表面能只有31×10-7J/cm2。为了提高它们表面活性，有利于粘接，通常需对它们的表面进行改性，其中化学改性方法有用铬酸氧化液处理，此处理液的配方[2]重铬酸钠(或钾)5份，蒸馏水8份，浓硫酸100份，将聚乙烯或聚丙烯室温条件下在处理液中浸泡1~1.5h，66~71℃条件下浸泡1~5min，80~85℃处理几秒钟，此外还有过硫酸铵的氧化处理液[3]。其配方为硫酸铵60~120g，硫酸银(促进剂)0.6g，蒸馏水1000ml，将聚乙烯室温条件下处理20min，70℃处理5min，当用来处理聚丙烯时，处理温度和时间都需增加一些，70℃lh，90℃10min，其中促进剂硫酸银效果不明显，可以去掉，但此处理液有效期短，通常只有lh。这两种处理方法，效果都不错。 1.3聚醚型聚氨酯 Wrobleski D. A.等[4]对聚醚型聚氨酯Tecoflex以化学浸渍和接枝聚合进行表面改性。且用Wilhelmy平衡技术测定接触角，结果表明，经聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和PEG化学浸渍修饰表面，以及用VPHEMA对2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸及其钠盐(AMPS和NaAMPS)光引发表面接枝。其表面能增大，表面更加亲水。化学浸溃使前进和后退接触角降低20和30~40
聚合物水泥防水砂浆试验
聚合物水泥防水砂浆试验作业指导书 SDZH/QMD1-58 1 适用范围 本作业指导书适用于聚合物水泥防水砂浆凝结时间、抗渗压力、抗压强度、抗折强度、粘结强度、耐热性、抗冻性试验。 2 依据 《聚合物水泥防水砂浆》JC/T 984-2011 《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》GB/T 1346-2001 《水泥胶砂强度检验方法》GB/T 17671（其最新版本适用于本文件） 《无机防水堵漏材料》GB 23440-2009 《混凝土界面处理剂》JC/T 907-2002 《普通混凝土长期性能与耐久性能试验方法》GB/T 50082-2009 《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007 《聚合物改性水泥砂浆试验规程》DL/T 5126-2001 《行星式水泥胶砂搅拌机》JC/T 681-1997 3 主要仪器设备 1）水泥稠度及凝结时间测定仪 2）电动抗折试验机 3）压力试验机（300kN） 4）砂浆抗渗仪 5）电子拉力试验机（2000N） 6）电子天平（0.1g） 7）冻融箱：温度控制范围不应小于（-15~20）℃ 8）沸煮箱 4 标准试验条件 4.1试验室试验及干养护条件：温度（23±2）℃，相对湿度（50±10）%。 4.2养护室（箱）养护条件：温度（20±3）℃，相对湿度≥90%。 4.3养护水池：温度（20±2）℃。
4.4试验前样品及所有器具应在4.1条件下放置至少24h。 5 取样 5.1 组批 对同一类别产品，每50t为一批，不足50t也按一批计。 5.2 取样 在每批产品或生产线中不少于六个（组）取样点随机抽取。样品总质量不少于20kg。样品分为两份，一份试验，一份备用。试验前应将所取样品充分混合均匀，先进行外观检验，外观检验合格（液料经搅拌后均匀无沉淀；粉料为均匀、无结块的粉末。）后再按物理力学性能试验。 6 试验步骤 6.1配料 按生产厂推荐的配合比进行试验。 采用行星式水泥胶砂搅拌机低速搅拌或采用人工搅拌。 S类（单组分）试样：先将水倒入搅拌机内，然后将粉料徐徐加入到水中进行搅拌； D类（双组分）试样：先将粉料混合均匀，再加入已倒入液料的搅拌机中搅拌均匀。如需要加水的，应先将乳液与水搅拌均匀。搅拌时间和熟化时间按生产厂规定进行。若生产厂未提供上述规定，则搅拌3min、静止（1~3）min。 制备的砂浆分二次装入试模用插捣棒从边上向中间插倒25次，最后保持砂浆高出试模5mm，将高出的砂浆压实，刮平。试件成型后立即放入养护室养护，24h（从加水开始计 算时间）脱模。如经24h养护，会因脱模对强度造成损害的，可以延迟24h脱模。 7d龄期砂浆试件的养护：脱模后试件立即在温度为（20±2）℃的不流动水中养护继 续养护至3d龄期，再放入试验室干养护至7d龄期。 28d龄期砂浆试件的养护：脱模后试件立即在温度为（20±2）℃的不流动水中养护继续养护至7d龄期，再放入试验室干养护至28d龄期。 6.2 凝结时间 按6.1配料，按GB/T 1346-2001进行，采用受检的聚合物水泥防水砂浆材料取代该标准中试验用的水泥。 测定前准备工作：调整凝结时间测定仪的试针接触玻璃板时，指针对准零点。 初凝时间的测定：试件在标准养护箱内养护至起始时间之后30min时进行第一次测定。测定时，从标准养护箱中取出试模放到试针下，降低试针与水泥净浆表面接触。拧紧螺丝
聚合物改性水泥砂浆的研究进展
聚合物改性水泥砂浆的研究进展 引言早在90 年前聚合物改性砂浆和混凝土的概念就已 被提出了，但直到20 世纪70 年代后此类材料才得到较快发展，正值欧美发达国家在20 世纪四五十年代修建的混凝土 结构进入修补加固的时期。从某种程度上说，聚合物在水泥 基材料中的应用是伴随着混凝土结构的修补加固而发展起来的。随着近年来我国兴建的混凝土结构进入维修加固期，聚 合物改性水泥砂浆在我国的研究应用也有了较快发展。聚合 物的掺入可以提高水泥砂浆和混凝土的强度、粘结性能、抗 渗透性、耐腐蚀性等，因此聚合物被广泛用于提高建筑材料 的性能。用于修补混凝土结构表面缺陷的聚合物改性水泥砂 浆（PMCM ），可分为乳液类和胶粉类。对大量应用于PMCM 中的聚合物的调查表明，通过乳液聚合的聚合物应用最为广 泛并且能够被接受。用于聚合物改性水泥砂浆中的常用聚合 物乳液主要有丁苯类乳液（SBR）、丙烯酸类乳液（PAE）、环氧类乳液（EE）、氯丁类乳液（CR）、苯丙乳液（SAE）、醋酸乙烯酯－乙烯共聚物乳液（VAE ）、支化羟酸乙烯酯乳液（VA－VEOV A ）、聚醋酸乙烯酯乳液（PVAC ）等。一、新拌聚合物改性水泥砂浆的性能1、工作性聚合物 的种类、掺量对新拌砂浆的工作性影响显著。有研究发现，
不同种类聚合物乳液的减水率都能达到20％以上，减水效果明显，其中SBR 的减水效果更优。即使是同种聚合物，由于聚合物乳液的性质不同，对改性砂浆流动性的影响也不相同。通常，随着聚灰比（聚合物与水泥的质量比）的增加， 乳液改性砂浆的流动性提高，工作性改善。聚合物乳液的掺 入能提高新拌砂浆的工作性，这是因为乳液中的表面活性剂 及稳定剂在改性砂浆中引入了较多气泡，砂浆中水泥颗粒的 堆积状态得到改善，水泥颗粒的分散效果提高。乳液的憎水 性和胶体特性使新拌改性砂浆具有良好的保水性，从而降低 了对其进行长期湿养护的必要。通过在聚合物改性砂浆中掺 入纤维素醚、改性无机矿粉可以进一步提高新拌砂浆的保水率。2、含气量已有研究表明，聚合物乳液改性砂浆的含气 量高于空白普通水泥砂浆，这是因为掺入的聚合物乳液中的 表面活性剂和稳定剂在新拌砂浆中引入了较多气泡。适当的 引气有助于改善新拌水泥砂浆的流动性，提高其抗渗性和抗 冻融性，但过量的气泡则会降低砂浆的强度。一般聚合物乳 液改性砂浆的含气量为5%～20%，有些甚至高达30%。控制改性砂浆的含气量，常用的方法是在乳液中掺入适量的消泡剂。有研究表明，不掺消泡剂的聚丙烯酸酯乳液改性水泥砂浆的含气量为43.6%，而当掺入0.5%的消泡剂后含气量大幅降低至8.0%。考虑到消泡剂可能会影响水泥与增强材料之间的粘结，有些文献研究了其它降低含气量的方法，例如在拌
聚合物改性砂浆粘结强度及测试方法的研究
聚合物改性砂浆粘结强度及测试方法的研究 吴敬龙，李家和，王政 （哈尔滨工业大学材料学院，哈尔滨15006） 【摘要】粘结强度是建筑砂浆一项主要的性能指标，但我国目前还没有测试砂浆粘结强度试验方法及试件类型的通用标准方法。本文对几种测试砂浆粘结强度的方法进行了比较，并对“8”字模方法进行了改进，利用改进后的“8”字模法对水泥砂浆和聚合物改性砂浆与几种墙体和保温材料的粘结强度进行了测定及分析。 【关键词】聚合物改性砂浆?粘结强度?测试方法 【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】 RESEARCH ON BONDING STRENGTH AND THE TESTING METHOD OF POLYMER MODIFIED MORTAR (WU Jing-long,LI Jia-he,W ANG Zheng) (School of Material Science Engineering,Harbin Institue of Technology,Harbin150006,China) Abstract:The bonding strength is the very important performance of building mortar,but our country still haven`t current testing method and sample style of the bonding strength.In this paper,we compare several testing method of mortar,and improve the method of“8”.Then use the improved method of“8”,we test and analyse the bonding strength of between the polymer modified mortar and several the walling and heat preservation material. Key words:polymer modified mortar?bonding strength?testing method 0引言 对于砂浆粘结强度的测试方法，我国目前还没有测试砂浆粘结强度试验方法及试件类型的国家标准，国际上也无通用的试验方法和试件形式[1]同时，随着国家对绿色建材的的重视，墙体改造的大力推广，目前市场上已经出现了很多种新型墙体材料来取代以前应用最为广泛的粘土红砖，应用较多的有各种砌块和板材。然而在推广使用新型墙体材料的过程中，普遍存在严重的墙体开裂和渗漏问题，严重影响了工程质量和正常使用，也严重制约了新型墙体材料的推广应用。这主要是由于墙体材料与传统水泥砂浆粘结强度不高造成的。聚合物改性砂浆具有与墙体材料粘结强度大、韧性高等特点。使其在新型材料应用中，受到研究者和施工单位的广泛关注。 本文针对以上现状，查阅大量国内外文献资料，并根据自己的试验，研究了一种聚合物改性砂浆与普通砂浆粘结强度，同时比较了几种不同粘结强度测试方法，提出一种较为合理的粘结强度测试方法。在此基础上，讨论该聚合物砂浆对苯板、砌块、轻质保温墙板、粉煤灰砖等几种墙体材料的粘结强度。 1原材料及测试方法 1.1原材料及聚合物砂浆配比 水泥：本文中水泥采用哈尔滨水泥厂生产的P?O42.5水泥。 砂：本文中所采用的砂为松花江的中砂，模数为2.6。 聚合物：本文中采用的聚合物是可再分散胶粉。 消泡剂：本文采用磷酸三丁酯。 聚合物砂浆配比：试验中固定灰砂比为1:3，调节用水量使水泥砂浆和聚合物砂浆的稠度在65mm～75mm之间，在聚合物砂浆中掺加了为水泥用量的0.5％可再分散胶粉和水泥用量0.2％的消泡剂。 1.2粘结强度测试方法 现存的粘结强度测试方法主要有以下几种： (1)“8”字模法(A)这种方法是文献中应用最多的一种方法[2]。“8”字模的中间截面的面积为2cm×2cm。示意图见图1 所示。 图1“8”字模法模具 测试时首先将普通砂浆用八字模成型，插捣抹
聚合物改性混凝土研究进展
聚合物改性混凝土研究进展 摘要：介绍了聚合物改性混凝土的种类、改性机理和研究现状，并对其应用前景作了展望。和普通混凝土相比，聚合物改性混凝土有良好的性能：高的抗折、抗拉强度、好的柔韧性，高的密实度和抗渗性等，当前聚合物改性混凝土主要有 3 种, 即: 聚合物浸渍混凝土, 聚合物混凝土, 聚合物改性混凝土。聚合物改性混凝土学科的发展前景广阔。 关键词：聚合物改性混凝土；种类；改性机理；研究现状；前景 0 引言 聚合物改性混凝土是指一类聚合物与混凝土复合的材料，是用有机高分子材料来代替或改善水泥胶凝材料所得到的高强、高质混凝土。聚合物改性混凝土的发展已有多年历史，并得到了越来越广泛的应用。目前，聚合物改性混凝土的性能已经得到广泛认可。普通混凝土虽然抗压强度高，但也存在着较多缺点，比如抗拉和抗折强度较低，干燥收缩大，脆性大。在水泥混凝土中加入少量有机高分子聚合物，可以使混凝土获得高密实度，改变混凝土的脆性，拓宽了混凝土的使用领域，能带来较大的社会效益及经济效益[1]。 1 聚合物改性混凝土的分类 聚合物改性混凝土按照制备方式，可分为聚合物浸渍水泥混凝土（PIC），聚合物胶结混凝土（PC）和聚合物水泥混凝土（PCC）三种。 1.1 聚合物浸渍混凝土 聚合物浸渍混凝土（PIC）是将已经水化的混凝土用聚合物单体浸渍, 随后单体在混凝土内部进行聚合生成的复合材料。聚合物浸渍混凝土有良好的力学性能、耐久性及侵蚀能力。用于浸渍混凝土的聚合物单体主要有丙烯酸或甲基丙烯酸酯、苯乙烯、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯腈等。这种混凝土适用于要求高强度、高耐久性的特殊构件，特别适用于输运液体的有筋管、无筋管、坑道等。聚合物浸渍混凝土因其实际操作和催化复杂，目前多用于重要工程。国外已用于耐高压的容器，如原子反应堆、液化天然气贮罐等。 1.2 聚合物胶结混凝土 聚合物胶结混凝土（PC）是以聚合物为唯一胶结材料的混凝土，又称之为树脂混凝土。大部分情况下是把聚合物单体与骨料拌和，把骨料结合在一起，形成整体。聚合物混凝土所用的聚合物主要有环氧树脂、甲基丙烯酸酯树脂、不饱和聚酯树脂、呋喃树脂、沥青等，混凝土的胶结完全靠聚合物，聚合物的用量约占混凝土重量的8%左右，这种混凝土具有高强、耐腐蚀等优点，但目前成本较高，工艺复杂, 经济适用性和工程实用性均很差[2]，只能用于特殊工程（如耐腐蚀工程）。 1.3 聚合物水泥混凝土 聚合物水泥混凝土（PCC）是将水泥和骨料混合后，与分散在水中或者可以在水中分散的有机聚合物材料结合所生成的复合材料。制备的方式主要有两种：一是先将聚合物用水分散后，以乳液或聚合物水溶液的形式加入，聚合物胶乳在混凝土水化过程中影响混凝土水化过程及混凝土的结构，从而对水泥砂浆或混凝土的性能起到改善作用。另一种是先将聚合物与水泥或其他分散介质进行预分散，以干拌砂浆的形式使用。混合料与水拌和时，聚合物遇水变为乳液，在混凝土凝结硬化过程中，乳液脱水，形成聚合物固体结构[3]。此外，聚合物还可以纤维或者纤维增强塑料的形式，或者起外加剂的作用在混凝土中获得了应用。聚合物水泥混凝土由于操作简单，改性效果明显，成本较低（相当其他两种聚合物混凝土成本的1/10），因而在实际应用中得到了广泛的应用。 2 聚合物对水泥混凝土的改性机理 国内外用于水泥混凝土改性的聚合物品种繁多，但基本上是三种类型：即乳液（乳胶、分散体）、液体树脂和水溶性聚合物。其中乳胶是使用最广的，主要分为三类： 1)橡胶乳液类。主要有天然乳胶(NR)、丁苯乳胶(SBR)和氯丁乳胶(CR) 甲基丙烯酸甲脂
聚合物表面改性方法综述
聚合物表面改性方法综述 连建伟 （中国林业科学研究院林产化学工业研究所） 摘要：本文综述了聚合物表面改性的多种方法，主要包括有溶液处理法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理法和新兴的原子力显微探针震荡法，并结合具体聚合物材料有重点的详细介绍了改性方法及其改性机理。 关键词：聚合物；表面改性；应用 聚合物在日常生活及化工领域都有非常广泛的应用，但是由于这些聚合物表面的亲水性和耐磨损性较差，限制了聚合物材料的进一步应用。为了改善这些表面性质，需要对聚合物的表面进行改性。聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下，在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作，赋予材料表面某些全新的性质，如亲水性、抗刮伤性等。 聚合物的表面改性方法很多，本文综述了溶液处理方法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理方法和新兴的原子力显微探针震荡法。下面将结合具体聚合物材料详细介绍各种改性方法。 1溶液处理方法 1.1含氟聚合物 PTFE或Teflon具有优良的耐热性、化学稳定性、电性能以及抗水气的穿透性，所以在化学和电子工业上广泛地应用，但由于难粘结，所以应用上受到局限。为了提高粘结性能，需对表面进行改性，化学改性的方法通常用钠萘四氢呋哺液溶处理它。此处理液的配制是由 1mol的金属钠(23g)一次加到1mol萘(128g)的四氢呋喃(1L工业纯)中去，在装有搅拌及干燥管的三口瓶中反应2h，直至溶液完全变为暗棕色即成[1]。 将氟聚合物在处理液中浸泡几分钟，取出用丙酮洗涤，除去过量的有机物。然后用蒸馏水洗。除去表面上微量的金属。氟聚合物在处理液中浸泡时，要求体系要密封，否则空气中氧和水能与处理液中络合物反应而大大降低处理液的使用寿命。正常情况处理液贮存有效期为2个月。处理后的Teflon与环氧粘结剂粘结，拉剪强度可达1100~2000PSi。处理过的表面为黑色，处理层厚低于4×10-5mm 时，电子衍射实验表明处理过的材料本体结构没有变化，材料的体电阻、面电阻和介电损耗也没有变化，此方法有三个缺点：一、处理件表面发黑，影响有色导线的着色；二、处理件面电阻在高湿条件下略有下降，三、处理过的黑色表面在阳光下长时间照射，粘结性能降低，因此目前都采用低温等离子体技术来处理。 1.2聚烷烯烃 聚乙烯和聚丙烯是这类材料中的大品种，它们表面能低。如聚乙烯表面能只有 31×10-7J/cm2。为了提高它们表面活性，有利于粘接，通常需对它们的表面进行改性，其中化学改性方法有用铬酸氧化液处理，此处理液的配方[2]重铬酸钠(或钾)5份，蒸馏水8份，浓
聚合物改性沥青生产工艺
聚合物改性沥青生产工艺 摘要：聚合物改性沥青生产设备是我公司根据聚合物改性沥青性能结合实际制作安装经验研发的新型聚合物改性沥青生产设备：该聚合物改性沥青生产设备采用先进的研磨剪切机，一次过磨即可将改性剂剪切至1um左右的细度，粉碎效率高；设备自动精确配比，自动化程度高；可生产多种改性沥青。 聚合物改性浙青是以基质沥青为原料，加入一定比例的SBS改性剂，通过搅拌、剪切、研磨等方法使SBS均匀地分散于沥青中，形成SBS与基质沥青的共混材料，利用SBS良好的物理性能对沥青做改性处理；它通过把聚合物掺入到基质沥青中而改善其使用性能。改性沥青能显著延长路面寿命、提高路面的抗疲劳能力；有较好的抗车辙能力；有很好的耐高温、抗低温能力；能明显改善路面遇水后的抗拉能力；粘结能力强，提高了路面的抗滑能力；增强了路面的承载能力等。 聚合物改性沥青的生产是一个较为复杂的过程，生产过程中涉及到基质沥青、改性剂SBS、相容剂、稳定剂、生产设备及工艺等诸多因素，存在着发育时间长、生产成本高、产品质量不稳定等诸多问题。其产品质量除了受生产配方、基质沥青原料影响外，生产工艺与工艺条件对产品质量也有着极为重要的影响。 一、聚合物改性沥青相溶性机理 聚合物改性沥青是由高分子聚合物改性剂作为分散相，用物理共混和化学交联的方法以一定的粒径均匀地分散到粒径连续相重新构成的体系。物理共混过程是指通过搅拌、剪切等物理方法将SBS改性剂均匀分散于沥青中，SBS与沥青没有明显的化学反应，只是物理意义上的共存共融。SBS与沥青的物理共混过程可以，将SBS投入沥青中，由于强剪切场的剪切作用，SBS被打碎成小块，并由于对流作用，SBS小块被均匀地分散到沥青中；若SBS小块没有在沥青中进行充分扩散，那么从微观来看，SBS和沥青仍没有充分混合，仍是两种物质的微粒各自聚集在一起，这相当于A~c阶段；沥青中的软组分继续向SBS扩散，SBS被逐渐溶胀，边缘模糊起来，随扩散过程的进行，直到两种物质达到暂时性的稳定混合。 化学交联过程是指通过加人稳定剂方式，使SBS与沥青之间发生交联、接枝等化学反应，形成网络化整体结构。因此，经过物理共混过程和化学交联过程的SBS改性沥青能从根本上解决热储存稳定性问题，大幅度提高SBS改性沥青的性能。 若聚合物之间存在部分的吸附，极易发生两相之间的离析。相溶性好是指作为分散相的聚合物以一定的径粒，均匀分布在沥青相中，改性效果显著。所以，SBS改性沥青的生产问题就是沥青与SBS的相溶性问题。如果两者的相融性不好，则沥青会发生离析，使改性沥青的技术指标受到很大的影响。 二、生产聚合物改性沥青的原料 生产聚合物改性沥青的原料包括基质沥青、SBS改性剂和稳定剂等。 1、基质沥青的选择 聚合物改性沥青是在基质沥青中掺加少量的热塑性橡胶，通过一定的工艺加工而成，改性沥青的性质与基质沥青密切相关。因此要生产符合规范要求的改性沥青，选择基质沥青是关键。 （1）基质沥青与改性剂SBS的相配性 石油沥青的组成和性质差异，归根到底是由原油的组成和性质差异。研究表明，沥青是复杂的混合物，在环境温度时呈现弹性型。优质沥青由于其含有适宜的饱和烃、芳香烃、胶质、沥青质组成比例，掺入改性剂时由于足够的软相沥青质、芳香族溶解，形成沥青/体系均匀结构的混合物。但是沥青的三大指标并不能完全反映沥青功能的组分性质。因此我们在生产
聚合物共混改性-作业题答案
1. 聚合物共混改性的主要目的有哪些？ 物性（谋求新的功能提高性能）：功能化、高性能化、耐久性 成型加工性：流动性、收缩性、离型性、尺寸稳定性、结晶性、结晶速度、热熔融强度等 经济性：增量、代用、省资源、循环利用等 2. 聚合物共混改性的主要方法有哪些？ 物理共混：是指两种或两种以上聚合物材料、无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混，最终形成一种宏观上均匀的新材料的过程。 化学共混：聚合物的化学共混改性是通过聚合物的化学反应，改变大分子链上的原子或原子团的种类及其结合方式的一类共混改性方法。 物理/化学共混：是在物理共混的过程中发生某些化学反应 3. 简述混合的基本方式及其特点。 基本方式：分配混合（分布混合、层流混合）、分散混合 特点：在混合中仅增加粒子在混合物中分布均匀性而不减小粒子初始尺寸的过程，称为分配混合。 分布混合：只改变分散相的空间分布状况，增加分散相分布的随机性。分散相物料主要通过对流作用来实现；层流混合：是分布混合的一种特定形式，其理论基于一种假设，即在层流混合的过程中，层与层之间不发生扩散。分散混合：在混合过程中发生粒子尺寸减小到极限值，同时增加相界面和提高混合物组分均匀性的混合过程。 4. 试述聚合物共混物的形态及特点。 海-岛结构：是一种两相体系，一相为连续相，另一相为分散相，分散相分散在连续相中，亦即单相连续体系。 海-海结构：也是一种二相体系，但两相皆为连续相，相互贯穿，亦即两相连续体系。 两相互锁或交错结构：也是一种二相体系，这种结构中没有一相形成贯穿整个试样的连续相，而且两相相互交错形成层状排列，难以区分连续相和分散相。 梯度结构：为二相体系，特殊的共连续体系（两相连续体系）其组成在空间上互为增减。 阶跃结构：为二相体系，特殊的共连续体系（两相连续体系），在极小过渡区域内，其组成在空间上互为增减。 单相连续体系：海-岛结构、两相互锁或交错结构 共连续体系：海-海结构、梯度结构、阶跃结构 5. 影响熔融共混的主要因素有哪些？ （1）聚合物两相体系的熔体黏度（比值）及熔体弹性。（2）聚合物两相体系的界面张力。（3）聚合物两相体系的组分含量以及物料的初始状态。（4）流动场形式和强度。（5）共混时间。 1. 试述聚合物共混的概念。 聚合物共混是指将两种或两种以上聚合物材料、无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混，最终形成一种宏观上均匀，而且力学、热学、光学、电学及其他性能得到改善的新材料的过程，这种混合过程称为聚合物的共混改性，所得到的新的共混产物称为聚合物共混物，简称共混物。 2. 共混物的形态学要素有哪些？ 分散相和连续相、分散相的分散状况、两相体系的形貌、相界面 3. 简述分散相颗粒分散过程的两种主要机理。 液滴分裂机理：分散相的大粒子，分裂成两个较小的粒子，然后，较小的粒子在进一步分裂，这一过程不断重复，直至平衡。细流线破裂机理：分散相的大粒子，在拉伸应力下变形为细流线，细流线再在瞬间破裂成细小的粒子。 4. 依据“液滴模型”，讨论影响分散相变形的因素。 Weber数：We很小时，σ占据主导作用，形成稳定的液滴。“液滴模型”认为，对于特定的体系和在一定条件下，We可以有特定的Wecrit，当We < Wecrit，液滴稳定；We＞Wecrit，液滴会变得不稳定，进而破裂。 γ γ ：↑→We ↑→D ↑。
第七章 聚合物的表面改性技术介绍
第七章聚合物的表面改性 聚合物表面改性原因：①聚合物表面能低②聚合物表面具有化学惰性难以润湿和粘合③聚合物表面污染及存在弱边界层聚合物表面改性的目的：①改变表面化学组成，引进带有反应性的功能团②清除杂质或弱边界层③改变界面的物理形态④提高表面能，改进聚合物表面的润湿性和黏结性⑤设计界面过渡层 第七章聚合物的表面改性 聚合物的表面改性的方法：电晕、火焰、化学改性、等离子改性、辐照、光化学改性等。这些方法一般只引起10-8～10-4m 厚表面层的物理或化学变化，不影响其整体性质。 7-1 电晕放电处理 电晕放电是聚烯烃薄膜中最常用的表面处理方法。因为聚烯烃，聚丙烯等烯烃是非极性是非极性材料，有高度结晶性，其表面的印刷、粘接、涂层非常困难。电晕放电处理装置如图 7-1 电晕放电处理 原理：塑料薄膜在电极和感应辊之间通过。当施加高压电时，局部发光放电，产生电子、正离子、负离子等高能离子。电子的冲突电离作用使电子、离子增殖，产生的正离子、光子又发生二次电离而持续放电，结果在阳极和阴极之间产生电晕。这些高能粒子与聚合物表面作用，使聚合物表面产生自由基和离子，在空气中氧的作用下，聚合物表面可形成各种极性基团，因而改善了聚合物的黏结性和润湿性。 7-1 电晕放电处理 7-1 电晕放电处理 以上两图表明： 1.电晕处理后低密度聚乙烯（LDPE）表面张力的变化：开始表面张力随电晕处理的电流增大而显著提高，当电流超过100 mA 后，表面张力增加速度趋缓2.电晕处理后低密度聚乙烯（LDPE）剥夺力的影响（变化同上） 7-2 火焰处理和热处理 一、火焰处理：1.定义：用可燃性气体的热氧化焰对聚合物表面进行瞬时高温燃烧，使其表面发生氧化反应而达到处理的目的。 2.常用可燃气体：采用焦炉煤气或甲烷、丙烷、丁烷、天然气和一定比例的空气或氧气。即焦炉煤气甲烷、丙烷、丁烷、天然气 7-2 火焰处理和热处理 3.常用火焰处理来提高其表面性能的物质（粘接性）聚乙烯、聚丙烯的薄膜、薄片吹塑的瓶、罐、桶等 4.例如：用聚丙烯制作汽车保险杠，用火焰处理来提高其表面的可漆性。 5.原理：火焰燃烧的温度可达1000-2700oC，处理的时间极短（0.01～0.1s内）（以避免工件受高温影响而发生变形、软化甚至熔化） 7-2 火焰处理和热处理 火焰中含有许多激活的自由基、离子、电子和中子，如激发态的O﹑NO﹑OH和NH，可夺取聚合物表面的氢，随后按自由基机理进行表面氧化反应，使聚合物表面生成羰基、羧基、羟基等含氧活性基团和不饱和双键，从而提高聚合物的表面活性。二、热处理1.定义：7-2 火焰处理和热处理 把聚合物暴露在热空气中进行氧化反应，使其表面引进羰基、羧基以及某些胺基和过氧化物，从而获得可润湿性和黏结性。2.热处理的温度只有几百（<500oC）摄氏度，远低于火焰处理的温度，因而处理时间较长。 7-3 化学处理 指用化学试剂浸洗聚合物使其表面发生化学和物理变化的方法。优点：工艺简单，设备投资小，因而应用广泛。一、含氟聚合物1.如聚四氟乙烯（PTFE ）、氟化乙烯-丙烯共聚物（FEP ）和聚三氟乙烯( PTFE ）等
聚合物改性水泥
聚合物改性水泥 水泥的主要成分：主要成分是硅酸盐。水泥的种类较多，其组成有所区别。普通水泥主要成分的名称、化学式：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙：3CaO·SiO2,2CaO·SiO2,3CaO·Al2O3 水泥依照成分的不同，也可分为多种：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥。我们常用的水泥是普通硅酸盐水泥及硅酸盐水泥，一般使用的是普通硅酸盐水泥，普通袋装的重量为50kg。 国家于2001年4月对水泥的标号制定新的标准。通用水泥新标准是：GB175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》、GB1344-1999《矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥》、 GB12958-1999《复合硅酸盐水泥》。六大水泥标准实行以MPa表示的强度等级,如32.5、32.5R、42.5、42.5R等,使强度等级的数值与水泥28天抗压强度指标的最低值相同。新标准还统一规划了我国水泥的强度等级,硅酸盐水泥分3个强度等级6个类型,即42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。其他五大水泥也分3个等级6个类型,即32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。 国家建材局经测试，得出新水泥标准的强度等级与老水泥标准的水泥标号之间存在如下表中对等关系： GB175-92 GB175-1999 725(R) 62.5(R)
625(R) 52.5(R) 525(R) 42.5(R) 425(R) 32.5(R) 1、普通水泥的缺点：粘结强度低, 干缩变形大, 抗渗性、抗裂性、抗冻性差等, 其使用范围受到很大的限制。传统水泥砂浆或混合水泥砂浆等抹灰材料所暴露出的缺陷, 如墙面空鼓、开裂、脱皮而引起墙体渗漏、透风、剥落等问题, 在建筑中越来越显得突出。普通水泥砂浆抹灰材料, 通常施工时拌合的水泥砂浆和易性较差, 容易产生空鼓现象, 致使留下透风渗水空隙和通路; 普通水泥砂浆的粘结力不高, 容易造成界面粘结不牢、开裂、脱落等质量问题; 普通水泥砂浆不饱满、不密实不能有效地形成具有防水抗渗作用的整体不透水层。普通水泥混凝土是一种典型的脆性材料,抗弯拉强度与变形能力低,抵抗车载疲劳与外界侵蚀的能力较弱, 2、聚合物水泥砂浆分类：聚合物混凝土砂浆可分为聚合物浸渍砂浆( PIM) 、聚合物改性水泥砂浆( PCM) 和聚合物砂浆( PM) 三类。PIM 性能优异, 但存在工艺技术复杂、成本高等缺点; PM 也因聚合物的用量大、价格高而不能广泛用于普通的建筑工程中;PCM 则克服了PIM 的工艺复杂、PM 的聚合物用量大的不足, 具有广阔的应用前景。PCM 是采用水泥基通过聚合物改性, 当水泥与水反应形成水泥石的同时, 聚合物乳液本身脱水干燥在骨料表面形成了有自粘性和 粘结性的聚合物薄膜, 封闭了水泥石空间骨架的毛细通道和细微裂缝, 将水泥石和填骨料牢固地结合在一起。因此,PCM 具有优良的防
聚合物共混改性考试试题及答案
聚合物共混改性考试试卷 一、名称解释 20分 聚合物共混改性： 答：是以聚合物（聚合物或者共聚物）为改性剂，加入到被改性的聚合物材料（合成树脂，又叫基体树脂）中，采用合适的加工成型工艺，使两者充分混合，从而制得具有新颖结构特征和新颖性能的改性聚合物材料的改性技术。 相逆转： 答：聚合物共混物可在一定的组成范围内发生相的逆转，原来是分散相的组分变成连续相，而原来是连续相的组分变成分散相。在相逆转的组成范围内，常可形成两相交错、互锁的共连续形态结构，使共混物的力学性能提高。 热塑性塑料： 答：热塑性塑料是指加热后软化、可塑，冷却后硬化，再次加热可熔融软化，固化成型，具有反复可加工成型的特点。 增容作用： 答：使聚合物之间易于相互分散，能够得到宏观均匀的共混体系。改善聚合物之间相界面的性能，增加两相间的粘合力，使P-P共混物具有长期稳定的性能。 二、聚合物共混物的形态结构及特点 10分 答：单相连续结构：构成聚合物共混物的两个相或者多个相中只有一个相连续，其他的相分散于连续相中。单相连续结构又因分散相相畴的形状、大小以及与连续相结合情况的不同而表现为多种形式。 两相互锁或交错结构：这种结构中没有一相形成贯穿整个试样的连续相，而且两相相互交错形成层状排列，难以区分连续相和分散相。有时也称为两相共连续结构，包括层状结构和互锁结构。 相互贯穿的两相连续结构：共混物中两种组分均构成连续相，互穿网络聚合物（IPNs）是两相连续结构的典型例子。 三、聚合物共混物相容性分哪两类？各自的定义是什么？画出聚合物共混物的UCST、LCST 相图。15分 答：分为热力学相容性和工艺相容性两类。 热力学相容性是指相互混合的组分以任意比混合，都能形成均相体系，这种相容性叫热力学相容性。 工艺相容性是指对于一些热力学相容性不太好的共混高聚物，经适当加工工艺，形成结构和性能稳定的共混高聚物，则称之为工艺相容性。 相图略 四、界面层的结构组成和独立相区的区别 10分 答：①界面层内两种分子链的分布是不均匀的，从相区内到界面形成一浓度梯度； ②界面层内分子链比各自相区内排列松散，因而密度稍低于两相聚合物的平均密度； ③界面层内往往易聚集更多的表面活性剂及其他添加剂等杂质，分子量较低的聚合物分子也易向界面层迁移。这种表面活性剂等低分子量物越多，界面层越稳定，但对界面粘结强度不利。 五、以PC/PP共混体系为例，举例说明哪些手段可以用来加强体系的相容性？10分 答：1. 通过共聚改变某聚合物的极性； 2. 通过化学改性的方法，在一组分或两组分上引入极性基团或反应基团； 3. 在某聚合物上引入特殊作用基团；加入第三组分进行增容；
聚合物表界面改性方法
聚合物表界面改性方法概述 摘要：聚合物由于表面能低、表面具有化学惰性、难以润湿和粘合、聚合物表面污染及存在弱边界层，所以要使用一定的方法金星表面改性，提高整体性能。聚合物表面改性通常需要改变表面化学组成，引进带有反应性的功能团；清除杂质或弱边界层；改变界面的物理形态，提高表面能；改进聚合物表面的润湿性和黏结性；设计界面过渡层等。 关键词：聚合物；表面改性；研究进展，应用 聚合物在日常生活及化工领域都有非常广泛的应用，但是由于这些聚合物表面的亲水性和耐磨损性较差，限制了聚合物材料的进一步应用。为了改善这些表面性质，需要对聚合物的表面进行改性。聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下，在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作，赋予材料表面某些全新的性质，如亲水性、抗刮伤性等。 聚合物的表面改性方法很多，本文综述了常见的改性及最新的研究进展。下面将结合具体聚合物材料详细介绍各种改性方法。 这些方法一般只引起10-8～10-4m厚表面层的物理或化学变化，不影响其整体性质。 一、电晕放电处理 电晕放电是聚烯烃薄膜中最常用的表面处理方法。因为聚烯烃，聚丙烯等烯烃是非极性是非极性材料，有高度结晶性，其表面的印刷、粘接、涂层非常困难。 原理：塑料薄膜在电极和感应辊之间通过。当施加高压电时，局部发光放电，产生电子、正离子、负离子等高能离子。电子的冲突电离作用使电子、离子增殖，产生的正离子、光子又发生二次电离而持续放电，结果在阳极和阴极之间产生电晕。这些高能粒子与聚合物表面作用，使聚合物表面产生自由基和离子，在空气中氧的作用下，聚合物表面可形成各种极性基团，因而改善了聚合物的黏结性和润湿性。 二、火焰处理和热处理 ⒈火焰处理 ①定义：用可燃性气体的热氧化焰对聚合物表面进行瞬时高温燃烧，使其表
聚合物改性水泥基泡沫混凝土的试验研究
[摘 要] 采用化学发泡的方法研究影响泡沫混凝土抗压强度的因素，在水灰比0.53、发泡剂掺量 5.0%、搅拌机转速3000r/min 、搅拌时间60s 时，纯水泥泡沫混凝土性能最优，28d 干表观密度为294kg/m 3，抗压强度为0.848MPa ，导热系数为0.069W/（m ·K ）。研究掺加VAE 乳液对泡沫混凝土的影 响，在水灰比0.48、水泥质量0.5%的调凝剂碳酸锂、0.3%稳泡剂、5.0%的发泡剂、料浆温度27℃～29℃、搅拌速度3000r/min 、搅拌时间60s 、VAE 掺量2.4%时，28d 干密度为364.3kg/m 3，抗压强度为1.58MPa ，导热系数为0.072W/（m ·K ），比同密度下不掺VAE 乳液的28d 抗压强度增加了41.1%，明显起到了增强作用。通过SEM 对泡沫材料进行微观结构分析，泡沫混凝土孔结构变得更加细小均匀，导热系数降低。 [关键词]聚合物；VAE 乳液；泡沫混凝土；化学发泡 聚合物改性水泥基泡沫混凝土的试验研究 赵春新 张智强 段东方 （重庆大学，重庆400045） 1前言 泡沫混凝土具有轻质、保温隔热、隔音耐火、抗 震、防水等性能，已在建筑工程中得到广泛应用[1-4]。但传统的泡沫混凝土强度低、脆性大、易塌模开裂[5]，改善其脆性增加其塑性变形能力尤为重要。高聚物化学性质稳定，具有优良的弹性、可塑性、机械性能（抗拉、抗弯、抗冲击等）。醋酸乙烯-乙烯共聚乳液（VAE 乳液）是一种典型的高聚物，无毒无味，属于绿色环保产品，同时还具有良好的柔软性、成膜性、粘结性和广泛的相容性，被广泛应用于粘合剂、涂料、地毯、纸张处理及水泥改性与建筑、包装等领域[6-7]。目前，将VAE 乳液添加到水泥泡沫混凝土中，对改善其性能具有重大意义[8]，但尚需进一步的研究。 2 试验部分 2.1 试验原料 水泥：重庆拉法基水泥厂42.5R 普通硅酸盐水 泥；外加剂：有机盐类稳泡剂、透明液体状化学发泡剂、调凝剂碳酸锂，均为市售化学纯产品；聚合物：市售乙烯-醋酸乙烯共聚乳液（VAE 乳液）。 2.2试验设备 GFJ-1.1搅拌分散多用机、5E-DHG 电热恒温干 燥箱、KZJ-500型电动抗折试验机、微机控制电子万能试验机、KRM-1型导热系数测定仪、TESCAN VEG - A ⅢCMH 扫描电镜。 2.3试验方法 本试验采用化学发泡法。发泡机理为[9-11]：发泡剂在 水泥浆体的碱性环境中发生分解反应，在短时间内生成大量气体，气体与料浆混合后，料浆包裹住气泡产生体积膨胀。试验中聚合物改性泡沫混凝土试件的制备过程为：将发泡剂与VAE 乳液及水等液体类原料按照一定搅拌速率搅拌1min 左右，将水泥与适当比例固体外加剂混合均匀加入到液体类原料中，按照一定搅拌速率搅拌2min 左右，然后注入试模，静停发泡，养护。 试验中采用的40mm ×40mm ×160mm 试件，使用 KZJ-500型电动抗折试验机测试其抗折强度，微机 控制电子万能试验机测试其抗压强度；采用KRM-1型导热系数测定仪测试200mm ×200mm ×60mm 和 200mm ×200mm ×20mm 试件的导热系数，并用TES -CAN VEGA ⅢCMH 扫描电镜观察其微观结构。 3 试验结果与讨论 3.1 水泥泡沫混凝土基准配合比的确定 大量研究发现，影响泡沫混凝土的强度和密度的 主要因素有：温度、水灰比、发泡剂掺量、搅拌速度和搅拌时间等[12-14]。本试验在一定发泡温度下，研究了上述因素对水泥泡沫混凝土基本性能的影响，相关试验结果如下。 3.1.1水灰比的影响 保持水泥的量不变，掺入水泥质量0.34%的调凝 剂碳酸锂、5.0%发泡剂SY 和0.3%稳泡剂YS ，在室温
聚合物共混改性原理及应用
聚合物共混改性原理及应用 ``````` 4057 一．名词解释（每题5分，共20分） 1.聚合物共混 答：共混改性包括物理共混、化学共混和物理/化学共混三大类型。其中，物理共混就是通常意义上的“混合”。如果把聚合物共混的涵义限定在物理共混的范畴之内，则聚合物共混是指两种或两种以上聚合物经混合制成宏观均匀物质的过程。 2.分布混合和分散混合 答：分布混合，又称分配混合。是混合体系在应变作用下置换流动单元位置而实现的。分散混合是指既增加分散相空间分布的随机性，又减少分散相粒径，改变分散相粒径分布的工程。 分布混合和分散混合在实际的共混工程中是共生共存的，分布混合和分散混合的驱动力都是外界施加的作用力。 3.总体均匀性和分散度 答：总体均匀性是指分散相颗粒在连续相中分布的均匀性，即分散相浓度的起伏大小。分散度则是指分散相颗粒的破碎程度。对
于总体均匀性，则采用数理统计的方法进行定量表征。分散度则以分散相平均粒径来表征。 4.分散相的平衡粒径 答：在分散混合中，由于分散相大粒子更容易破碎，所以共混过程是分散相粒径自动均化的过程，这一自动均化的过程的结果，是使分散相例子达到一个最终的粒径。即“平衡粒径”。 二．选择题（每题分，共15分） 1.热力学相容条件是混合过程的吉布斯自由能（ A ） A.小于零 B 大于零 C 等于零 D 不确定 2.共混物形态的三种基本类型不包括（ D ） 3. A.均相体系 4. B 海-岛结构 5.C 海--海结构 6. D 共混体系 3.影响熔融共混过程的因素不包括（B ）
A 聚合物两相体系的熔体黏度 B 聚合物两相体系的表面张力 C 聚合物两相体系的界面张力 D 流动场的形式和强度 4.共混物形态研究的主要内容不包括（ D ） A 连续相和分散相祖分的确定 B 两相体系的形貌 C 相界面 D 分散相的物理性能 5.熔体黏度调节的方法不包括（B） A 温度 B 时间 C 剪切应力 D 用助剂调节 6.聚合物共混物的使用性能影响要素不包括（ A ） A 结晶时间 B 结晶温度 C 结晶速度
聚合物水泥砂浆
聚合物水泥砂浆的研究及应用 1 前言 早在1923年，英国人Gresson就把聚合物应用于路面材料而获得专利。到1924出版了关于现代聚合物改性材料的正式的文献。从那时起，近70年来世界各国出现了大量的关于聚合物用于改性水泥砂浆和混凝土的研究，而且对聚合物用于水泥基材料的兴趣也越来越来大。在这一领域里研究开发走在世界前列的国家有日本、美国、前苏联、德国等。如日本对新型高性能聚合物混凝土复合材料的研究开发应用已有40年的历史，并已为此制定了部分标准（JlS6203）；德国交通部筑路局对用于桥面的混凝土修补而附加的技术协议和规范（zTVSIB90）特别制定了聚合物改性砂浆（混凝土）供货的技术条件和检验规范（TLBEPCC，TPCC），我国在这一方面的研究起步较晚，还是近十几年发展起来的。1990年在上海举行了第6届国际聚合物混凝土会议，大大地加速了我国在这一方面研究与应用的进步。 2 聚合物水泥砂浆的改性机理 聚合物改性砂浆的研究之所以如此大的进展，就是因为这种材料通过改性具有许多优异的性能。了解其改性机理对研究和开发这类材料尤其重要。 众所周知·水泥砂浆作为一种复合材料，骨料和水泥基之间的界面过渡区是材料的薄弱环节。在界面过渡区，水灰比高、孔隙率大、氢氧化钙和钙矾石多，晶粒粗大、氢氧化钙晶体取向生长。要改善水泥基材料的性能，就必须改善界面过渡区的结构和性质。聚合物对水
泥砂浆的改性作用，其实质也是改善材料的界面过渡区，从而使材料获得别的材料所不具有的性能。 （1）聚合物具有减水的效果。其表现在配制具有相同流动度的砂浆时，掺有聚合物的砂浆的水灰比要低于普通砂浆的水灰比。这是因为聚合物和矿物掺合料粉煤灰一样的形态效应，因为聚合物的固体粒径很小，其直径一般在0.05～5um之间。这样的颗粒也可像粉煤灰的颗粒一样，既可起到滚珠的作用，又具有较高的表面活性，从而能起到减水效应。 （2）在砂浆中掺加聚合物后，氢氧化钙也会沿着聚合物固体颗粒生长，有利于打乱氢氧化钙的取向生长。另外，由于聚合物的特殊性，它会在高于其最低成膜温度下凝聚成膜，形成的膜能将水泥水化生成的氢氧化钙包围起来，连成一个整体，可以有效的降低氢氧化钙对材料耐久性的不良影响。另一方面聚合物沙浆中的钙矾石比普通砂浆中的钙矾石要短和粗。进一步观察可发现聚合物的加入有效的改善了砂浆的孔结构，由于聚合物的形态效应及其自身的特殊性，起到了胶结、填充等作用，使砂浆的平均孔径变小，大孔变成小孔隙，孔隙分布的均匀性下降了，微孔隙率提高了。 （3）由于聚合物成膜的过程发生在水泥水化的过程中，水分用于水化以及被蒸发，聚合物就在整个基体中形成一个坚韧、致密的网络薄膜状网络结构，分布在水泥砂浆骨架之间，填充空隙，切断了与外界的通道，进一步改善了材料的性能。 （4）聚合物还能和水泥水化产物发生化学作用。如丙烯酸甲脂能与水泥水化产物中的氢氧化钙反应。其原因是因为丙烯酸中脂基能在碱性的氢氧化钙溶液中发生水解生成羧酸根