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聚合物混凝土

/polymer concrete/
条目作者黄蕴元谈慕华蒋金洋
条目作者黄蕴元

黄蕴元

谈慕华

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蒋金洋

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最后更新 2024-12-05
浏览 167
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由无机胶凝材料、骨料和有机聚合物拌合,浇筑后经养护和聚合而成的新型混凝土。

英文名称
polymer concrete
所属学科
土木工程

聚合物混凝土结合了无机胶凝材料和有机聚合物的特点,克服了普通水泥混凝土抗拉强度低、脆性大、易开裂、耐化学腐蚀性差等缺点。如在环境温度-18~40℃下能够快速固化;高抗拉、抗弯和抗压强度;对大多数表面具有良好的附着力;在冻融循环条件下具有良好的长期耐久性;对水和侵蚀性溶液的低渗透性;耐化学性良好;质量轻等。

随着建筑结构的复杂性增加以及国家对建筑节能环保的要求越来越严格,聚合物混凝土以其良好的特性,已经逐步应用于化学工业、建筑工业、有色冶金工业,以及水利工程等领域。但由于聚合物混凝土的价格通常是普通混凝土的8~20倍,聚合物混凝土材料所做构件的蠕变性是采用水泥混凝土材料所做构件蠕变性的2~3倍,并且蠕变应变还会随着聚合物含量的增加而增加,这在一定程度上限制了它的推广和使用。

聚合物混凝土按其组成和制作工艺可分为聚合物浸渍混凝土、聚合物水泥混凝土(也称聚合物改性混凝土)、聚合物胶结混凝土(又称树脂混凝土)。

聚合物混凝土基础排水托盘施工聚合物混凝土基础排水托盘施工

以已硬化的水泥混凝土为基材放入聚合物中浸渍,经加热或辐射的方法将聚合物填充其孔隙并发生聚合作用而成的一种混凝土-聚合物复合材料。聚合物浸渍混凝土在外观上与普通混凝土相似,但其孔隙和毛细管中,以及水泥浆和骨料颗粒内一定深度上填充着聚合物,聚合物含量为复合体重量的5%~15%。其工艺为:先将基材作不同程度的干燥处理,然后于不同压力下浸泡在以苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯等有机单体为主的浸渍液中,使之渗入基材孔隙,通过加热、辐射或化学等方法,使浸渍液在其中聚合固化而形成一个整体。在浸渍过程中,浸渍液深入基材内部并遍及全体者,称完全浸渍工艺,一般应用于工厂预制构件,各道工序在专门设备中进行。浸渍液仅渗入基材表面层者,称表面浸渍工艺,一般应用于路面、桥面等现场施工。由于聚合物填充了水泥混凝土中的孔隙和微裂缝,并彼此形成连续空间网状结构,提高了混凝土的密实度,增强水泥与骨料间的黏结力,并缓和裂缝尖端的应力集中,使之具有高强度,抗压强度为普通混凝土的4倍,抗拉和抗弯强度均为普通混凝土的3倍,抗渗性、抗冻性、抗冲击性、抗冲刷和耐磨性、耐化学腐蚀和抗射线等性能都有显著提高。聚合物浸渍混凝土最初是用于卫生工程的器皿,现已作为高效能结构材料应用于特种工程,如腐蚀介质中的管、桩、柱、地面砖,以及水利工程中对抗冲击性、耐磨和抗冻性要求高的部位,也可应用于现场修补构筑物的表面和缺陷,以提高其使用性能。

以聚合物(或单体)和水泥相拌和共同作为胶凝材料,掺入骨料配制而成的聚合物混凝土,又称为聚合物改性混凝土。其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,当水泥和聚合物的乳液拌和时,水泥首先从乳液中吸收水分水化生成各种水化产物,而聚合物乳液的微小颗粒包裹于水泥水化产物的周围,经成型、养护后形成统一的整体。聚合物掺加量一般为水泥重量的5%~20%。各国用于水泥混凝土改性的聚合物主要有3种类型,即乳液(乳胶、分散体)、液体树脂和水溶性聚合物。其中,乳胶使用最广,主要分为橡胶乳液,如天然乳胶(NR)、氯丁胶乳(CR)、丁苯橡胶(SBR)和丁二烯胶乳(MBR)等;热塑性树脂乳液,如苯丙乳液(SAE)、聚丙烯酸乳液(PAE)、聚醋酸乙烯酯乳液(PVAC)等;热固性树脂乳液,如环氧树脂乳液(EP)及不饱和聚酯一类树脂等。聚合物水泥混凝土与普通混凝土相比,由于聚合物的加入使其抗拉强度、耐磨性、耐化学腐蚀性能、抗渗性,以及抗冲击性等均得到了提高,但相关机理尚不明确。

仅以聚合物(或单体)作为胶结材料而制成的混凝土,又称塑料混凝土。聚合物用量为混凝土总量的8%~25%,所用的骨料与普通混凝土相同,天然或人工骨料(石英粉、辉绿岩粉等)。常用的有机物多以环氧树脂和不饱和聚酯树脂为主,或用甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯等单体。与水泥混凝土相比,聚合物胶结混凝土具有硬化时间可调,早期强度高,抗渗性、耐腐蚀性和耐磨性好等特点。随着矿物掺合料的发展,粉煤灰代替砂石骨料制成的聚合物胶结混凝土又具有自重小、隔热、吸声和防火等优点。聚合物胶结混凝土可现场应用于混凝土工程快速修补、地下管线工程快速修建、隧道衬里等,也可在工厂预制。

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