聚合物混凝土

    第六节　聚合物混凝土

    聚合物混凝土是在混凝土中引入有机聚合物作为部分或全部胶结材料的一种新型混凝土。聚合物混凝土可分为聚合物浸渍混凝土、聚合物水泥混凝土和聚合物混凝土三种。

    一、聚合物浸渍混凝土

    聚合物浸渍混凝土（Polymer　Impregnated　Concrete，简称PIC）。它是以硬化干燥后的混凝土为基材，并通过浸渍过程，使有机单体渗入到混凝土的孔隙与裂纹中，然后利用加热、辐射或化学等聚合方法使普通混凝土和聚合物结合成一体的一种混凝土。

    浸渍液可以由一种或多种单体组成。常用的单体有苯乙烯（S）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯氰（AN）、聚酯－苯乙烯等。浸渍又可分为完全浸渍和局部浸渍两种，完全浸渍是指混凝土断面完全被单体（低黏度的单体）浸透，浸填量一般在6%左右，浸填方式采用真空－常压浸渍或真空－加压浸渍，该浸透方式可全面改善混凝土的性能，使混凝土强度大幅度提高。局部浸渍的深度一般低于10 mm，浸渍量在2%左右，浸渍方式采用涂刷法、浸泡法或两法并用，其主要目的是改善混凝土的表面性能（如耐腐蚀、耐磨、防渗等）。施工现场多采用局部浸渍方式进行浸渍处理。

    虽然聚合物浸渍混凝土与普通混凝土外观相似，但由于聚合物在混凝土中与水泥凝胶体相互穿插，所产生的增塑、增韧、填孔和固化作用，使得聚合物浸渍混凝土具有高强度和高抗渗性，除此之外，其抗冻性、抗冲击性、耐蚀性和耐磨性亦有明显提高，且徐变和收缩值很小。

    聚合物浸渍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管道、耐高压的容器、隧道衬砌、海洋构筑物、液化天然气储罐等。美国的德沃夏克坝，由于泄水孔不同程度的气蚀破坏，第一次大规模使用了浸渍混凝土进行修补。我国针对葛洲坝电站混凝土底板表面干缩裂纹等工程问题，进行了大面积浸渍处理。

    二、聚合物水泥混凝土

    聚合物水泥混凝土（Polymer Cement Concrete，简称PCC），亦称聚合物改性水泥混凝土（Polymer Modified Cement Concrete，简称PMC）。它是指将高分子聚合物加入新拌水泥混凝土或砂浆中，从而制得的复合材料。聚合物水泥混凝土的生产工艺与普通混凝土相似，包括聚合物改性水泥浆、聚合物改性砂浆、聚合物改性混凝土。

    加入了聚合物材料后，水泥混凝土或砂浆的许多性能如强度、变形能力、黏结性能、防水性能和耐久性能等都会有所改善，改善的程度与聚灰比（固体聚合物的质量与水泥质量之比）、聚合物的品种和性能有很大关系。

    聚合物水泥混凝土中的水泥可用普通水泥或高铝水泥，用于水泥混凝土改性的聚合物有四类，即水溶性聚合物（聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、丙烯酸盐、纤维素衍生物、呋喃苯胺树脂等）、聚合物乳液或分散体（橡胶胶乳，热塑性树脂乳液：如聚丙烯酸酯乳液、乙烯－乙酸乙烯酯共聚乳液、聚乙酸乙烯酯乳液、苯丙乳液、聚丙酸乙烯酯乳液、氯乙烯－偏氯乙烯共聚乳液等，热固性树脂乳液：如环氧树脂乳液、不饱和聚酯乳液等，乳化沥青，混合乳液）、可再分散的聚合物粉料（乙烯－乙酸乙烯共聚物、乙酸乙烯酯－支化羧酸乙烯基酯共聚物、苯乙烯－丙烯酸酯共聚物）和液体聚合物（环氧树脂、不饱和聚酯树脂）。

    在混凝土凝结硬化过程中，聚合物与水泥之间没有发生化学作用，是水泥水化吸收乳液中水分，使乳液脱水而逐渐凝固，水泥水化产物与聚合物互相包裹填充形成致密结构，从而改善了混凝土的物理力学性能。聚合物水泥混凝土具有较好的耐久性、耐磨性、耐腐蚀性，多用于无缝地面，也常用于混凝土路面、机场跑道面层和构筑物的防水层等。

    三、聚合物混凝土

    聚合物混凝土，又称树脂混凝土（Polymer Concrete，简称PC），它是由聚合物完全代替水泥作为胶结材料、以砂石为骨料的一种混凝土。由于其胶结材料仅用聚合物，所以也称纯聚合物混凝土。

    树脂混凝土常用的胶结材料主要是各种树脂，目前最常用的有环氧树脂、不饱和聚酯树脂、呋喃树脂、脲醛树脂及甲基丙烯酸甲酯单体、苯乙烯单体等。

    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，抗渗性比普通混凝土高得多，具有优良的耐水、耐冻融、耐腐蚀等耐久性。聚合物混凝土的强度发展比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，24 h的强度可以达到最终强度的80%。聚合物混凝土的抗压强度在60～180 MPa，取决于所用聚合物的类型和骨料的尺寸、类型及级配。未增韧的聚合物混凝土的抗弯强度达14～28 MPa或更高，劈拉强度为10.3～17.2 MPa。根据所用树脂胶黏剂的弹性模量和用量不同，聚合物混凝土的弹性模量可以在很宽范围内变化，柔性树脂的弹性模量可小到4 GPa，刚性树脂的弹性模量可高至40 GPa，聚合物混凝土的徐变是水泥混凝土的2～3倍，但比徐变（徐变与强度之比）几乎相同。聚合物混凝土在大多数材料上具有很好的粘附性，是一种良好的快速修补材料。

    聚合物混凝土可应用于路面、桥面和机场跑道及其他类似场合的修补，是工程结构修补用的重要材料。也可生产预制构件，或用于有耐腐蚀、防水要求的场合。由于聚合物混凝土具有优良的减震阻尼性能，它还可用于铁路轨枕、机床的台座及机架。同时，聚合物混凝土还是很好的绝缘材料，可用于电力工程。另外，聚合物胶结混凝土的外表美观，可制成人造大理石，用于桌面、浴缸、台面等。