基于道路工程材料聚合物改性混凝土的研究综述

基于道路工程材料聚合物改性混凝土的研究综述

张荣彬1

1.重庆交通大学土木工程学院，重庆400074

摘要：聚合物改性混凝土（Polymer Modified Concrete，简称PMC）是一种目前在建筑领域得到广泛应用的水泥基材料。PMC在混凝土材料性能方面有显著的改善，如提高混凝土的强度、耐久性、抗渗性和抗化学侵蚀能力等。同时，PMC具有施工方便、环保等优点，其应用范围逐渐扩大，可以用于道路、桥梁、建筑物、涵洞、机场跑道等领域。PMC的研究和应用国内外都得到了广泛关注，还有很大的发展空间。

关键词：聚合物改性混凝土；研究现状；改性机理；发展与应用

1研究目的和意义

研究聚合物改性混凝土的目的在于通过添加聚合物来提高混凝土的力学性能、耐久性能和施工性能，以应对不同工程项目对材料性能的需求。优化混凝土材料的性能，延长混凝土结构的使用寿命，减少维护和修复成本，同时促进资源的循环利用和环境保护。

PMC是一种通过在混凝土中添加聚合物改性剂来改善混凝土材料性能的水泥基材料。PMC的研究目的和意义是解决传统混凝土的一些问题，如强度不足、容易开裂、抗渗性差、不耐水化作用等，同时拓展混凝土在各领域的应用范围。

2研究现状

2.1国内研究现状

聚合物改性混凝土的良好特性被广泛的应用于一些行业等领域，但是因其实质上本身的价格问题，以及蠕变大在某种程度上受到限制。在1980年之前由于化工行业一直比较发展的不令人乐观，在1980年后，才对聚合物改性混凝土的力学性能以及耐久性能进行的研究，但是对于它的机理研究并不多。

国内研究主要涉及聚合物改性混凝土的配合比、聚合物改性剂种类及掺量、毛细孔结构、渗透性、力学性能等方面。

PMC的配合比是研究的重点之一。由于聚合物改性剂的掺入，混凝土配合比需要重新进行设计，以保证混凝土性能的提升。

近年来，研究人员主要探讨的聚合物改性剂包括乳液聚合物、纳米材料、有机硅等。当然，不同种类聚合物改性剂具有不同的物化性质，因此其掺量也需依据混凝土性能要求进行优化调整。

PMC的毛细孔结构是另一个比较热门的研究领域。混凝土质量受制于毛细孔结构的大小、数量、分布、连通性等因素。通过添加聚合物改性剂可以控制混凝土毛细孔结构，从而提高混凝土强度和耐久性。

渗透性也是PMC研究的焦点之一。通过对比试验，研究表明，PMC在防止水渗漏、泥浆流动、坏死球菌侵入等方面具有显著的抗渗效果。

力学性能的研究是PMC研究的基石。强度、韧性、抗冻融、耐磨等方面的性能都与聚合物改性剂的种类、掺量和混凝土配合比密切相关。

总体上，国内PMC的研究距离国外研究还有一定差距，但是学术界和施工界对PMC认可的度越来越高，研究成果也有所增多。未来，PMC在中国的应用前景十分广阔，需要进一步加强研究和推广。

2.2国外研究现状

国外对于聚合物改性混凝土的研究相对于国内较早，自1950年开始，美、苏、德和日便开始了对于其试验研究。在国外，PMC的研究和应用已经广泛，相关研究主要涉及PMC的性能等方面。

目前，德国已经将其应用于建筑、混凝土制品等领域。早在1970年，在日本就已经成为了重要的建筑材料，混凝土的修复、防护以及构件等已采用了大面积的PMC，并且在日已经制定了相关的标准。

国外PMC的研究和应用都相对成熟。PMC的优异性能和多样化合适的应用使得PMC在各行各业都有用武之地，目前PMC仍有很大的发展空间。

3聚合物改性混凝土的改性机理

PMC的改性机理是通过添加聚合物改性剂对混凝土硬化过程进行有针对性的干扰和调整，以实现优化混凝土结构和性能的目的。

聚合物改性剂可以增加混凝土的起始强度和终止强度，主要是通过增加混凝土中水化产物的数量和增强水化物之间的化学反应。此外，聚合物改性剂还可以进一步增强混凝土的组成嵌合水泥摩擦效应，从而增强混凝土内部的分子作用力程度，提高混凝土整体的刚度、韧性以及抗裂能力。

另一方面，聚合物改性剂可以为混凝土提供防水性能和耐化学侵蚀性能。聚合物分子链与混凝土离子之间的吸附作用可以防止水和化学物质渗透到混凝土内部，从而减少了混凝土表面的裂缝和劣化。同时，聚合物改性构成成分中的有机基团和醇类官能基也能够为混凝土提供抗化学腐蚀的保护。

4PMC的应用和存在的问题

4.1PMC的应用

PMC在建筑和基础设施工程中具有广泛的应用。在建筑领域，它被用于制作高强度、高耐久性的结构元件，如楼板、柱、梁等，以提高建筑物的整体质量和抗震性能。在道路和桥梁工程中，聚合物改性混凝土可用于制造耐久性更强的路面和桥梁结构，以承受车辆和环境的持续压力。此外，它还被广泛应用于水利工程、海洋工程和地下工程等领域，用于制造耐水、耐腐蚀的结构件，如堤坝、海堤、隧道衬砌等。

综上，PMC的应用范围十分广泛，能够适应各种复杂的自然环境和人工环境。PMC在提高建筑物的结构性能、促进工程质量和降低维护成本方面发挥了重要的作用，对于推动建筑产业的可持续发展起到了积极的促进作用。

4.2目前存在的问题

聚合物改性混凝土虽然具有一些优点。但是在实际应用中仍然存在一些问题的。

由于PMC材料的性质和特点与传统混凝土不同，需要特设装备进行搅拌和流动控制，一些施工技术比较复杂。如果没有合适的施工技术和经验，可能会导致混凝土浆料与聚合物不充分混合，从而影响PMC的性能表现。

在高温环境下，PMC的性能出现不同程度的下降。因为热会使聚合物内部斥力增强，从而导致其自交联作用逐渐下降。如果未经过充分测试和验证，将PMC直接应用于高温环境下，可能导致性能不符合预期，从而影响其使用效果。

PMC的主要改性剂为有机物、聚合物，这些材料也可能产生二次污染。如聚合物表面活性剂、残留的溶解氧等有机物，在特定环境中，会影响混凝土的性质。因此，对于PMC的使用和设计，必须考虑项目的周围环境和污染物的影响，以免对环境造成不良影响。

相较于传统混凝土，PMC的成本较高。主要由于聚合物改性剂的成本较高，而且施工工艺和设备的投入也需要更大。

5总结展望

随着现代建筑技术的发展和建筑物结构需求的日益提高，PMC的应用前景广阔。

未来的研究将着重于改进PMC的性能，特别是在特殊环境条件下的表现。通过调整聚合物的配方和混凝土的配比，以及改进施工工艺，可以提高其在高温、低温、高湿度等极端环境下的稳定性和耐久性。这将有助于扩大其应用范围，包括在极端气候地区和海洋工程等特殊领域的应用。

此外，将重点关注聚合物改性混凝土的长期性能和可持续性。研究还将探索更多与环境友好型材料和生产工艺相关的创新，以进一步提升其可持续性，还可以通过新型添加剂的引进来提高PMC的物理和化学性能。

研究如何减少PMC材料制备和施工中的废弃物和能耗，探索PMC与其他旧材料的相互作用，从而使PMC对自然环境造成的负面影响降至最低；同时，PMC制备的环保过程也是未来研究的一个重点。

未来PMC的研究目标可以是从更深度、更广度的角度出发，继续深入研究该材料在各个方面的优化和应用。通过精准的性能计算和改进材料的方法、新型添加剂的研制和环保方面的改进，提高聚合物改性混凝土的性能，为其应用赋予更广泛的应用前景。

[1]刘俊茹.浅谈聚合物水泥混凝土[J].四川水泥,2016

[2]孙贵鹏.聚合物改性混凝土的发展及应用[J].建材技术与应用,2016

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