混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆（PCMR）的性能研究
Study on the Properties of Polymer Modified Cement Mortars for Concrete Structure Repair(PCMR)
湖南大学 李耀
【摘要】：
混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆(Polymer modified cement mortars for Concrete Structure Repair,简称PCMR)是一类聚合物改性水泥砂浆材料,其通过在水泥砂浆中掺入适当的聚合物,达到改善其力学及耐久性能,并增强与老混凝土之间的粘 结强度,以满足在混凝土结构修复中的要求。
本文针对国家相关标准对PCMR的性能要求,在分析PCMR的原材料组成的基础上,通过试验选择了用于PCMR的原材料,研究了矿物掺合料、消泡剂和聚合 物对SBR改性PCMR的性能影响,并同时研究了其它聚合物乳液对PCMR性能的影响,优化了PCMR的组成,使其满足《混凝土结构修复用聚合物水泥砂 浆》规范中最高性能等级(PCMR-Ⅲ级)的技术要求。
论文的主要研究成果如下:
(1)PCMR原材料初选的试验和分析表明:聚合物乳液(P1、P5、P7、P8和P11)、聚羧酸高效减水剂(Sup3)和消泡剂(A1和A2)之间的适应性好,并选择了与五种乳液适应性好的组合配比,其具有流动性高和含气量低的特点。
(2)SBR改性PCMR试验和分析表明:硅灰、粉煤灰和矿渣对SBR改性PCMR的新拌性能和力学性能影响不显著,而消泡剂和聚合物掺量对其性能有显著 影响。确定了其矿物掺合料组成配比为(C:SF:SG:FA:UEA)=(66:4:10:10:10),消泡剂A2的掺量为0.2%和聚胶比为10% 时,其改性的PCMR有良好的综合性能。
(3)其它聚合物乳液改性PCMR的性能试验和分析表明:就新拌性能而言
(4)通过砂子种类、砂胶比和养护制度对PCMR性能的优化,并测试其优化后PCMR配比砂浆耐久性能,发现其具有低干缩率,高抗冻性和抗氯离子渗透性,均能达到PCMR-Ⅲ级力学和耐久性能技术要求。
综合考虑,经试验优化配比后的P1和P5乳液改性PCMR,具有良好的施工性能,也有优异的力学和耐久性能,且能满足PCMR-Ⅲ级技术要求,可应用到混凝土结构修复工程中。
【关键词】：PCMR 聚合物 修补 强度
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU578.1
【目录】：
摘要5-6
Abstract6-11
第1章 绪论11-20
1.1 概述11-13
1.1.1 混凝土结构的修复问题11
1.1.2 混凝土结构修复材料11-13
1.2 国内外聚合物改性砂浆和混凝土的应用与发展13-14
1.2.1 国外的应用与发展13-14
1.2.2 国内的应用与发展14
1.3 混凝土结构修复用聚合物改性水泥砂浆 PCMR 材料的研究概况14-18
1.3.1 聚合物改性机理的研究14-15
1.3.2 聚合物改性水泥基材料的研究15-17
1.3.3 聚合物与填料和外加剂复合改性水泥基材料研究17
1.3.4 其它方面研究17-18
1.4 本文研究的目的与研究内容18-20
第2章 试验材料及试验方法20-29
2.1 原材料20-22
2.1.1 水泥20
2.1.2 砂20
2.1.3 水20
2.1.4 矿物掺合料20-21
2.1.5 聚合物乳液21
2.1.6 高效减水剂21
2.1.7 消泡剂21-22
2.2 试验配合比及试件成型、养护方法22
2.2.1 试验配合比22
2.2.2 试件成型和养护方法22
2.3 新拌砂浆性能试验方法22-24
2.3.1 流动性试验22-23
2.3.2 密度的测定及含气量的计算23-24
2.3.3 抹面性试验24
2.4 硬化砂浆力学性能试验24-29
2.4.1 抗折及抗压强度试验24-25
2.4.2 粘结抗拉强度试验25-27
2.4.3 抗氯离子渗透试验27
2.4.4 抗冻性试验27-28
2.4.5 收缩率试验28-29
第3章 PCMR 组成材料及其选择29-39
3.1 PCMR 性能要求29-30
3.2 PCMR 组成分析30-33
3.2.1 PCMR 中的胶凝材料30-31
3.2.2 PCMR 中的改性用聚合物乳液31-32
3.2.3 PCMR 中的减水剂32
3.2.4 PCMR 中的消泡剂32
3.2.5 PCMR 中的其它外加剂32-33
3.3 PCMR 中组成材料的初选33-38
3.3.1 PCMR 中组成材料的初选试验方案33
3.3.2 PCMR 中减水剂的初选33-34
3.3.3 PCMR 中聚合物乳液的初选34-35
3.3.4 PCMR 中消泡剂的初选35-37
3.3.5 聚合物乳液、消泡剂和减水剂的交互影响37-38
3.4 本章小结38-39
第4章 SBR 改性PCMR 的性能研究39-56
4.1 矿物掺合料对PCMR 性能的影响39-46
4.1.1 试验设计39-41
4.1.2 对新拌性能的影响41-43
4.1.3 对力学性能的影响43-45
4.1.4 配比组成45-46
4.2 消泡剂对PCMR 性能的影响46-49
4.2.1 对新拌性能的影响46-48
4.2.2 对力学性能的影响48-49
4.3 聚合物对PCMR 性能的影响49-54
4.3.1 对新拌性能的影响50-51
4.3.2 对力学性能的影响51-54
4.4 本章小结54-56
第5章 其它聚合物乳液改性PCMR 的性能研究56-67
5.1 新拌性能56-60
5.1.1 对水泥砂浆水胶比及减水率的影响57-58
5.1.2 对水泥砂浆流动度损失率的影响58
5.1.3 对水泥砂浆抹面性的影响58-59
5.1.4 对水泥砂浆含气量的影响59-60
5.2 力学性能60-65
5.2.1 对不同龄期水泥砂浆抗折强度的影响61-62
5.2.2 对不同龄期水泥砂浆抗压强度的影响62-63
5.2.3 对不同龄期水泥砂浆压折比的影响63-64
5.2.4 对水泥砂浆粘结强度的影响64-65
5.3 本章小结65-67
第6章 PCMR 配方优化及其它性能67-77
6.1 PCMR 配方优化67-73
6.1.1 砂胶比的影响68-70
6.1.2 砂种类的影响70-71
6.1.3 养护制度的影响71-73
6.2 优化配比PCMR 耐久性能73-75
6.2.1 PCMR 的干缩性能73-74
6.2.2 PCMR 的抗氯离子渗透性能74-75
6.2.3 PCMR 的抗冻性能75
6.3 PCMR 砂浆的应用及展望75-76
6.4 本章小结76-77
结论77-80
参考文献80-85
致谢85
Study on the Properties of Polymer Modified Cement Mortars for Concrete Structure Repair(PCMR)
湖南大学 李耀
【摘要】：
混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆(Polymer modified cement mortars for Concrete Structure Repair,简称PCMR)是一类聚合物改性水泥砂浆材料,其通过在水泥砂浆中掺入适当的聚合物,达到改善其力学及耐久性能,并增强与老混凝土之间的粘 结强度,以满足在混凝土结构修复中的要求。
本文针对国家相关标准对PCMR的性能要求,在分析PCMR的原材料组成的基础上,通过试验选择了用于PCMR的原材料,研究了矿物掺合料、消泡剂和聚合 物对SBR改性PCMR的性能影响,并同时研究了其它聚合物乳液对PCMR性能的影响,优化了PCMR的组成,使其满足《混凝土结构修复用聚合物水泥砂 浆》规范中最高性能等级(PCMR-Ⅲ级)的技术要求。
论文的主要研究成果如下:
(1)PCMR原材料初选的试验和分析表明:聚合物乳液(P1、P5、P7、P8和P11)、聚羧酸高效减水剂(Sup3)和消泡剂(A1和A2)之间的适应性好,并选择了与五种乳液适应性好的组合配比,其具有流动性高和含气量低的特点。
(2)SBR改性PCMR试验和分析表明:硅灰、粉煤灰和矿渣对SBR改性PCMR的新拌性能和力学性能影响不显著,而消泡剂和聚合物掺量对其性能有显著 影响。确定了其矿物掺合料组成配比为(C:SF:SG:FA:UEA)=(66:4:10:10:10),消泡剂A2的掺量为0.2%和聚胶比为10% 时,其改性的PCMR有良好的综合性能。
(3)其它聚合物乳液改性PCMR的性能试验和分析表明:就新拌性能而言
(4)通过砂子种类、砂胶比和养护制度对PCMR性能的优化,并测试其优化后PCMR配比砂浆耐久性能,发现其具有低干缩率,高抗冻性和抗氯离子渗透性,均能达到PCMR-Ⅲ级力学和耐久性能技术要求。
综合考虑,经试验优化配比后的P1和P5乳液改性PCMR,具有良好的施工性能,也有优异的力学和耐久性能,且能满足PCMR-Ⅲ级技术要求,可应用到混凝土结构修复工程中。
【关键词】：PCMR 聚合物 修补 强度
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU578.1
【目录】：
摘要5-6
Abstract6-11
第1章 绪论11-20
1.1 概述11-13
1.1.1 混凝土结构的修复问题11
1.1.2 混凝土结构修复材料11-13
1.2 国内外聚合物改性砂浆和混凝土的应用与发展13-14
1.2.1 国外的应用与发展13-14
1.2.2 国内的应用与发展14
1.3 混凝土结构修复用聚合物改性水泥砂浆 PCMR 材料的研究概况14-18
1.3.1 聚合物改性机理的研究14-15
1.3.2 聚合物改性水泥基材料的研究15-17
1.3.3 聚合物与填料和外加剂复合改性水泥基材料研究17
1.3.4 其它方面研究17-18
1.4 本文研究的目的与研究内容18-20
第2章 试验材料及试验方法20-29
2.1 原材料20-22
2.1.1 水泥20
2.1.2 砂20
2.1.3 水20
2.1.4 矿物掺合料20-21
2.1.5 聚合物乳液21
2.1.6 高效减水剂21
2.1.7 消泡剂21-22
2.2 试验配合比及试件成型、养护方法22
2.2.1 试验配合比22
2.2.2 试件成型和养护方法22
2.3 新拌砂浆性能试验方法22-24
2.3.1 流动性试验22-23
2.3.2 密度的测定及含气量的计算23-24
2.3.3 抹面性试验24
2.4 硬化砂浆力学性能试验24-29
2.4.1 抗折及抗压强度试验24-25
2.4.2 粘结抗拉强度试验25-27
2.4.3 抗氯离子渗透试验27
2.4.4 抗冻性试验27-28
2.4.5 收缩率试验28-29
第3章 PCMR 组成材料及其选择29-39
3.1 PCMR 性能要求29-30
3.2 PCMR 组成分析30-33
3.2.1 PCMR 中的胶凝材料30-31
3.2.2 PCMR 中的改性用聚合物乳液31-32
3.2.3 PCMR 中的减水剂32
3.2.4 PCMR 中的消泡剂32
3.2.5 PCMR 中的其它外加剂32-33
3.3 PCMR 中组成材料的初选33-38
3.3.1 PCMR 中组成材料的初选试验方案33
3.3.2 PCMR 中减水剂的初选33-34
3.3.3 PCMR 中聚合物乳液的初选34-35
3.3.4 PCMR 中消泡剂的初选35-37
3.3.5 聚合物乳液、消泡剂和减水剂的交互影响37-38
3.4 本章小结38-39
第4章 SBR 改性PCMR 的性能研究39-56
4.1 矿物掺合料对PCMR 性能的影响39-46
4.1.1 试验设计39-41
4.1.2 对新拌性能的影响41-43
4.1.3 对力学性能的影响43-45
4.1.4 配比组成45-46
4.2 消泡剂对PCMR 性能的影响46-49
4.2.1 对新拌性能的影响46-48
4.2.2 对力学性能的影响48-49
4.3 聚合物对PCMR 性能的影响49-54
4.3.1 对新拌性能的影响50-51
4.3.2 对力学性能的影响51-54
4.4 本章小结54-56
第5章 其它聚合物乳液改性PCMR 的性能研究56-67
5.1 新拌性能56-60
5.1.1 对水泥砂浆水胶比及减水率的影响57-58
5.1.2 对水泥砂浆流动度损失率的影响58
5.1.3 对水泥砂浆抹面性的影响58-59
5.1.4 对水泥砂浆含气量的影响59-60
5.2 力学性能60-65
5.2.1 对不同龄期水泥砂浆抗折强度的影响61-62
5.2.2 对不同龄期水泥砂浆抗压强度的影响62-63
5.2.3 对不同龄期水泥砂浆压折比的影响63-64
5.2.4 对水泥砂浆粘结强度的影响64-65
5.3 本章小结65-67
第6章 PCMR 配方优化及其它性能67-77
6.1 PCMR 配方优化67-73
6.1.1 砂胶比的影响68-70
6.1.2 砂种类的影响70-71
6.1.3 养护制度的影响71-73
6.2 优化配比PCMR 耐久性能73-75
6.2.1 PCMR 的干缩性能73-74
6.2.2 PCMR 的抗氯离子渗透性能74-75
6.2.3 PCMR 的抗冻性能75
6.3 PCMR 砂浆的应用及展望75-76
6.4 本章小结76-77
结论77-80
参考文献80-85
致谢85