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聚合物砂漿的發(fā)展

      聚合物砂漿的研究最早可追溯至２０世紀初期，法國泥瓦匠將動物血摻入普通砂漿中，發(fā)現(xiàn)該砂漿具有優(yōu)異的防水功效。１９２３年，英國克萊森（Ｃｒｅｓｓｏｎ）在普通水泥砂漿中加入了天然橡膠乳液，對路面材料進行改性，并首ci申請了天然橡膠改性砂漿的專利。１９２４年，萊夫布爾（Ｌｅｆｅｂｕｒｅ）對天然橡膠乳液改性砂漿做了進一步研究，第1次提出聚合物改性水泥砂漿的概念，并申請了專利。１９３２年，邦德（Ｂａｎｄ）采用人造橡膠對水泥砂漿進行了改性，首ci申請了合成橡膠改性砂漿的專利。２０世紀４０年代，對于合成聚合物乳液改性砂漿的研究不斷深入，尤其是橡膠改性水泥砂漿由于良好的耐腐蝕性和粘結(jié)強度首ci被用于船舶路面的面板涂層；５０年代，基于聚合物砂漿改性研究的不斷發(fā)展，研究人員開始嘗試將性能優(yōu)異的部分改性砂漿應(yīng)用于實際工程中；６０～７０年代，科研人員在前期聚合物乳液改性砂漿的試驗基礎(chǔ)上，研究了聚合物單體、樹脂、粉末等不同形態(tài)的聚合物對水泥砂漿性能的影響；

     現(xiàn)在，聚合物砂漿不僅廣泛應(yīng)用于實際工程中，聚合物的改性機理、聚合物與水泥水化產(chǎn)物界面間的作用機理等也被研究人員作為重要課題進行了深入研究分析。近年來，聚合物砂漿因其優(yōu)良的使用性能被大量應(yīng)用于化工、建筑、交通等各個行業(yè)。例如在建筑工程中的修補加固、防腐涂層和隔熱保溫等，以及交通工程中的防水補漏、裂縫修補等。

聚合物砂漿的分類

     根據(jù)聚合物種類及加入方式的不同，將聚合物砂漿分為聚合物浸漬砂漿（ＰＩＭ）、聚合物砂漿（ＰＭ）和聚合物改性砂漿（ＰＣＭ）三類［５－６］。聚合物浸漬砂漿具有良好的使用性能，但存在工藝操作復(fù)雜、成本相對較高的問題；由于聚合物占聚合物砂漿復(fù)合材料比例相對較大，使砂漿的成本明顯增大，因此不利于實際工程的應(yīng)用；聚合物改性砂漿克服了上述缺點，成本較低、工藝簡單、性能優(yōu)良，成為應(yīng)用最為廣泛的聚合物改性復(fù)合材料。聚合物改性水泥砂漿是將聚合物作為膠凝材料加入到水泥砂漿中拌和得到的復(fù)合材料。聚合物乳液是聚合物砂漿的粘結(jié)材料，通常采用的聚合物包括熱固性樹脂乳液、熱塑性樹脂乳液、橡膠乳液、瀝青乳液和混合乳液等。由于高分子聚合物本身性質(zhì)各有差異，應(yīng)用于水泥砂漿中對砂漿的改性作用也各不相同。

聚合物砂漿的作用機理

     聚合物砂漿結(jié)構(gòu)的形成過程十分復(fù)雜，包含了物理和化學(xué)２種作用方式，使得其改性原理較為繁雜。雖然關(guān)于聚合物砂漿改性機理的研究很多，但均處于探索階段，現(xiàn)階段主要是從２個方面對其改性機理進行研究：聚合物膠結(jié)作用的基本原理和聚合物與水泥相互作用機理。

    被普遍認可的２種聚合物膠結(jié)原理是吸附和擴散。吸附是指聚合物分子剛分散到砂漿中時，在范德華力、氫鍵和某些化學(xué)力作用下，與砂漿中的水泥顆粒和水化產(chǎn)物相互吸引靠近，產(chǎn)生一定的粘結(jié)力。隨后，水泥水化產(chǎn)生陽離子（Ｃａ２＋，Ｍｇ２＋，Ａ１３＋），若聚合物中含有羥基（—ＯＨ）、羧基（—ＣＯＯＨ）、碳碳雙鍵（Ｃ＝Ｃ）、胺基（—Ｎ—）、醚基（—Ｏ—）等官能團，這些陽離子和官能團可視為具有電子提供能力的Ｌｅｗｉｓ堿和Ｌｅｗｉｓ酸，聚合物與水泥漿在酸堿結(jié)合作用下相互粘結(jié)。擴散作用是指聚合物分子在熱運動、電性能及物理攪拌作用下，其柔韌性鏈狀結(jié)構(gòu)相互交織、擴散，達到膠粘。

     隨著聚合物水泥砂漿的推廣應(yīng)用，許多學(xué)者從微觀結(jié)構(gòu)方面對不同種類的聚合物改性作用進行研究，發(fā)現(xiàn)不同的聚合物改性機理存在許多差異。在眾多學(xué)者研究的機理模型中，最著ming的是日本教shou大濱加嚴（Ｙｏｓｈｉｈｉｋｏ Ｏｈａｍａ）的Ｏｈａｍａ聚合物成網(wǎng)模型和Ｋｏｎｉｅｔｚｋｏ雙重網(wǎng)模型。Ｏｈａｍａ模型指出，形成聚合物砂漿結(jié)構(gòu)的過程需經(jīng)過３個階段。第１階段：在攪拌過程中聚合物顆粒均勻分散在水泥漿體中，伴隨著水泥水化的進行，水泥凝膠逐漸形成，體系中的Ｃａ（ＯＨ）２也達到了飽和狀態(tài)，部分聚合物顆粒吸附在水泥凝膠與未水化的水泥顆粒表面。第２階段：隨著水化繼續(xù)進行，水分不斷減少，水泥凝膠出現(xiàn)孔隙結(jié)構(gòu)，部分聚合物逐漸填充于毛細孔隙中，隨著毛細孔中水分的減少，聚合物顆粒發(fā)生絮凝，在水泥水化凝膠產(chǎn)物及未水化水泥顆粒表面形成聚合物薄膜，并與骨料相粘結(jié)，而部分聚合物填充了水泥凝膠體系中的大孔隙。第３階段：隨著水化過程的推進，絮凝的聚合物顆粒最終形成連續(xù)的聚合物網(wǎng)結(jié)構(gòu)。Ｋｏｎｉｅｔｚｋｏ指出，Ｏｈａｍａ模型并不適用于解釋所有的聚合物砂漿結(jié)構(gòu)。Ｋｏｎｉｅｔｚｋｏ模型分為４個階段，前３個階段與Ｏｈａｍａ模型基本一致，第４階段為聚合物膜與水泥硬化漿體都形成空間連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，相互交織形成雙重網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并將集料包裹在中間。