丁苯水泥改性剂改性水泥基材料的机理研究进展

丁苯水泥改性剂改性水泥基材料的机理研究进展

韩莹丁艳波栾政彬

吉林建筑大学吉林长春130118

摘要：本文综述了近年来国内外在丁苯水泥改性剂（Styrene-ButadieneCementModifier，SBCM）改性水泥基材料机理方面的研究进展。从理论角度归纳与总结了SBCM改性水泥基材料的机理，主要从3个方面论述了SBCM改性水泥基材料的改性机理：主要包括SBCM对水泥水化过程、改性水泥基材料的微观结构、孔洞结构的影响。

关键词：丁苯水泥改性剂；改性水泥基材料；机理；微观结构；孔结构

1．引言

1923年，Cressons第一个将天然胶乳加入到水泥中，制备了铺路材料。1924年，Lefebure第一个提出聚合物改性水泥基材料的新概念，并且，其专利在英国获授权。这是真正意义上的聚合物改性水泥基材料的开始。1932年，Bend等第一个将合成的乳液用于改性水泥基材料，此后，人们主要用合成的聚合物用于改性水泥基材料，使这种材料得到了长足的发展，大量的应用到工程建设中。作为防水材料、路面材料、修补材料、装饰涂层以及胶粘剂等。近年来，由于科学技术的发展，多种物理或化学的方法用于探查材料的组成和结构方面的信息，这就扩展了研究聚合物改性水泥基材料机理研究的角度、深度及广度。由于丁二烯苯乙烯胶乳（丁苯胶乳，styrene-butadienelatex，SBL）的价格比较便宜，因此，SBCM改性水泥基材料（ModifiedCementBasedMaterials，MCBM）在实际中应用最多，发展最快。MCBM属聚集体，其形成过程及其复杂，研究人员一直在探求SBCM的改性机理，做了许多工作，也取得了大量成果。他们对机理的研究主要包括SBCM的种类及掺量对水泥水化作用、SBCM对MCBM的微观结构、孔结构的影响，也包括SBCM自身的结构对MCBM的性能影响。本文主要综述近几年SBCM对MCBM的机理在国内外的研究进展。

2．SBCM对水泥水化过程的影响

梁乃兴研究认为SBCM加入量占水泥质量小于50%时，对最终的水化程度没有明显的影响，但延缓了初期水化反应，随SBCM加入量的增加，改性水泥基材料的杨氏模量和抗折强度增大，抗压强度和刚度下降，SBCM对水泥净浆有减水和缓凝作用；当SBCM加入量占水泥质量大于50%时，SBCM成膜的阻碍作用小于促进作用，结果促进了水泥水化。熊剑平也对SBCM改性水泥基材料的改性机理进行研究，结果表明：SBCM均延长了水泥净浆的初凝与终凝时间。

3．SBCM对水泥基材料微观结构的影响

依据成膜特性，研究人员提出了不同形态结构的结构形成模型，主要有Ohama模型、Konietzko模型[8]。Konietzko结构模型包括均匀分散、水泥水化、形成SBCM膜、形成硬化SBCM水泥共基体4个过程，认为水泥水化物与SBCM形成了相互贯穿的互穿网络结构。Ohama模型包括乳胶粒子在水泥浆体中均匀分散、在毛细孔中乳胶粒子聚集、形成SBCM膜结构3个过程，认为SBCM网膜包裹水泥硬化浆体。这些结构模型机理具有普适性，因此，也适用于SBCM。此后，关于MCBM微观结构研究的报道日益增多。李祝龙对SBCM改性水泥基材料的机理也进行了分析，发现SBCM乳胶膜在水泥水化产物中穿梭，最终形成了网状结构。姚红云也对羧基丁苯类SBCM改性混凝土机理做了分析，微观结构分析表明：羧基丁苯类SBCM在混凝土中交织成网状胶膜，增大了水泥比表面积，从而使水泥水化反应更充分，微应力更分散，故混凝土的强度得到提高，耐久性得到改善。

4．SBCM对改性水泥基材料的孔结构影响

梅英军研究了SBCM对砂浆收缩性能改善机理，认为：（1）SBCM的掺入使砂浆的平均孔径、中值孔径及最可几孔径等减小、无害孔增多，有害孔及多害孔数量减少；（2）使砂浆闭口孔隙率增加，总孔隙率略有下降。王茹]研究了SBCM改性水泥砂浆孔结构的影响。发现当SBCM加入量大于10%时，孔隙率和大孔直径增大。张金喜等研究了SBCM改性水泥砂浆，结果表明：SBCM乳液具有细化水泥砂浆孔隙的作用。

5.结束语

在工业上SBL采用多釜串联的连续生产操作，该生产工艺过程自动控制程度高而且生产规模较大，这就降低了生产成本，而且，SBCM应用便利，这些优点致使其应用广泛，发展前景具大。目前，丁苯水泥改性剂改性水泥基材料的研究主要包括以下几个方面：性价比问题、可再分散乳胶粉末、钢筋混凝土结构的修补材料、节能和环境友好水泥基复合材料、使用寿命问题、人造大理石复合改性以及再利用等方面。与性能研究相比，研究丁苯水泥改性剂改性水泥基材料的机理较少。近年来，用于研究SBCM改性水泥基材料改性机理的研究方法日益增多，比如结合状态及元素分析法、物质鉴定、本体及表面结构观测法等。但由于改性水泥基材料结构及其水化过程较为复杂，加之不同种类的水泥改性剂在其中的作用及其程度也不一样，尚有许多问题需进一步研究，有以下几方面：比如对丁苯水泥改性剂改性水泥基材料进行系统研究，构建理论模型，优化结构设计；结合市场对产品使用性能的要求，研究丁苯水泥改性剂在不同条件下的改性情况；同时，合理运用先进的检测技术，从基础理论方面研究丁苯水泥改性剂改性水泥基材料的改性机理。随着人们对丁苯水泥改性剂的改性机理的进一步研究，必将会对高性能多功能丁苯水泥改性剂改性水泥基材料的研究与开发起到极大的促进作用。

参考文献

[1]李祝龙，梁乃兴.丁苯聚合物乳液对水泥水化硬化的影响[J].建筑材料学报，1999，2（1）：6-10.

[2]熊剑平，梁乃兴.丁苯橡胶对水泥水化过程及水泥石微观结构的影响[J].硅酸盐学报，1994，22（4）：340

[3]李祝龙，梁乃兴，吴德平，景蔚君.聚合物水泥基材料的机理分析[J].公路交通科技，2005，22（5）：63-66.

[4]姚红云，梁乃兴，蒙井玉.羧基丁苯聚合物改性混凝土性能及其机理[J].公路交通科技，2004，21（8）：13-16.

[5]梅迎军，李志勇，王培铭，梁乃兴.SBL对水泥砂浆长期收缩性能影响及机理分析.土木建筑与环境工程，2009，31（3）：142-146.

[6]张金喜，金珊珊，张江，等．聚合物乳液改性水泥砂浆基本性能研究［J］．北京工业大学学报，2009，35（8）：1062-1068．