桥面用聚合物混凝土性能研究.pdf

2 0 1 5年第 5期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i n g 1 6 3 文章 编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 0 5 - 0 1 6 3 0 3 桥 面用聚合物混凝 土性 能研 究 李林香 ， 罗志权。 ， 陈 斌 ， 谭盐宾 ， 李化建 ， 连新奇。 ( 1 中国铁道科 学研 究院 铁道建筑研究所 ， 北京1 0 0 0 8 1 ； 2 高速铁路轨道技术国家重点实验室 ， 北京1 0 0 0 8 1 ； 3 海南高速铁路有 限公 司 ， 海南 海 口 5 7 0 1 0 0 ) 摘 要 ： 采 用试验 研 究 了不 同 E V A乳 液掺 量 的桥 面 用聚合 物混 凝 土的抗 压 强度 、 抗 折 强度 和 弹性模 量 ， 并 用折压比和弹性模量表征 了聚合物混凝土的抗裂性。试验结果表明： 随着聚合物掺量的增大 ， 混凝土的 抗压强度减小， 抗折 强度 变化不大， 折压比增大， 韧性增加 ， 抗裂性提 高； 随着聚合物掺量的增大， 混凝土 的弹 性模 量 降低 ， 变形 适应 性增 强 ， 抗 裂性提 高 ； 聚合 物 的活性 作 用、 桥键 作 用和 充填 作 用改善 了混凝 土 的物 理 结构及 内应 力 ， 使 得 聚合 物 混凝 土有 较好 的韧 性及 变形 适应 性 。 关 键 词 ： 聚合 物混 凝 土 韧 性 变形适应 性 中 图分类 号 ： T U 5 2 8 0 4 1 文 献标 识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 5 0 5 4 1 近年来混 凝土桥面板开裂的现象引起了广泛关 注， 因为裂缝会导致钢筋锈蚀和混凝土劣化 ， 从而缩短 桥 面板 的使用 寿命 。 而桥 面板 的破坏 会 直接 导致 桥 面 系 的破 坏 ， 影 响道 路 畅 通 ， 并 造 成经 济 损 失 。 目前 现 浇桥 面 板多 采用 纤 维 混 凝 土来 提 高抗 裂 性 能 ， 纤 维 混凝土早期抗裂性显著提高 ， 但在后期桥梁运营中， 混 凝 土 在温 度应 力 和荷 载 等 因素作 用 下 容 易产 生 裂 缝 。 而且 掺加 纤维 后 ， 混 凝 土 和 易性 变 差 ， 施 工 性 能 变 差 。 聚合物改性水泥基材料因其在变形能力 、 弯拉强度 、 防 水性能、 耐久性等方面的卓越性能 已被越来越广泛地 应用在公路隧道路 面 。常用 的聚合物乳液有丁苯 胶乳( S B R) 、 丙烯酸酯乳液 ( P A E) 、 苯丙乳液 ( S A E) 、 乙烯一 乙酸乙烯共聚物 ( E V A) 等。不 同的乳液对 混 凝土的改性效果不同， 即使同一种乳液 ， 由于共聚物中 结构 单体 含 量 不 同 ， 对 混 凝 土 的 改 性 效 果 也 有 差 异 。 其 中 E V A乳 液 与水 泥 的适 应 性 好 ， 而 且 成 本 较 低 ， 因 此应用较广。本文 以 E V A乳液为研究对象 ， 研究了不 同聚合物掺量时聚合物混凝土的抗压强度 、 抗折强度 和 弹性模 量 。 1 试验 1 1原材 料及 配 合 比 水 泥 为金 隅水泥 厂生 产 的 P 04 2 5 普通 硅 酸盐 水 泥 ； 粉煤灰为元 宝山 电厂 I级 粉煤灰 ； 聚合物乳液 为 E V A乳 液 ， 牌 号 为 7 0 7， 固含 量 为 5 4 ； 减 水 剂 为 天 津 雍阳 U N F 5 A S T聚 羧 酸 系 高效 减 水 剂 ， 减 水 率 为 2 5 ； 引 气剂 为江 苏苏 博特 有机 硅类 引气 剂 ； 砂子 为 天 然河砂 ， 细度模数为 2 6 ， 含泥量为 1 0 ； 石子为 5 2 0 m m连续级配碎石 ， 含泥量 为 0 2 。该试 验混凝 土配合 比如 表 1所 示 。 聚合 物 掺 量 分 别 为 0 ， 2 5 ， 5 0 ， 7 5 和 1 0 0 ， 聚 合 物 乳 液 中 的水 折 算 到 拌 合水中， 每种配合 比保持相同的水胶比 0 3 1 。 表 1混凝土配合 比 k g m 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 2 1 7 ； 修 回 日期 ： 2 0 1 5 - O 1 - 2 9 基金 项目 ： 中国铁路总公司科技研究开发计划项 目( 2 0 1 4 G 0 0 4 - R) 作者简介 ： 李林香 ( 1 9 7 5 一) ， 女 ， 山西繁峙人 ， 助理研究员 ， 博 士。 1 2试 验 方法 按照 普 通 混 凝 土 力 学 性 能 测 试 方 法 ( G B 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ) 对混 凝 土试 件 进 行 抗 压 强 度 、 抗 折 强 度 和弹性模量的测试 。 铁道建筑 2 试 验结果与讨论 2 1 聚合 物掺量 对 混凝 土抗压 强度 的影 响 聚合 物掺 量 对 混 凝 土 抗 压 强 度 的影 响如 图 1所 示 。从 图 1可 以看 出 ， 随 着聚合 物 掺量 的增 加 ， 混凝 土 抗压强 度逐 渐降低。2 8 d龄 期， 聚合物掺 量分 别 为 2 5 ， 5 0 ， 7 5 和 1 0 O 时 ， 混 凝 土 抗 压 强 度 分 别为基准混凝土 的 9 3 ， 8 6 ， 8 7 和 7 3 。当聚合 物掺量为 1 0 0 时 ， 混凝 土抗 压强度降低 比较 明显 。 这是因为当混凝土中掺加 聚合物乳液后 ， 柔性的聚合 物均匀分布在水泥水化产物中， 削弱了水泥石抵抗荷 载破 坏 的 能 力 。因 此 随 着 混 凝 土 中 聚 合 物 掺 量 的 增 加 ， 混凝 土 的抗 压 强度逐 渐 减小 。 8 0 7 0 6 O 皇5 0 越 矮4 0 3 0 2 0 1 0 7 d 龄期 图 1 聚合物掺量对混凝 土抗压强度 的影 响 2 2 聚合物掺量对混凝土抗折强度的影响 聚合 物掺 量 对 混 凝 土 抗 折 强 度 的影 响 如 图 2所 示。从 图 2可以看出 ， 随着混凝土中聚合物掺量的增 加 ， 昆凝 土的抗 折强 度先 降低 后增 加 ， 但 总体 变化 幅度 不大 。2 8 d龄 期 ， 聚 合 物 掺 量 分 别 为 2 5 ， 5 0 ， 7 5 和 1 0 0 时 ， 混凝 土 抗 折强 度 分 别 为 基 准混 凝 土 的 9 0 ， 1 0 0 ， 9 3 和 1 0 7 。混 凝 土 抗 折 强 度 指 的是 混凝 土在 弯 曲应 力 下 ， 单 位 面 积上 所 能 承 受 的 最 3d 7 d 龄期 大荷 载 。所 以抗 折 强度 的大小 一 方面反 映 了混凝 土抵 抗 破 坏 的能力 ， 另一 方 面 反 映 了混 凝 土 抵 抗 弯 曲 变 形 的 能力 。混凝 土 中掺 加 了 聚合 物 后 ， 虽 降 低 了混 凝 土 抵 抗 荷载 破坏 的能 力 ， 但 另 方 面增 加 了混 凝 土 抵 抗 弯 曲变形 的 能力 。 由于 两方 面 的相 反 作 用 ， 致 使 混 凝 土抗 折强 度 总体变 化不 大 。 2 3 聚合 物掺 量对 混凝 土弹 性模 量 的影 响 聚合 物 掺量 对 混 凝 土 弹 性 模 量 的 影 响 如 图 3所 示。从图 3可以看出， 随着聚合物掺量的增加 ， 混凝土 的弹性模 量逐 渐 降低 。2 8 d龄 期 ， 聚 合物 掺 量 分 别 为 2 5 ， 5 0 ， 7 5 和 1 0 0 时 ， 聚 合 物 混 凝 土 弹 性 模 量分别 为 基 准 混 凝 土 的 9 8 ， 9 2 ， 8 1 和 7 6 。 弹 性模 量是 反 映混凝 土 变 形 能力 的一 个 量 值 ， 随着 混 凝 土 中聚合 物掺 量 的增加 ， 混凝 土 中的柔 性组 分增 加 ， 使得混凝土的刚度降低 ， 变形适应性增强。 言 曼 咖 融 3 d 7 d 2 8 d 龄期 图 3 聚合物掺量 对混凝 土弹性模量的影响 2 4聚 合物 混凝 土的抗 裂性 分 析 不 同聚合 物掺 量时 混凝 土折 压 比的变 化规 律如 图 4所示 。从 图 4可 以看 出 ， 随 着 聚合 物 掺量 的增 加 ， 混 凝 土折 压 比逐 渐 增大 。折 压 比可反 映混凝 土 的韧 性大 小 。韧性 指 的是材 料 在 变形 和 断 裂过 程 中吸 收 能 量 的能 力 ， 也 可 以表示 当材 料 承 受 应 力 时对 折 断 的抵 0 3O 0 2 5 O 2 0 出O 1 5 O 1 0 O 0 5 O 3 d 7 d 2 8 d 龄期 图 2 聚合物掺量对混凝土抗折强度 的影响 图 4 不同聚合物掺量时混凝土折压 比的变化规律 8 7 6 S 4 3 2 日 专 隈辖辗 2 0 1 5年第 5期 李林香等 ： 桥面用 聚合 物混凝 土性能研究 l 6 5 抗 能力 。可 以看 出 ， 随着 聚合 物掺 量 的增 加 ， 混 凝 土 的 韧性逐渐提高， 抵抗折 断的能力增强 ， 从而提 高 了抗 裂性 。 从 2 3节分析得知 ， 随着聚合物掺量的增加 ， 混凝 土的弹性模量逐渐降低 ， 表明混凝土有更好 的变形适 应性 ， 在桥面板承受温度应力和荷载作用时 ， 有更好 的 变 形协 调性 ， 因此 有更好 的抗裂 性 。 2 5 聚 合 物对 混凝 土 改性 的原 因分 析 聚合物对混凝土改性 的主要原 因是产生了以下 3 种作用 。 ： 活性作用 。聚合物乳液 中有表 面活性 剂 ， 从 而改 善 了 昆凝土 的和 易性 ， 减 少 了水泥 的 毛细孔 等有害孔 ， 提高了材料的密实性 和抗渗透能力。桥 键作用。聚合物分子中的活性基因与水泥水化中游离 的离子进行交换 ， 形成特殊的桥键 ， 降低 了材料整体的 弹性模量 ， 改善了水泥浆的内部应力状态， 使得承受变 形的能力增强 。 充填作用 。聚合物乳液迅 速凝结 ， 形 成 坚韧 致 密 的薄 膜 ， 填充 于水 泥颗 粒 之 间 ， 隔 断 了与 外 界联 系的通 道 。 因此 ， 聚合物 的活性作 用 、 桥键 作用 和充填作用 ， 改善了硬化水泥浆体 的物理结构及 内应 力， 降低了混凝土整体的弹性模量 ， 从而提高了水泥基 材料的抗裂性能。 3 结 论 1 ) 随着 E V A乳 液掺 量 的增大 ， 聚 合物 混凝 土 的折 压比提高 ， 韧性增 强 ， 抵抗 折断 的能 力增 强 ， 抗裂 性 提高 。 2 ) 随 着 E V A乳液 掺量 的增 大 ， 聚合 物混 凝 土 的弹 性模量 降低 ， 变形适应性增强 ， 抗裂性提高。 3 ) 鉴 于聚合 物 混凝 土 的抗 压 强 度有 所 降低 ， 建 议 在设计 聚合物混凝土配合比时要考虑满足强度要求。 参 考 文 献 1 陈春 生 ， 魏希忠 桥面板砼 结构 开裂原 因及预 防措施 J 中国西部 科技 ， 2 0 0 6 ( 1 7 ) ： 1 8 1 9 2 韩学 义 关 于 混凝 土桥 面板 裂 缝 J 东 北公 路 ， 2 0 0 1 ， 2 4 ( 1 )： 4 5 3 林 国兴 浅谈现浇混凝 土桥 面板施工 技术 J 广 东科技 ， 2 0 0 7( 8) ： 1 0 7 1 0 8 4 马钢 ， 王波 ， 杨福林 聚合物改性水泥混凝土路面 在忻阜高 速公路 中的应用 J 公路交通科技 ， 2 0 1 1 ( 7 ) ： 4 - 6 5 余 曼丽 ， 马保 国 ， 杨雷 聚合物改性水泥混凝土用 于武汉长 江隧道工程研究 J 中国水运 ， 2 0 0 7 ( 8 ) ： 5 5 5 7 6 涂云霞 水 泥基 聚合 物混凝 土抗 裂性 能 的试 验研 究 D 扬州 ： 扬州 大学 ， 2 0 0 7 7 黄利频 ， 罗素蓉 高 等级公 路混凝 土实 现高折 压 比的配合 比设计 J 武汉理工大学学报 ， 2 0 0 8 ， 3 0 ( 1 2 ) ： 3 7 4 1 8 龙广成 ， 李 哲 ， 丁晨 改 性组 分对 水 泥基 材料 韧性 的 影 响 J 东 南 大 学 学 报 (自然 科 学 版 ) ， 2 0 1 0 ， 4 0( 1 1 ) ： 1 0 7 11 2 9 钟世云 ， 袁华 聚合物 在混凝 土 中的应用 M 北 京 ： 化 学 工业 出版社 ， 2 0 0 3 1 0 刘大智 ， 沈 化荣 ， 储 洪强 ， 等 聚合 物水泥砂 浆 的力 学性 能 与微观机 理 研 究 J 南京 航 空 航 天 大 学 学报 ， 2 0 1 2 ， 4 2 ( 6) ： 8 0 2 8 0 5 S t u d y o n p e r f o r m a n c e o f p o l y me r c o nc r e t e us e d i n b r i d g e d e c k LI Li n x i a n g ， L UO Zh i q u a n 。 ，CHE N B i n ， T AN Ya n b i n 一， L I Hu a j i a n ， L I AN Xi n q i 。 ( 1 Ra i l wa y E n g i n e e r i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e ， Ch i n a Ac a d e my o f Ra i l wa y S c i e n c e s ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 1 ， C h i n a； 2 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y f o r T r a c k T e c h n o l o g y o f Hi g h s p e e d R a i l wa y， Be i j i n g 1 0 0 0 8 1， C h i n a ； 3 Ha i n a n Hi g h - s p e e d Ra i l w a y Co ， L t d ， Ha i k o u Ha i n a n 5 7 0 1 0 0， C h i n a ) Abs t r a c t ： The p a p e r l oo k s i nt o t he p r e s s ur e r e s i s t a n c e， b e n di ng r e s i s t a nc e a nd e l a s ti c mod ul us o f d e c k us e d po l yme r c o nc r e t e o f d i ffe r e nt EVA- e mul s i o n c o nt e nt s， wh ile i n c o r po r a t e s t he e l a s tic m o d ul us wi th th e be nd ing r e s i s t a nc e p r e s s ur e r e s i s t a nc e r a ti o in the a s s e s s m e nt o f c r a c k ing r e s i s t a nc e pe r f o r ma n c e The r e s u l t s indi c a t e tha t a s th e po l ym e r c o nt e nt i nc r e a s e s， the pr e s s u r e r e s i s t a n c e o f th e c on c r e t e g o e s do wn， whi l e th e b e n di ng r e s i s t a nc e pe r f or m a nc e s ho ws no v i s i bl e c h a ng e I n o th e r wo r d s， the be nd ing r e s i s t a n c e p r e s s u r e r e s i s t a nc e r a t i o r a i s e s ， th e t o u g hne s s i s s e ng t he n e d a nd the c r a c king r e s i s t a nc e i s i mpr o v e d At th e s a me t i m e， th e e l a s tic m o d ul us i s l owe r e d， whil e the a d a p t a b il i t y t o d e f o r ma ti o n i s e n h an c e d Th e p h y s i c a l s t r u c t u r e a n d int e r n al s t r e s s o f the c o n c r e t e s a mp l e s a r e alt e r e d b y the a c ti v i ty o f t he po l y m e r， a s we l l a s t he br i dg e bo nd e ff e c t a nd th e f il l i ng e ffe c t of the s p e c i m e n， a s a r e s ul t p ol yme r c o nc r e t e d e l i v e r s p r o mi n e n t t o u g h n e s s a n d a d a p t a b i l i ty t o d e r ma fi o n Ke y wo r d s ： P o l y me r c o n c r e t e ； To u g h n e s s ； Ad a p tab i l i ty t o d e f o r ma ti o n ( 责任 审编周彦彦)