聚丙烯酰胺对混凝土耐久性的影响研究

由于普通混凝土抗拉强度低、极限应变小、弯曲韧性差、脆性大、易开裂等缺点，导致混凝土路面与桥面铺装病害严重、使用功能下降、耐久性能衰减。为克服这一缺陷，人们一直在寻求对混凝土性能进行改良的途径，近年来，在混凝土中加入少量有机高分子聚合物，成为对混凝土性能进行改良的一个新动向。因为有机高分子聚合物的长分子链结构以及大分子中的链节或链段的自旋转性，决定其具有与无机非金属材料不同的性质———弹性和塑性，所以在水泥混凝土中加入少量有机高分子聚合物，既可以使混凝土获得高密实度，又不至于使混凝土的脆性加大，这样便可制得高强低脆、耐久性好的混凝土，从而进一步拓宽了混凝土的使用领域。在众多的水泥混凝土改性用聚合物中，水溶性聚合物聚丙烯酰胺(Polyacryamide，简称PAM)因其优异的物理化学特性，已在各行业中受到广泛应用。但将PAM应用于水泥混凝土的并不多，本文采用聊城泰丰化工有限公司生产的板桥牌聚丙烯酰胺对水泥混凝土进行改性，研究PAM改性混凝土的抗折强度、层间粘结强度、抗渗性和耐磨性等与PAM掺量的关系。
1 原材料配比及试验方法
1.1 原材料水泥：采用陕西耀县水泥厂生产的秦岭425R硅酸盐水泥，其性能符合规范要求。砂：采用渭河水洗砂，表现密度2.68g/cm3、自然堆积密度1.41g/cm3、含泥量0.8%，细度模数Mx=2.7。碎石：采用陕西临潼产的人工轧制碎石，其中粒径0.5cm～1cm的碎石占30%，粒径1cm～2cm碎石占70%，级配良好。聚丙烯酰胺：采用聊城泰丰化工有限公司生产的板桥牌聚丙烯酰胺，其相对分子质量为6×106，为白色粉末状干粉。
1.2 配合比方案按强度等级C45、坍落度30mm～50mm和砂率39%设计普通防水混凝土作为基准混凝土，PAM按水泥用量的6%、8%、10%三种掺量加入基准混凝土中。具体配合比方案见表1。

1.3 试验方法
(1)抗压强度、抗折强度、抗渗性和耐磨性均按照JTJ053-94规定的方法测定。
(2)层间粘结强度试验方法层间粘结强度的测定目前还没有规定统一的方法，本文参考文献〔3〕的界面粘结强度测试原理，对100mm×100mm×300mm的混凝土试模稍做处理，得一种不用专门加工仪器设备的简便易行之法，该方法是：先浇注一条100mm×100mm×300mm的混凝土试块(配合比1∶1.15∶2.95，W/C=0.44)，在20±1℃的水中养护28d后取出擦干、旋置4h，用钢刷刷净试件表面，然后以试件成型时的侧面为粘结面竖直放入试模正中，两侧的试模底部分别垫上100mm×100mm×5mm的钢板并涂刷脱模剂如图1，再分别浇注防水混凝土、纤维混凝土和聚合物混凝土等新材料，养护28d后按图2所示垫上钢块，在10t压力机上进行测试。按下式计算界面粘结强度。f=f(100×95×2)式中：f—界面粘结强度(Mpa)，F—压力(N)。

2 试验结果与分析
2.1 抗折强度与抗压强度
抗折强度与抗压强度测定结果见表2，试验结果表明，PAM改性混凝土的抗折强度均比普通防水混凝土有明显提高，且有随着PAM掺量的增加而先增加后减少的发展趋势，其中P2组抗折强度提高幅度最大，提高幅度达22.6%。抗压强度均比普通防水混凝土有所减少，且有随着PAM掺量的增加而减少的发展趋势。PAM改性混凝土的脆性系数(压折比)随着PAM掺量的增加而减少，且均被普通防水混凝土降低，说明PAM降脆增柔效果显著。
2.2 层间粘结性能层间粘结强度试验结果见表3，显然PAM改性混凝土的层间粘结强度比普通防水混凝土明显提高，其中P3组提高幅度最大，提高近4倍。而且PAM改性混凝土的层间粘结强度且随着PAM掺量的增加而增加的发展趋势。
2.3 抗渗性抗惨性试验结果见表4，试验结果表明PAM改性混凝土的抗渗性均比普通防水混凝土显著提高，且随着PAM掺量的增加而先增强后降低。其中P2组提高幅度最大，其渗水高度降低91.2%。
2.4 抗磨性抗磨性试验结果见表5，试验结果表明PAM改性混凝土的耐磨性均比普通防水混凝土有明显提高，且随着PAM掺量的增加而增加，其中P1组提高幅度最大，其单位面积磨损量降低21.4%。
3 结语
(1)PAM的加入，使混凝土抗压强度有所下降。
(2)PAM改性混凝土的抗折强度、层间粘结强度和耐久性均比基准混凝土有大幅增强，且随PAM掺量的增加，抗折强度先增长后下降、层间粘结强度一直增加，耐磨性则下降。说明混凝土的抗弯拉能力、粘结性能、耐磨性能均得到改善，且PAM最佳掺量8%。
(3)PAM改性混凝土的脆性系数(压折比)比普通防水混凝土降低，且随着PAM掺量的增加而降低。说明混凝土的脆性减小，柔性增大，PAM的降脆效果良好。
(4)更为突出的是掺PAM的混凝土，其抗渗性和层间粘结强度成倍增长，行渗性提高幅度高达91.2%，层间粘结强度比普通防水混凝土提高4倍。