哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） 应用[6]。
本文采用水性环氧树脂配制树脂改性水泥砂浆，研究环氧树脂掺量对砂浆流动性、强度、粘结强度和抗冻性的影响，获得适合于寒冷地区且修补层较薄的修补材料。
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1国内外发展历史
由水泥、水、骨料、具有胶结性质的聚合物以及外加剂为原材料混合而成的材料，经凝结硬化形成新的整体材料称为聚合物改性水泥基复合材料(Polymer-modified cementitious mixtures)。但是据参考文献，我国习惯上称呼为聚合物改性混凝土，其确切名称应该是聚合物改性水泥基复合材料[7]。
普通的水泥基复合材料(如普通混凝土或水泥砂浆)是非均质、多相无机脆性材料，而且这种多孔材料在外界侵蚀性介质如二氧化碳、水、氯离子、硫酸盐等的侵蚀作用下，会加速破坏，使用寿命大大缩短。加入聚合物材料后，水泥基材料的许多性能如强度、变形能力、粘结性能、防水性能、耐久性能等都会有所改善，改善的程度与聚灰比(固体聚合物的质量与水泥质量之比)、聚合物的品种和性能等有很大关系。
最初应用于混凝土的聚合物是天然的聚合物，如岩石中的地沥青，主要用来胶结砖、防水坝体等。在波特兰水泥混凝土中最早使用聚合物乳液是1909年美国的专利(L.H.Backland)。1922年法国的M.E.Varegyas也申请了专利。1923年，英国人Cresson获得的专利中，天然胶乳被用作改性道路材料，其中水泥作为填料使用。1932年，Bond提出了用合成橡胶胶乳改性水泥基材料的专利；1939年Rodwell提出了合成树脂乳液生产聚合物改性水泥基材料的专利。
在20世纪40～50年代，陆续出现了多种合成聚合物胶乳进行改性的专利，并把橡胶改性水泥砂浆应用到船舶、桥梁的地面和道路的地板涂层，作为防腐和粘结材料。60年代以后，除将合成胶乳用于对水泥混凝土进行改性外，人们开始研究把多种聚合物，例如聚苯乙烯、聚丙烯酸脂、聚氯乙烯等用于水泥砂浆及混凝土改性。70年代以后，人们又开始研究应用不同形态的聚合物，例如应用聚合物单体、树脂、胶乳、聚合物粉末等对水泥砂浆及混凝土改性。
自1971年美国混凝土学会(ACI)成立了548聚合物混凝土委员会以后，从1979年开始，每隔三年左右即组织召开一次聚合物混凝土的国际学术讨论会，80年代至今，世界范围对这一领域研究开发的兴趣与日俱增，并有了大量的科研成果。1981年PIC(Polymer in Concrete)国际委员会成立，负责定期召开国际会议，并定
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哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） 期交流聚合物混凝土方面的信息[8]
在国内，从20 世纪 60 年代开始，我国开始研究聚合物改性水泥混凝土。由于受当时化工技术的限制，聚合物的生产成本较高，并且其质量不能全部满足要求。因此，我国的研究进程一直非常缓慢。但到了80年代，随着化学工业的迅猛发展，关于聚合物领域的研究越来越多，尤其对丙烯酸酯改性水泥砂浆进行了系统的研究，使其成为一种新型的耐腐、耐冻、抗渗的修补材料，成功的被应用于众多工程之中。我国从理论上对聚合物与水泥及其水化产物之间的改性机理有了更加深入的研究。而到了90 年代，我国已具有专供改性水泥基材料使用的商品化聚合物。目前，随着经济水平的提高，聚合物改性水泥砂浆用于提高路面使用性能是必然的发展方向，值得深入研究。中国每年有大量桥面需要用改性水泥基材料铺设和修补[9]。
国际上，美国是世界上最早研究聚合物改性水泥基材料的国家之一，聚合物改性水泥砂浆以及混凝土早就成为一种普遍存在的建筑工程材料。每年用聚合物改性混凝土来修补的道路及桥梁大约有120万平方米，每年采用了聚合物改性混凝土和砂浆的新旧结构达到6万多平方米[10]。
而在日本20世纪70年代，聚合物改性水泥砂浆就成为主要的建筑工程修补材料。其原材料一般是环氧树脂、乙烯聚酯树脂、不饱和聚酯材料和丙稀酸树脂。聚合物改性水泥砂浆主要用作加固及修补。日本在聚合物改性水泥砂浆的研究方面发展十分迅速，粘结材料方面研制了新型液体树脂，如高分子量甲基丙稀酸、甲基丙稀酸、低聚合度的丙稀酸单体以及尿醛等。在聚合物改性水泥砂浆的配比方面，其设计配合比伴随着树脂的不同，出现相应的配比体系。例如，不饱和液体树脂砂浆配比设计体系、掺轻集料砂浆配比设计体系和聚丙基丙稀酸甲醋砂浆配比设计体系[11,12]。
目前，伴随着经济水平的提高，聚合物改性水泥基材料在构筑物的修补与加固方面的应用技术基本成熟，而且改性水泥砂浆具有优异性，因此在一些要求较高的建筑工程中，比如码头、桥面、停车场、建筑防水、粘结材料以及防腐等工程领域都有所应用。
1.2.2聚合物改性砂浆的性能
一般来说，聚合物改性砂浆和混凝土的抗拉强度和抗折强度比水泥砂浆和混凝土有明显提高，而抗压强度则没有明显改善，甚至有所降低。改性砂浆在各种基材上的粘结都比普通水泥砂浆好，而且在相同流动度条件下，其韧性比普通水泥砂浆要好得多，断裂能是水泥砂浆的二倍以上。聚合物改性砂浆的耐磨性也随
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哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） 聚灰比提高而增加。但其弹性模量会因聚合物的加入而减小，变形能力则更大。
此外，聚合物改性砂浆和混凝土具有良好的不透水性、抗氯离子渗透性、抗碳化性和抗冻性，并且其耐候性、耐油性和耐油脂性也较普通砂浆大大提高，但不耐有机溶剂。
一般地，水泥改性用的环氧树脂因为能在水中分散，或者溶于水后能在室温条件下和高碱性环境中进行聚合反应而固化，固化后得到的强度较高，耐候性好，而且还耐水、耐酸、耐碱和耐大多数化学品[13]，所以环氧树脂是水泥砂浆和混凝土改性时经常使用的一种聚合物材料。
环氧树脂乳液是指环氧树脂以微粒或胶体的形态均匀分散在水中形成的乳液。由于环氧树脂不溶于水，只溶于有机稀释剂，因而不能直接用水拌合均匀需要研究一种乳化剂，设法在其大分子链中引入亲水成分，使得其能够溶解于水。制备水性环氧树脂乳液主要有四种方法：化学改性法、相反转法、机械法以及固化剂乳化法。
人们通常是把环氧树脂、固化剂、改性剂等组分合理配比后，生成水性环氧树脂， 然后将水泥、环氧乳液、砂、外加剂等按照一定比例混合而成的一种聚合物水泥砂浆[14,15]。这种砂浆在一些混凝土建筑物的修补、粘结中特别适用。该砂浆最突出的优点是，可以在潮湿的表面进行施工，因而无需干燥处理清洗构筑物修补界面便可正常施工。室温条件下或者高碱性环境中，环氧树脂乳液溶于水后能进行聚合反应，固化成膜而具有较好的耐候、耐酸、耐水、耐碱以及耐大多数化学品，所以环氧树脂是一种使用比较广泛的聚合物改性材料。
其反应机理是：在聚合物改性水泥砂浆材料混合后，由于小分子聚合物颗粒均匀地分散在水泥浆之中，形成聚合物水泥浆体。在水泥水化的同时聚合物凝胶逐步固化成膜，同时，液相中的Ca(OH)2也随之达到饱和状态，这时水泥水化物颗粒的表面覆盖了聚合物颗粒。伴随着水泥水化反应的继续进行，改性水泥砂浆中的水分不断被使用，水泥的水化产物越来越多，水泥石结构逐渐形成，聚合物颗粒逐渐被分散在水泥砂浆的空隙中。由于水分不断损耗，毛细孔中的水分越来越少，小分子聚合物颗粒之间伴随着水分的蒸发，通过相互靠近而发生聚合反应，形成贯穿交联的分子膜。聚合物反应生成的三维网状结构穿插于水泥水化物之中，改善了改性水泥基材料的致密性，降低了渗透性。
1.2.3水性环氧乳液改性水泥砂浆的研究
目前，前人所做的研究如下：陈友治、李芳贤[16-18]等在水性环氧乳液体系中掺入矿渣粉，探讨了双掺环氧乳液与矿渣粉对水泥砂浆性能的改善及其机理。结
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哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） 果显示，双掺后水泥砂浆的抗折、抗压强度均有显著提高，双掺乳液与矿渣粉起到了减水效应、火山灰效应、密室效应以及固化交联等共同作用，使得改性水泥砂浆力学性能明显提高。双掺后，水化产物中氢氧化钙减少。
田甜[19]选用两种环氧当量不同的水性环氧树脂乳液，以不同掺量来研究改性水泥砂浆性能。结果表明，环氧树脂乳液具有引气、减水效果。当水泥砂浆中掺入环氧乳液后，砂浆密度降低而凝结时间延长。同时，不同搅拌方式、搅拌时间会导致乳液改性水泥砂浆含气量不同。所采用的两种水性环氧改性砂浆的早期抗压强度均在一定程度上下降，但后期抗压强度增长较快。不同养护方法对水性环氧乳液改性砂浆的力学性能也具有重要的影响，通过试验得出改性水泥砂浆的最佳养护条件。
杨相玺[20]制备出高沸醇木质素水性环氧树脂乳液。结果表明，当乳化剂与环氧树脂质量比大于13%时，水性环氧树脂乳液改性水泥砂浆的韧性要高于高沸醇木质素环氧树脂改性水泥砂浆的韧性。扫描电镜结果显示，聚合物在水泥水化产物表面形成三维网状结构。
环氧树脂乳液改性砂浆性能其改善程度与很多因素相关，而前人所做的多是以下几个因素对性能影响的研究：养护方法；环氧乳液的掺量(P/C)；掺合料（粉 然而对于环氧乳液掺量的变化对改性砂浆的影响一直存在着争议。钟世云和Sakai等研究结果表明，在相同水灰比条件下，砂浆抗压强度随聚灰比增大单调减小；魏涛、蒋硕忠等在水乳环氧水泥砂浆的配合比和性能研究中，得出的结论则是在一定范围内，砂浆抗压强度随聚灰比的增大而增加。
煤灰、硅灰等）的掺加；外加剂的掺加；
1.3主要研究内容
结合前文论述，选用了上海绿嘉水性涂料有限公司生产的水性环氧树脂乳液，用其改性水泥砂浆。首先，研究了改性水泥砂浆的新拌性能：流动度、凝结时间以及含气量等随掺量增加的变化规律。接着探讨改性砂浆的抗折、抗压强度，并对单掺乳液与双掺粉煤灰与乳液对水泥砂浆性能的改善进行探讨。通过粘结抗折强度试验，分析单掺与双掺环氧乳液和粉煤灰以及两种粘结界面情况下粘结性能。并利用快冻法分析环氧树脂乳液对水泥砂浆抗冻性的影响。本文主要研究内容如下：
(1) 分析论证国内外环氧树脂改性水泥砂浆的研究现状，确定试验内容。 (2) 测试环氧树脂乳液对改性水泥砂浆新拌性能的影响，包括流动性，密度，含气量及凝结时间等。
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哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） (3) 测试环氧树脂乳液改性水泥砂浆试件的3d、7d、28d抗折及抗压强度，并测试粘结试件的28d粘结强度，分析环氧树脂乳液掺量变化对其强度及粘结性能的影响。
(4) 利用快冻法测试分析环氧树脂乳液掺量对改性水泥砂浆试件抗冻性的影响。
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