中天后其最低增重率为.,而相同条件下OPC样品则为.。这可能是由于聚合物将砂浆中气孔和孔洞密封住了,这可能阻止了外部化学物质进入水泥基体,因此避免了海水中金属盐沉积。这些结果表明,当PIC暴露于具有侵蚀性环境中时,其具有一定抗侵蚀能力。图.浸渍于.mol/lHCL溶液下MW-PIC,HW-PIC及OPC样品增重率柱形图(a)以及MW-PIC和HW-PIC样品增重率曲线图(b)由图所示,OPC样品失重率比PIC样品高很多,而由热水浴法和微波法两种方法制得PIC样品,它们失重率却很相似。OPC样品中水泥颗粒与盐酸相互作用,长期暴露于盐酸溶液中会在其表面形成裂纹和孔洞,从而使样品变得可以渗透。由于水泥与盐酸相互作用会生产可溶性盐,这些盐会溶于酸性水溶液中,从而使得样品上承受应力有效荷载面积减小。在分别浸渍于盐酸溶液和海水中天情况下,对OPC和PIC样品剩余抗折强度百分比进行计算与比较。如图所示,.脉冲速度测量脉冲速度测量有助于混凝土样品密实均匀性确定和裂纹检查。超声波脉冲在固体材料中行进速度取决于该材料密度和弹性性能[]。标本测试是根据美国ASTMD:[]标准执行,脉冲速度可由新鲜样品和分别浸泡在酸性和海水中样品确定。记录下超声脉冲在测试样本中正传播所用时间,再用样本长度除以传播时间来计算传播速度。-.抗压强度抗压强度表示材料承受轴向直接推动力量能力,由立方试样在破裂前所能承受最大荷载除以荷载承受截面积所得。该性能评估执行KSL标准,普通水泥砂浆样本和PIC样本所能承载最大断裂荷载测量应使用型号为ServoUTMUS-万能试验机进行。-.抗折强度材料在断裂那一刻时所承受最大压力被定义为材料抗折强度。在弯曲试验中,最高压力在样品表面达到。在对传统水泥砂浆和PIC标本进行弯曲强度评价时应执行KSF:标准[]。而其抗折强度计算则采用型号为数字弯曲拉伸试验机HJ-进行。.耐久性测试这些测试对评估混凝土在工作期间整体性能是非常重要。OPC和PIC样品吸水性及其被暴露于.mol/l盐酸溶液和海水中表现出抗侵蚀能力将被描述在本文后面部分。.吸水性PIC和OPC吸水率评估是通过计算一定时间间隔内样品增重率,按照ASTMC-标准[]执行。-.耐盐酸和海水耐化学性将PIC和OPC样品分别浸渍于各自化学媒介中、、及天后,对其失重率以及残留抗压和抗折强度进行测定,用于对其性能进行评估。本研究使用盐酸是因为其对水泥混凝土危害大于硝酸和硫酸[]。盐酸侵蚀混凝土是因为其与混凝土发生一种分解反应并生成一种可溶性盐,该可溶性盐最终浸出并暴露于水中,进而产生侵蚀。进行暴露于海水中实验研究是为了评估海洋环境下样品性能。海水中有许多种盐,它们会与水泥颗粒水化产物进行反应,而这些对任何一种混凝土结构都有非常大危害!-.抗冻融性抗冻融测试是根据KSF标准[]执行。用于实验传统水泥砂浆和PIC样品尺寸为厘米厘米厘米。OPC和PIC样品在-℃到℃实验温度下进行迅速冻结和解冻实验。结果与讨论.制备首先测量OPC样品在浸渍于MMA中前后质量,随后,确定聚合后OPC中单体和聚合物重量。结果发现,样品在浸渍于MMA中.小时后样品有左右质量增加,而聚合后样品又有约.质量损失。最初质量增加是由于单体渗入到水泥砂浆基体中造成。而上述观测也同样被A.Auskern和W.Horn两人得出并应用,其机理是,聚合物仅占据了水泥基中大约气孔,而这又是因为单体在热聚合过程中单体和水分蒸发损失造成[]。.力学性能-.脉冲速度测量表中脉冲速度测量值向我们揭示了在浸渍并聚合了单体后PIC样品中有着紧凑而密实微观结构。当OPC样品暴露于海水中时,其值有稍微增加,这是由于海水中一些盐渗入到水泥基中造成。当暴露于.mol/l盐酸溶液中,聚合物似乎起到了避免孔洞和裂纹产生作用。表.OPC和PIC标本在暴露于酸和海水前后超声脉冲速度测量样品脉冲速度(km/s)浸渍于化学媒介之前浸渍之后海水.mol/lHCLOPC-...微波法(MW)制PIC...热水浴法(HW)制PIC...-.强度参数图向我们揭示了,相比于OPC样品PIC样品拥有更好力学性能。从观测到抗压与抗折强度来看,PIC性能是OPC两倍。而用热水浴法制得PIC样品又稍优于微波法制得样品。图.PIC和OPC标本力学性能PIC样品在抗压与抗折强度上增强事例可以归因于:抵抗施加在样品上压力有效面积增加,这是由于基体中裂纹和微细孔中存在聚合物。-.OPC与PIC样品耐久性a.OPC和PIC砂浆吸水性OPC和PIC样品吸水率通过计算不同时间间隔样品重量改变来确定,结果在图中展示。水溶解了水泥砂浆中一种水泥水化副产物——氢氧化钙,这一溶解滤出了混凝土结构,因此降低了混凝土耐久性。如图所示,将OPC样品置于水中后,其显示出大约-增重,这一增重过程中初始阶段非常显著,而之后天里增重几乎停滞。在PIC样品中,初始增重率在.左右,天后增加到.,这可能归因于水泥砂浆四周存在聚合物包膜,其阻止了水与水泥颗粒接触。这种聚合物是疏水性,因此不能与水进行任何相互作用。分别用常规热水浴法和微波法制得两类PIC样品有着相似吸水性。图.MW-PIC,HW-PIC及OPC样品吸水率柱形图(a)以及MW-PIC和HW-PIC样品吸水率曲线图(b)b.耐盐酸和海水性下面几段描述了OPC样品和PIC样品分别暴露于.mol/lHCL溶液和海水中不同时间相关评价。图.浸渍于海水环境下MW-PIC,HW-PIC及OPC样品增重率柱形图(a)以及MW-PIC和HW-PIC样品增重率曲线图(b)由图可以看出,由热水浴法和微波法所制得PIC样品浸渍在水中天后其最低增重率为.,而相同条件下OPC样品则为.。这可能是由于聚合物将砂浆中气孔和孔洞密封住了,这可能阻止了外部化学物质进入水泥基体,因此避免了海水中金属盐沉积。这些结果表明,当PIC暴露于具有侵蚀性环境中时,其具有一定抗侵蚀能力。图.浸渍于.mol/lHCL溶液下MW-PIC,HW-PIC及OPC样品增重率柱形图(a)以及MW-PIC和HW-PIC样品增重率曲线图(b)由图所示,OPC样品失重率比PIC样品高很多,而由热水浴法和微波法两种方法制得PIC样品,它们失重率却很相似。OPC样品中水泥颗粒与盐酸相互作用,长期暴露于盐酸溶液中会在其表面形成裂纹和孔洞,从而使样品变得可以渗透。由于水泥与盐酸相互作用会生产可溶性盐,这些盐会溶于酸性水溶液中,从而使得样品上承受应力有效荷载面积减小。在分别浸渍于盐酸溶液和海水中天情况下,对OPC和PIC样品剩余抗折强度百分比进行计算与比较。如图所示,.L.Czarnecki,A.GarbaczandK.Kurzydlowski,Proc.ofVIIIinternationalcongressonpolymersinconcrete,Belgium,()..J.E.BrumandJ.E.Domaingue,Thebattleofreinforcedconcreteinconcreterepairs,,PalladiumPublications,London()..D.ErlinandG.J.Verbeck,Corrosionofmetalinconcrete:Neededresearch,ACIspec.Publ.,SP-,()..Kopycinski,Bronislaw,Proc.ofColloq.Intern.DurabiliteBetons,Rappt.Prelim.Prague,CAN:,AN:,()..B.Gyorgy,C.ErikaandT.Ferenc,Proceedingsofthethinternationalcongressonthechemistryofcement,Gothenburg,June-,CODEN:IBAI,()..NairPriya,E.T.ThachilandA.Paul,J.ofAdvancesinCementResearch,(),()..Y.Ohama.CementandConcreteComposites,,()..P.S.MangatandM.K.Limbachiya,ConstructionandBuildingMaterials,(),()..T.SebokandO.Stranel,CementandConcreteResearch,(),()..M.Steinberg,L.E.Kukachka,P.Colombo,J.K.Kelsch,B.Manowitz,J.Dikeou,J.BackstromandRubenstein,Concretepolymermaterials,firsttropicalreport,BrookhavenNationalLaboratory,ReportNo.BNL-(T-),()..A.M.Neville,Propertiesofconcrete,thEdition,PrenticeHall()..Standardtestmethodforlaboratorydeterminationofpulsevelocitiesandultrasonicelasticconstantsofrock,ASTMD-()..Testingmethodforcompressivestrengthofhydrauliccementsmortar,KSL()..Testmethodsforpolymermodifiedmortars,KSF()..Standardtestmethodformeasurementofrateofabsorptionofwaterbyhydrauliccementconcretes,ASTMC-..Y.OhamaandS.Chandra,Polymersinconcrete,thchapter,NoyesPublications()..Testmethodforresistanceofconcretetorapidfreezingandthawing,KSF()..A.AuskernandW.Horn,J.Am.Ceram.Soc.,(),()..J.A.Brydson,Plasticmaterials,thEdn.,ButterworthHeinmannPublishers,Oxford()..A.K.Mullick,CRajkumarandN.K.Jain,ndInt.conf.ondurabilityofconcrete,Malhotra,V.M.,Ed.,MontrealSP--,()..Y.OhamaandS.Chandra,Polymersinconcrete,thchapter,NoyesPublications,USA(). 聚甲基丙烯酸甲酯浸渍砂浆的力学性能和耐久性PriyaNair,DuHyunKu,ChulWooLee,JungSoonPark,HunYoungPark,andWonMookLee化学工程系,大田大学,大田305-719,韩国京董工程有限公司,1107,飞山洞,东安区,安阳市,京畿道处做431-050,韩国(收于2009年8月10日•接受于2009年9月15日)摘要:聚合物浸渍混凝土(PIC)因较其它种类的聚合物水泥复合材料展示出更好的强度及耐久性能而为众人所周知。
在本研究中,所描述的单体是浸渍在水泥砂浆中并通过两种方法聚合——传统热处理法和使用微波法。
.脉冲速度测量脉冲速度测量有助于混凝土样品密实均匀性确定和裂纹检查。超声波脉冲在固体材料中行进速度取决于该材料密度和弹性性能[]。标本测试是根据美国ASTMD:[]标准执行,脉冲速度可由新鲜样品和分别浸泡在酸性和海水中样品确定。记录下超声脉冲在测试样本中正传播所用时间,再用样本长度除以传播时间来计算传播速度。-.抗压强度抗压强度表示材料承受轴向直接推动力量能力,由立方试样在破裂前所能承受最大荷载除以荷载承受截面积所得。该性能评估执行KSL标准,普通水泥砂浆样本和PIC样本所能承载最大断裂荷载测量应使用型号为ServoUTMUS-万能试验机进行。-.抗折强度材料在断裂那一刻时所承受最大压力被定义为材料抗折强度。在弯曲试验中,最高压力在样品表面达到。在对传统水泥砂浆和PIC标本进行弯曲强度评价时应执行KSF:标准[]。而其抗折强度计算则采用型号为数字弯曲拉伸试验机HJ-进行。.耐久性测试这些测聚甲基丙烯酸甲酯浸渍砂浆力学性能和耐久性PriyaNair,DuHyunKu,ChulWooLee,JungSoonPark,HunYoungPark,andWonMookLee化学工程系,大田大学,大田-,韩国京董工程有限公司,,飞山洞,东安区,安阳市,京畿道处做-,韩国(收于年月日•接受于年月日)摘要:聚合物浸渍混凝土(PIC)因较其它种类聚合物水泥复合材料展示出更好强度及耐久性能而为众人所周知。在本研究中,所描述单体是浸渍在水泥砂浆中并通过两种方法聚合——传统热处理法和使用微波法。之后对暴露于化学环境下样品力学性能和耐久性进行评价。上述研究显示,PIC样品强度几乎比传统水泥砂浆好-倍,甚至长期暴露在化学介质中,其耐化学性也十分出众。这可能归功于水泥砂浆中聚合物所形成保护层,其可以防止水泥颗粒与外部化学介质相互作用。本文对于两种制备方法制得PIC样品性能也进行了比较和讨论。关键词:耐久性,水泥砂浆,复合材料,聚合物,强度简介混凝土是一种通用,并广泛应用于土木工程领域结构材料。其良好耐久性记录为众人所关注,尤其是当暴露在极端环境下[,]。然而有现象显示,如果不对混凝土进行恰当预防措施,将会对其产生很大损害。工业化到来导致了早期恶化,由于嵌入式钢筋腐蚀和混凝土保护层削落而导致其内钢筋外露使得混凝土结构不稳定[,]。耐久性是水泥混凝土抵御风化、化学侵蚀、磨损或其他任何恶化过程能力。造成混凝土结构恶化原因可能是物理、机械或化学。外部化学侵蚀通过氯化物、硫酸盐、二氧化碳和许多自然或工业液体[]和气体行为发生[]。大多数恶化进程最终导致混凝土过度膨胀开裂。在某些情况下,这些问题可以通过使用含有一种有机聚合物或树脂[]材料来代替硅酸盐水泥或将两者结合起来使用得到解决。这些相对较新材料具有更高强度、提高了耐久性、耐腐蚀性、减少水渗透和更好耐冻融循环能力。在水泥混凝土和砂浆中利用聚合物来增强其耐久性和其它性能不是一个全新话题。在聚合物浸渍混凝土(PIC)中,聚合物部分或完全浸渍于普通混凝土中水和空气所填满气孔中,从而增加了水泥混凝土或砂浆强度和耐久性[,]。PIC显微结构揭示了一个不透水基质,其中水泥水化阶段,聚合阶段和连续聚合物相相互渗透[,]。在这项工作中,PIC样品制备通过将甲基丙烯酸甲酯(MMA)浸渍到预制水泥砂浆中,并使用两种不同技术聚合。通过对PIC力学性能和其在酸和海水中抗恶化性能评估来对这些复合材料进行性能评估。这些特性与未加入甲基丙烯酸酯单体预制水泥砂浆进行了比较。实验部分.原材料使用符合韩国标准KSL普通硅酸盐水泥和沙子来进行这些样品制备。水灰比(W/C)为.,而水泥,沙子和水混合比例为:.:.。用三维尺寸为厘米厘米厘米,重约克OPC砂浆立方样本来确定抗压强度,而抗折强度确定则用试样尺寸为厘米厘米厘米,重约克试样样本。所有样本均应在水泥,沙子和水混合后养护天后再进行浸渍和聚合。.浸渍和聚合预制砂浆样本应在热空气炉(三友科技公司)中,在℃温度下干燥小时。之后将其冷却至室温并称重后进行聚合。所用MMA中混有质量分数为,'-偶氮二异丁腈(引发剂)。将砂浆样品浸入上述MMA混合物中,并在室温下将其放入内置超声振动系统水浴中,放置.小时。样品经烘干,称重,并在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)包装袋中进行真空包装,以防止聚合物单体在聚合过程中损失。由两种不同方法对样品进行热聚合,即使用传统方法和微波法。(一)在传统方法中,将浸渍砂浆标本装于PET包装袋中,并浸泡在℃在热水中进行小时均匀加热。(该法所获产品记为:HW-PIC)(二)微波法制得聚合样本是将样品置于频率为MHz温度为℃微波反应器中进行小时微波处理(该法所获产品记为:MW-PIC)。聚合后样品被除去PET包装袋,冷却至室温后称重。.力学性能本章节研究PIC与OPC样品性能有:砂浆基体均匀性,样品承载能力以及样品抗折断裂点应力。-.脉冲速度测量脉冲速度测量有助于混凝土样品密实均匀性确定和裂纹检查。超声波脉冲在固体材料中行进速度取决于该材料密度和弹性性能[]。标本测试是根据美国ASTMD:[]标准执行,脉冲速度可由新鲜样品和分别浸泡在酸性和海水中样品确定。记录下超声脉冲在测试样本中正传播所用时间,再用样本长度除以传播时间来计算传播速度。-.抗压强度抗压强度表示材料承受轴向直接推动力量能力,由立方试样在破裂前所能承受最大荷载除以荷载承受截面积所得。该性能评估执行KSL标准,普通水泥砂浆样本和PIC样本所能承载最大断裂荷载测量应使用型号为ServoUTMUS-万能试验机进行。-.抗折强度材料在断裂那一刻时所承受最大压力被定义为材料抗折强度。在弯曲试验中,最高压力在样品表面达到。在对传统水泥砂浆和PIC标本进行弯曲强度评价时应执行KSF:标准[]。而其抗折强度计算则采用型号为数字弯曲拉伸试验机HJ-进行。.耐久性测试这些测试对评估混凝土在工作期间整体性能是非常重要。OPC和PIC样品吸水性及其被暴露于.mol/l盐酸溶液和海水中表现出抗侵蚀能力将被描述在本文后面部分。.吸水性PIC和OPC吸水率评估是通过计算一定时间间隔内样品增重率,按照ASTMC-标准[]执行。-.耐盐酸和海水耐化学性将PIC和OPC样品分别浸渍于各自化学媒介中、、及天后,对其失重率以及残留抗压和抗折强度进行测定,用于对其性能进行评估。本研究使用盐酸是因为其对水泥混凝土危害大于硝酸和硫酸[]。盐酸侵蚀混凝土是因为其与混凝土发生一种分解反应并生成一种可溶性盐,该可溶性盐最终浸出并暴露于水中,进而产生侵蚀。进行暴露于海水中实验研究是为了评估海洋环境下样品性能。海水中有许多种盐,它们会与水泥颗粒水化产物进行反应,而这些对任何一种混凝土结构都有非常大危害!-.抗冻融性抗冻融测试是根据KSF标准[]执行。用于实验传统水泥砂浆和PIC样品尺寸为厘米厘米厘米。OPC和PIC样品在-℃到℃实验温度下进行迅速冻结和解冻实验。结果与讨论.制备首先测量OPC样品在浸渍于MMA中前后质量,随后,确定聚合后OPC中单体和聚合物重量。结果发现,样品在浸渍于MMA中.小时后样品有左右质量增加,而聚合后样品又有约.质量损失。最初质量增加是由于单体渗入到水泥砂浆基体中造成。而上述观测也同样被A.Auskern和W.Horn两人得出并应用,其机理是,聚合物仅占据了水泥基中大约气孔,而这又是因为单体在热聚合过程中单体和水分蒸发损失造成[]。.力学性能-.脉冲速度测量表中脉冲速度测量值向我们揭示了在浸渍并聚合了单体后PIC样品中有着紧凑而密实微观结构。当OPC样品暴露于海水中时,其值有稍微增加,这是由于海水中一些盐渗入到水泥基中造成。当暴露于.mol/l盐酸溶液中,聚合物似乎起到了避免孔洞和裂纹产生作用。表.OPC和PIC标本在暴露于酸和海水前后超声脉冲速度测量样品脉冲速度(km/s)浸渍于化学媒介之前浸渍之后海水.mol/lHCLOPC-...微波法(MW)制PIC...热水浴法(HW)制PIC...-.强度参数图向我们揭示了,相比于OPC样品PIC样品拥有更好力学性能。从观测到抗压与抗折强度来看,PIC性能是OPC两倍。而用热水浴法制得PIC样品又稍优于微波法制得样品。图.PIC和OPC标本力学性能PIC样品在抗压与抗折强度上增强事例可以归因于:抵抗施加在样品上压力有效面积增加,这是由于基体中裂纹和微细孔中存在聚合物。-.OPC与PIC样品耐久性a.OPC和PIC砂浆吸水性OPC和PIC样品吸水率通过计算不同时间间隔样品重量改变来确定,结果在图中展示。水溶解了水泥砂浆中一种水泥水化副产物——氢氧化钙,这一溶解滤出了混凝土结构,因此降低了混凝土耐久性。如图所示,将OPC样品置于水中后,其显示出大约-增重,这一增重过程中初始阶段非常显著,而之后天里增重几乎停滞。在PIC样品中,初始增重率在.左右,天后增加到.,这可能归因于水泥砂浆四周存在聚合物包膜,其阻止了水与水泥颗粒接触。这种聚合物是疏水性,因此不能与水进行任何相互作用。分别用常规热水浴法和微波法制得