我國聚合物混凝土的研究現狀*

趙昆璞，徐曉沐，毛繼澤，劉宗民**（.哈爾濱工程大學 航天與建筑工程學院，黑龍江 哈爾濱 5000；2.黑龍江省科學院 高技術研究院，黑龍江 哈爾濱 50020）

?

綜述與專論 Summarization and Special Comment

我國聚合物混凝土的研究現狀*

趙昆璞1，徐曉沐2**，毛繼澤1，劉宗民1**
（1.哈爾濱工程大學 航天與建筑工程學院，黑龍江 哈爾濱 150001；2.黑龍江省科學院 高技術研究院，黑龍江 哈爾濱 150020）

摘要：聚合物混凝土具有優(yōu)良的性能，逐步成為一種新型建筑材料，但其成本是普通水泥混凝土的8～20倍，在一定程度上限制了它的推廣和使用。闡述了聚合物混凝土的特性，以及目前我國在聚合物混凝土領域的研究現狀，并對我國聚合物混凝土的發(fā)展提出了一些建議。

關鍵字：聚合物混凝土；研究現狀；建議

引言

聚合物在混凝土中有三種形式，即聚合物混凝土、聚合物改性混凝土和聚合物浸漬混凝土[1]。聚合物混凝土（PC）是由聚合物代替水泥作為膠結材料與集料拌合、澆筑后經養(yǎng)護和聚合而成的一種混凝土。相對于普通混凝土來說，聚合物混凝土的優(yōu)點就是強度高、密度較小、耐磨損、耐腐蝕、電絕緣性好、耐水性、抗凍性強以及與其他材料粘結性強等，因此它在承載能力和耐久性方面都超過普通混凝土。[2～4]

聚合物改性混凝土（PMC）是指在水泥混合時加入了分散在水中或者可以在水中分散的聚合物材料。它相比于聚合物混凝土而言，由于水泥水化程度的不完全，具有較高的孔隙率，因此會在一定程度上降低材料的抗壓強度[5，6]。由于聚合物改性混凝土的孔隙率較大，會導致其后期收縮增加；另外由于材料較大的空隙率，在潮濕的環(huán)境下容易吸水膨脹，使聚合物改性混凝土的強度明顯下降，大大降低其水穩(wěn)定性[7]。

聚合物浸漬混凝土（PIC）是指將已經水化的水泥混凝土用聚合物單體浸漬，隨后單體在混凝土內部空隙中進行聚合而生成的復合材料。它相比于聚合物混凝土而言，需要的浸漬條件要求較高，生成工藝比較復雜[1]。

聚合物混凝土相比于聚合物改性混凝土和聚合物浸漬混凝土而言，以其較低的孔隙率、較高的抗壓強度和較高的水穩(wěn)定性而得到了國內學者的廣泛關注。闡述了聚合物混凝土的特性，以及目前我國在聚合物混凝土領域的研究現狀，并對我國聚合物混凝土的發(fā)展提出了一些建議。

1　聚合物混凝土的特性

（1）強度高。聚合物膠結料本身強度高，并且膠結材料與骨料之間的黏合力強，因此聚合物混凝土的破壞往往不像水泥混凝土那樣發(fā)生在骨料和填料之間，而是骨料本身首先發(fā)生破壞。所以通常聚合物混凝土的抗壓強度、彎曲強度以及拉伸強度遠遠強于普通混凝土。因此對于許多建筑結構來說，采用聚合物混凝土可使其質量減少到傳統(tǒng)水泥混凝土的1/3[4]。

（2）耐久性好。在聚合物混凝土中，用作膠結材料的聚合物組分最終全部參與固化反應，因而聚合物混凝土中沒有連通的毛細孔，使得聚合物混凝土抗?jié)B透性比水泥混凝土高得多，因而具有優(yōu)良的耐久性能[4]。此外，聚合物混凝土中選擇的聚合物一般都屬于不活潑的化學材料，因此大多數聚合物混凝土都能耐一般的酸、堿、鹽和許多有機溶劑的化學腐蝕，所以在一定程度上增加了聚合物混凝土的耐久性。

（3）施工性能好。聚合物混凝土凝固時間短，可以在常溫和低溫下固化，強度發(fā)展比水泥混凝土發(fā)展快得多，一般24h的強度可以達到最終強度的80%，因此養(yǎng)護周期大大的縮短，有利于寒冷地區(qū)或冬季施工[4]。

（4）粘結性能好。由于聚合物在固化的過程中會形成一種具有較高粘結力的薄膜，這種薄膜可以將填料與聚合物更加牢固地粘結在一起。同時聚合混凝土與水泥混凝土或砂漿、石材、金屬、木材等有良好的黏附性，因此是一種優(yōu)秀的快速修補材料[1]。

（5）環(huán)保性能好。由于聚合物混凝土中采用的填料經常是粉煤灰、高爐礦渣、硅灰等工業(yè)廢料。這樣不僅解決了工業(yè)廢料的處理問題，而且還將其變廢為寶改善了混凝土的性能。因此聚合物混凝土的推廣有利于節(jié)能環(huán)保。

（6）生產成本較高。由于聚合物混凝土的膠結完全靠聚合物，聚合物的用量約占混凝土質量的8%左右。因此聚合物混凝土的價格通常是普通混凝土的8～20倍[8]，在一定程度上限制了它的推廣和使用。

（7）蠕變較大。聚合物混凝土材料所做構件的蠕變性是采用水泥混凝土材料所做構件蠕變性的2～3倍，并且蠕變應變還會隨著聚合物含量的增加而增加[4]。

（8）其他性能。聚合物混凝土具有優(yōu)良的耐磨性、抗沖擊性、減震性能、絕緣性能。同時采用聚合物混凝土材料所做的構件比采用水泥混凝土材料所做的構件具有更好的抗疲勞壽命[4]。

2　國內現狀研究

近年來隨著建筑結構的復雜性的增加以及國家對建筑節(jié)能環(huán)保的要求越來越嚴格。聚合物混凝土以其良好的特性，已經逐步廣泛地運用于化學工業(yè)、建筑工業(yè)、有色冶金工業(yè)以及水利工程等領域[4]。但是由于材料本身存在著價格高、蠕變大等問題，在一定程度上限制了聚合物混凝土的推廣與應用。根據大量文獻和專利闡述聚合物混凝土目前在我國的研究現狀，希望為聚合物混凝土的進一步研究提供參考。

2.1地質聚合物混凝土（無機聚合物混凝土）

2.1.1礦粉地質聚合物混凝土

付亞偉，等[9]以礦粉為原料，摻入硅酸鈉和氫氧化鈉復合激發(fā)劑，制備了大流度、早強高強地質聚合物混凝土。采用150mm×150mm×600mm標準梁進行試驗，并通過燒失量試驗、SEM和EDS分析了材料各齡期的水化程度、微觀結構及強度機理。結果表明：激發(fā)劑顯著提高了礦粉的活性，材料水化1d后其水化程度已經高達52%，并隨齡期的延長逐漸加大；材料28d抗折、抗壓強度最高分別為8.51MPa，91.9MPa，且強度發(fā)展較快，7d抗折、抗壓強度最高分別達7.59MPa，84.8MPa，各齡期的強度均隨礦粉用量或溶膠比的提高而降低；各制備參數對材料工作性能影響程度為：礦粉用量>溶膠比>砂率，在其他條件相同時，材料坍落度隨著礦粉用量或溶膠比的增加而增加，能達到160mm以上。另外通過SEM照片可以看出材料的晶體整體性較好，結構致密，硬化后凝結料和集料黏結牢固，界面強度高，從而使其表現出優(yōu)異的力學性能。

2.1.2粉煤灰地質聚合物混凝土

尹明，等[10]以粉煤灰主要原料，氫氧化鈉與液體硅酸鈉為激發(fā)劑制備的地質聚合物混凝土，分別從骨料摻量、砂率、養(yǎng)護溫度、高溫養(yǎng)護時間四個方面對地質聚合物混凝土抗壓強度的影響進行了測試。結果表明，粉煤灰地質混凝土的抗壓強度隨骨料摻量及砂率的增加先增大后減小，存在一個相對最優(yōu)值；粉煤灰地質聚合物混凝土的早期強度較高，7d以后強度增長較??；粉煤灰地質聚合物混凝土的抗壓強度隨養(yǎng)護溫度的升高而增大，100℃時達到最大值，之后開始降低，且強度增長在高溫養(yǎng)護24 h內基本完成；地質聚合物混凝土的劈拉強度隨著骨料摻量的增加而提高，抗折強度、彈性模量、泊松比都隨著骨料摻量的增加先增大后減小，摻量為70%時達到峰值。李克亮，等[11]使用粉煤灰和堿激發(fā)劑制備粉煤灰基土壤聚合物混凝土，并且系統(tǒng)地研究了其物理力學性能、干縮和耐久性能。結果表明，粉煤灰基土壤聚合物混凝土早期強度相對較低，后期強度增長明顯，極限拉伸值為138×10-6，為普通混凝土的1.08倍，抗拉彈性模量為2.97× 104MPa,是普通混凝土的76.6%，具備了適用的物理力學性能；粉煤灰基土壤聚合物混凝土的干縮主要發(fā)生在早期，14d齡期后的干縮率均顯著小于普通水泥混凝土，在150d齡期時為普通水泥混凝土的71.8%；在3%硫酸鹽溶液中，粉煤灰基土壤聚合物混凝土沒有產生任何膨脹，具有優(yōu)良的抗硫酸鹽侵蝕性能。粉煤灰基土壤聚合物混凝土快速碳化28d的碳化深度為14mm，抗凍等級在F100以上。粉煤灰基土壤聚合物混凝土的水溶性氯離子有效擴散系數較小，為1.79×10-12m2/s，是普通混凝土的30.5%。

2.1.3粉煤灰—偏高嶺土地質聚合物混凝土

張云升，等[12]利用偏高嶺土和粉煤灰為主要原料制備了地質聚合物混凝土。研究中以地質聚合物混凝土的強度為指標尋求地質聚合物的最佳配比；實驗中還采用了標準養(yǎng)護、蒸汽養(yǎng)護、壓汞養(yǎng)護3種養(yǎng)護制度，從中選出了最有利于發(fā)揮膠凝材料活性的養(yǎng)護制度。結果表明，地質聚合物混凝土的最優(yōu)配比和養(yǎng)護工藝為：粉煤灰摻量為30%，80℃蒸汽養(yǎng)護8h。將最優(yōu)的地質聚合物膠結制成混凝土，并對其抗氯離子滲透、抗凍融性能進行了研究，發(fā)現其具有非常優(yōu)異的抗氯離子滲透性和抗凍融性能。

2.1.4粉煤灰—硅灰地質聚合物混凝土

謝子令，等[13]利用粉煤灰、硅灰、固體硅酸鈉、工業(yè)純氫氧化鈉、三聚磷酸鈉為主要原料制備的聚合物混凝土。該發(fā)明專利可以克服現有的地質聚合物配比強度難以控制、激發(fā)劑采用水劑等技術缺點，提供了一種成本低、工藝簡單、無毒無污染、原材料來源廣泛、強度可控的地質聚合物混凝土。這種地質聚合物混凝土有望作為一種耐高溫加固、快速修補、高強高性能材料在相關領域得到運用，并且還對節(jié)約資源，節(jié)省能源和保護環(huán)境意義重大。

2.1.5礦渣—粉煤灰地質聚合物混凝土

羅鑫，等[14]以礦渣、粉煤灰為原料，以氫氧化鈉、碳酸鈉為堿性激發(fā)劑制備的強度等級為C30的高流態(tài)地質聚合物混凝土。通過對高流態(tài)地質聚合物混凝土的動態(tài)壓縮實驗，分析它的在沖擊壓縮荷載下的變形特征。實驗結果表明，高流態(tài)地質聚合物混凝土屬于應變率敏感材料和脆性材料；在高應變率下，高流態(tài)地質聚合物混凝土典型應力應變曲線可以分為壓實擠密階段、彈性階段和軟化、屈服階段；高流態(tài)地質聚合物混凝土的動彈性模量均低于其在準靜態(tài)下的彈性模量；在10～100s-1的應變率范圍內，高流態(tài)地質聚合物混凝土的εc與其在準靜態(tài)下的εc,q相比有了大幅度的提升，體現了明顯的沖擊韌化效應。金鑫，等[15]以礦粉和粉煤灰為主要原料，以氫氧化鈉和水玻璃為堿性激發(fā)劑制備了地質聚合物混凝土。研究中參照國家標準對材料進行基本力學性能試驗，就其彈性模量、泊松比、以及應力-應變全曲線進行了試驗研究，得到如下結論：地質聚合物混凝土彈性模量平均值為3.16× 104MPa，泊松比為0.26。相比于相同等級的普通水泥混凝土的彈性模量小11.8%，而泊松比大22.2%，表明了地質聚合物混凝土的變形性能優(yōu)于普通水泥混凝土。地質聚合物混凝土軸壓試驗的峰值應變平均值為（2250με），高于規(guī)范規(guī)定的峰值應變（2000με）。試驗中得到的應力-應變全曲線與采用的分段式模型吻合較好，適用于混凝土材料的單軸受壓的本構模型，為地質聚合物混凝土本構關系研究提供參考及用于構件和結構的非線性分析。

2.1.6礦渣—偏高嶺土地質聚合物混凝土

王晴，等[17]以礦渣和偏高嶺土為主要原料，低模數水玻璃為激發(fā)劑制備地質聚合物混凝土，以抗壓強度為主要考核指標。按照國家標準[16]對礦渣—偏高嶺土地質聚合物混凝土的制備以及抗壓強度進行測試。結果表明：n（Na2O）/n（Al2O3）=0.3，n （SiO2）/n（Al2O）=3.9，水膠比=3.5時，地質聚合物混凝土抗壓強度達到最大值；通過多元線性回歸分析，建立了地質聚合物混凝土28d強度（y）與凈槳28d強度（X1）、水膠比（X2）之間數學模型為：y=22. 99+0.62X1-21.88X2。另外王晴，等[18]還通過混凝土收縮實驗，研究了水玻璃摻量、水玻璃模數、液固比、膠凝材料用量等因素對地質聚合物混凝土收縮性能的影響。實驗按照國家標準進行。結果表明，隨著水玻璃模數的增加，材料的收縮呈現先降低后增加的趨勢；而增加水玻璃摻量、降低液固比和膠凝材料用量均能降低混凝土的收縮；隨著液固比和膠凝材料用量增加，地質聚合物混凝土的收縮性增大，與普通水泥混凝土變化規(guī)律一致。

2.1.7硅粉—偏高嶺土地質聚合混凝土

李克亮，等[20]使用硅粉、偏高嶺土等鋁制材料為原料，以氫氧化鉀和工業(yè)水玻璃為激發(fā)劑制備地質聚合物混凝土。研究材料的物理力學性能、干縮和耐久性能。結果表明，地質聚合物混凝土比普通混凝土具有更高的抗壓強度、拉伸強度和極限拉伸值；材料的氯離子有效擴散系數較小，為1.03× 10-12m2/s，是普通混凝土的17.5%，具有比普通混凝土更好的抗氯離子侵蝕性能。因此，該材料具有比普通混凝土適用的物理力學性能和優(yōu)良的耐久性能，是一種優(yōu)良的結構新材料。

2.1.8偏高嶺土—陶砂地質聚合物混凝土

胡曙光[21]利用陶砂和高嶺土等原料，在改性水玻璃堿性激發(fā)劑的作用下，制備了偏高嶺土—陶砂地質聚合物混凝土，并對材料進行高溫性能測試，利用電子掃描電鏡（SEM）分析試樣28d齡期的偏高嶺土—陶砂界面結構經950℃高溫煅燒前后的變化情況。結果表明，偏高嶺土—陶砂地質聚合物混凝土具有優(yōu)異的耐高溫性能；陶砂表面地質聚合物混凝土的厚度是影響材料耐高溫性能的主要因素，漿體太厚，受熱時內部水蒸氣向外釋放困難而將結構破壞，太薄，又不足以將陶砂牢固的黏結在一起，改變集料粒徑和膠砂比實際上是改變集料表面單位面積上漿體的用量；研究中提出的“等厚模型”可以有效地反應地質聚合物的厚度和混凝土耐熱性能之間的相互關系，并且為材料的配合比設計提供一定的參考。

2.1.9粉煤灰—礦渣—再生集料地質聚合物混凝土

肖建莊，等[22]以再生集料、粉煤灰、礦渣、水、硅酸鈉、氫氧化鈉、萘磺酸鹽甲醛縮合物和蔗糖化鈣為原料，以一定的配合比，采用專門的攪拌工藝制備而成一種地質聚合物混凝土。該種地質聚合物混凝土具有較好的工作性能、較高的強度、優(yōu)異的耐久性能和耐高溫性能。同時，該發(fā)明能夠大量高效地利用廢混凝土及粉煤灰、高爐礦渣二種工業(yè)副產品，對節(jié)約資源、節(jié)省能源和保護環(huán)境意義重大，符合建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

2.1.10復合激發(fā)劑制備的地質聚合物混凝土

賈偉進，等[23]發(fā)明了一種由三乙醇胺、萘系減水劑、石英粉和石灰乳，并且利用該復合激發(fā)劑和膠凝材料、骨料、水制備而成一種地質聚合物混凝土。本發(fā)明采用了如下配合比：膠凝材料510～650kg；骨料1410～1550kg，復合激發(fā)劑與膠凝材料的比值為0.22～0.35∶1；水膠比為0.35～0.37；骨料的砂率為25%～35%。采用上述配合比制備出的聚合物混凝土，坍落度為200～240 mm，28d抗壓強度為65～75MPa，60d抗壓強度為70～80MPa，其性能指標均符合混凝土技術性能指標。該種材料可以代替普通水泥混凝土廣泛用于土木工程、公路、橋梁等建筑領域。

2.2PET（聚對苯二甲酸）塑料聚合物混凝土

姚占勇，等[24]發(fā)明了一種PET塑料聚合物混凝土，包括粘結劑、集料和摻加料，按質量比，粘結劑+摻加料：集料=1∶1～3；所述粘結劑為PET，摻加料為粉煤灰，按質量比，PET：粉煤灰=1∶0.5～4，集料為石料和砂，按集料質量百分比砂占20%～100%。按照上述配合比制備出的混凝土抗折強度為9～12MPa左右，是特級路面要求抗折強度的1.5～2倍。因此該材料不僅利用了廢舊的PET塑料瓶，減少了環(huán)境污染，還可用于各種早強、高抗沖擊與高抗折強度的混凝土結構。

2.3呋喃聚合物混凝土

晏石林，等[25]利用呋喃樹脂、固化劑、石英粉、石英砂、石英石和玻璃纖維增強塑料（FRP）筋等材料制備而成了呋喃聚合混凝土和FRP筋加強呋喃聚合混凝土，并利用這兩種材料分別制成了梁的試件，尺寸為600mm×40mm×50mm，對兩組試件進行彎曲蠕變特性進行試驗研究與分析，并且采用了四點彎曲試驗方法分別得到了梁在不同荷載水平作用下的蠕變曲線，對其黏彈性性質進行了分析。結果表明，FRP筋不僅提高了呋喃聚合物混凝土梁的初試剛度和強度，而且明顯地降低了梁的蠕變變形；其次，運用了最小二乘法確定了蠕變模型參數，分別建立了呋喃聚合物混凝土梁和FRP筋加強呋喃聚合物混凝土梁的彎曲蠕變規(guī)律模型，為估計材料的長期力學性能提供了依據。

2.4環(huán)氧樹脂聚合物混凝土

蔡衛(wèi)民，等[26]發(fā)明了一種以工業(yè)廢料粉煤灰為主要原料，以經過聚氨酯改性的環(huán)氧樹脂為粘結劑，以經過改性的多元胺為固化劑，添加適量的活性稀釋增韌劑，按比例配制而成一種環(huán)氧樹脂聚合物混凝土。利用該發(fā)明制備的聚合物混凝土修補材料具有快硬早強（固化時間：10～40min；壓縮強度65～75MPa）特點，與水泥混凝土粘結力強，可在潮濕、低溫的條件下施工，固化物強度高、韌性好，表面平整，耐磨性與抗沖擊性能優(yōu)良。趙健[27]對環(huán)氧樹脂聚合物混凝土配合比進行設計，對未硬化環(huán)氧樹脂聚合物混凝土的性能及環(huán)氧樹脂混凝土的攪拌工藝進行研究分析。結果表明，環(huán)氧樹脂聚合物混凝土的參考配合比為：環(huán)氧樹脂∶丙酮∶乙二胺∶二丁酯∶填充料∶砂子∶碎石=206∶29∶30∶20∶389∶700∶1000。環(huán)氧樹脂聚合物混凝土的徐變與溫度有關，20℃時幾乎看不到徐變，60℃時徐變最為明顯。環(huán)氧樹脂聚合物混凝土可以通過調節(jié)固化劑的用量來調節(jié)材料的靜止時間，抗?jié)B等級能達到P30而不透水；在-17℃凍融循環(huán)后穩(wěn)定系數可達1.0，環(huán)氧樹脂聚合物混凝土抗化學腐蝕性能較好。

2.5甲基丙烯酸甲酯（MMA）聚合物混凝土

代方[28]概述了甲基丙烯酸甲酯在聚合物混凝土的應用情況，闡述了聚合物的使用條件，提出了聚合物改性方面的建議。制備甲基丙烯酸甲酯樹脂聚合物混凝土常采用過氧化苯甲?！狽為引發(fā)劑，這種引發(fā)劑可以使MMA低溫下固化，在-20℃以下的情況下也能正常使用。同時由于甲基丙烯酸甲酯樹脂聚合物混凝土具有良好的耐熱性、耐水性、耐介質以及耐大氣老化性能，因此可以用在寬裂縫的修補施工中。

2.6瀝青聚合物混凝土

許淳[29]利用硅藻土和瀝青為主要原料制備出了硅藻土—瀝青聚合物混凝土。所選用的硅藻土改性劑為煅燒后的硅藻土粉末制品，為保證硅藻土加入瀝青后分布均勻，采用剪切設備對瀝青進行剪切攪拌。研究表明，硅藻土的加入增大了瀝青膠漿的黏度，這將有利于提高瀝青聚合物混凝土的高溫性能，增強高溫抗車轍能力，降低了轍槽深度，提高了路面的使用能性。另外硅藻土的加入還提高了瀝青膠漿的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性能。最后隨著硅藻土用量的增加還會使瀝青聚合物混凝土的延度下降。

2.7不飽和聚酯聚合物混凝土

孫沖，等[30]利用A型和B型不飽和聚酯樹脂、固化劑、促進劑、碎石、中砂、粉煤灰、炭黑為原料制備出了不飽和聚酯聚合物混凝土。該材料具有快速硬化，抗折、抗壓強度高，與待修補物結合能力好，收縮率低等優(yōu)點，可以作為一種快速修補道路、橋梁等建筑的聚合物混凝土材料。對影響固化時間和強度的幾個因素進行探討，得出了最佳工藝參數為：樹脂為雙組分，其中A型樹脂含量為85%，樹脂用量占填料總量的9%～13%，固化劑用量占樹脂總量的4%～10%，促進劑用量占樹脂總量的3%左右。

2.8纖維增強型聚合物混凝土

2.8.1纖維增強瀝青聚合物混凝土

曾夢瀾[31]對普通瀝青混凝土、玻璃纖維瀝青混凝土、木質素纖維瀝青混凝土和3個摻量的聚酯纖維瀝青混凝土進行了3種應變率的沖擊壓縮實驗研究。試驗結果分析表明，瀝青混凝土具有應變率增強效應，其動力抗壓強度及韌性指標隨著應變率的增大而增大；但是，纖維瀝青混凝土動力抗壓強度及韌性指標增長率隨應變率提高有遞減趨勢；纖維含量對瀝青混凝土在動力條件下的動力行為有顯著影響，聚酯纖維摻量為0.25%的瀝青混凝土動力抗壓強度及韌性指標最優(yōu)；3種纖維都可以增加材料的動力抗壓強度及韌性指標，聚酯纖維增加瀝青混凝土抗壓強度最佳，木質素纖維次之，玻璃纖維最差；聚酯纖維提高瀝青混凝土韌性指標最佳，玻璃纖維次之，木質素纖維最差。

3.8.2杜拉纖維增強呋喃聚合物混凝土

曾海燕，等[32]利用XZL-1型呋喃樹脂及呋喃樹脂混凝土粉、石英石（5～25mm）和杜拉纖維。其中杜拉纖維的材料為聚丙烯。主要研究了呋喃聚合物混凝土中摻入不同體積含量的杜拉纖維后，其抗壓強度、抗折強度及劈裂抗拉強度的變化，給出了杜拉纖維的最佳摻量，并對杜拉纖維對呋喃聚合物混凝土的增加機理進行了初步分析。結果表明，杜拉纖維的最佳摻量推薦采用0.7～0.9kg/m3。纖維摻量太少，增強作用不明顯；摻量太多，不易分布均勻及形成空隙。杜拉纖維的加入對提高混凝土的抗壓強度影響不大，其劈裂抗拉強度最高提高了15.5%，抗折強度最高提升了14.4%。

3.8.3PET纖維增強不飽和聚酯聚合物混凝土

史雪健[33]把不飽和聚酯樹脂作為膠結料，骨料砂、卵石、和粉煤灰做填充料，將再生PET纖維摻入制成PET纖維增強不飽和聚酯樹脂混凝土。研究中將再生PET塑料以不同的比例作為增強材料加入到不飽和聚酯樹脂混凝土的配料中，通過對材料的抗壓性能、吸水性能、抗凍融性能、抗腐蝕性能進行分析。結果得出，PET纖維的加入可以改善材料的強度、耐酸性、抗?jié)B性、耐熱性、抗腐蝕性能，降低不飽和聚酯聚合物混凝土的成本。

3.8.4碳纖維增強地質聚合物混凝土

許金余，等[34]以礦渣與粉煤灰制備了碳纖維增強地質聚合物混凝土；采用了φ100分離式霍普金森壓桿實驗裝置，研究了不同碳纖維摻量對材料強度與吸能特性的影響。結果表明，碳纖維增強聚合物混凝土屬于應變率敏感材料，其沖擊壓縮強度與能量吸收特性均表現出近似的應變率線性相關性，強度的應變率敏感值為47.8S-1；碳纖維對地質聚合物混凝土的強度特性具有良好的改善效果，且該效果隨著平均應變率的增加而增強；碳纖維的相對最佳摻量為0.2%（體積分數），材料的強度比未摻碳纖維的地質聚合物混凝土強度提高了13.5%，吸能特性比未摻碳纖維的地質聚合物混凝土強度提高了51.2%。

3.8.5玄武巖纖維增強地質聚合物混凝土

許金余，等[35]為了研究玄武巖纖維對不同膠凝材料的混凝土的強韌化效應，制備了玄武巖纖維增強普通硅酸鹽水泥混凝土與玄武巖纖維增強地質聚合物混凝土。采用φ100mm分離式霍普金森壓桿試驗裝置，分別研究二種材料的沖擊力學性能，并分析玄武巖纖維對二種材料的強韌化效應。結果表明，二種材料的強度和韌化均隨應變率的增加而提高；玄武巖纖維對普通硅酸鹽水泥混凝土的增強效果優(yōu)于地質聚合物混凝土，當纖維摻量為0.1%時，纖維對普通硅酸鹽水泥的增強和增韌效果相對較好；玄武巖纖維不適于用來增強地質聚合物混凝土，當纖維摻量為0.3%時，纖維對于地質聚合物的增韌效果相對比較好。

2.9其他型聚合物混凝土

曹海琳，等[36]為了滿足海洋工程建設的需要，發(fā)明了一種利用海水海砂拌合的無機聚合物混凝土。材料采用下列配合比：無機聚合物膠凝材料250～550kg，海砂500～750kg，碎石900～1350kg，海水150～220kg。其中所述海砂細度模數為1.8～2.6，所述碎石粒徑為5～10mm兩種，二者質量比為3∶7，壓碎指標<15，針片狀含量<5%。按照上述材料制備出的無機聚合物混凝土的力學指標為：混凝土28d抗壓強度為15～80MPa，抗?jié)B等級為P12～P40，抗凍融系數為F200～F300,28d抗氯離子擴散系數為1.35～4.5×10-12m2/s。周璞[37]等人利用納米阻尼材料發(fā)明了一種減振降噪用聚合物混凝土。本發(fā)明提供粒徑為50～100nm的互穿網絡納米粒子1質量份；聚合物集體11～31質量份；混凝土骨料58～174質量份，將上述組分混合便可得到減振降噪用納米材料聚合物混凝土。此種材料可以大大拓展聚合物混凝土在我國的應用范圍，使交通運輸的鐵路、城市軌道、船舶動力裝置減振降噪效果更上一個臺階，為城市居民、車船旅客創(chuàng)造安靜舒適的環(huán)境創(chuàng)造了條件。同時，為機械制造業(yè)制造加工精度更高的機床提供了新型減振降噪材料。

3　我國在聚合物混凝土研究和應用方面存在的問題

3.1聚合物混凝土研究中存在的問題

我國自20世紀70年代開始重視聚合物混凝土的研究，并在隨后的幾十年里取得了一些成績[38～39]，但是與美國、日本以及歐洲的研究相比還存在較大的差距。國內學者對聚合物混凝土的研究往往停留在材料宏觀的力學性能方面，但是在聚合物混凝土微觀結構的相關研究以及聚合物對混凝土的改性機理方面涉及很少。另外美國、日本以及歐洲在聚合物混凝土的標準化方面比較領先，各國都已經制定出混凝土聚合物復合材料的多種工業(yè)標準和試驗規(guī)程[40～45]。雖然我國近年來也開始制定一些聚合物改性砂漿和混凝土復合材料的標準和規(guī)范[46～48]，但是隨著聚合物混凝土的不斷發(fā)展與廣泛應用，我國的聚合物混凝土材料的標準化工作任重而道遠。

3.2聚合物混凝土在工程應用中存在的問題

聚合物混凝土目前在我國多是被用作修補材料，而不是被制成預制構件用在工程實例中來較大程度的改善結構的性能。另外聚合物混凝土的使用壽命只是推斷的結果，還沒有充分的性能保證數據，對長期的使用效果和承載穩(wěn)定性[6]也需要進行觀察和總結。同時，聚合物混凝土所用骨料含水率極低，這對現場施工來講存在一定的困難[49]。最后聚合物混凝土的生產成本是普通混凝土的8～20 倍[8]，這些問題都限制了聚合物混凝土的推廣和應用，所以在降低其成本的基礎上保證其力學性能是一個重要的研究方向。

4　建議

為了更好地推廣與應用聚合物混凝土，我們應該從以下幾方面進行努力：

（1）選擇適宜的聚合物，使其制備出的材料既擁有良好的力學性能又具有較高的經濟適用性。另外可以考慮利用廢棄物作為填料或膠黏劑制備聚合物混凝土能達到廢棄物的循環(huán)再利用和降低聚合物混凝土造價的雙重效果[50]。

（2）選擇級配良好的骨料系統(tǒng)，可以減少聚合物的含量，達到降低蠕變增加材料承載穩(wěn)定性的目的。

（3）摻加纖維，混凝土硬化以后纖維絲黏連成為致密的亂向分布的網狀增強系統(tǒng)，增強了混凝土的韌性。同時，纖維與集料緊密結合在一起，極大地保持了混凝土的整體強度[51]。另外纖維還可以阻止集體中原有缺陷的擴展并延緩新裂縫的出現。

（4）添加一定量的外加劑。在制備聚合混凝土的過程中，采用適量的引發(fā)劑、促進劑、固化劑、消泡劑、增塑劑、偶聯劑等。選擇不同的外加劑和添加率可以控制聚合物混凝土的硬化時間及性能。

（5）聚合物混凝土應使用強制式攪拌機進行快速攪拌。聚合物混凝土不同于普通水泥混凝土，聚合物往往由于黏度較大，硬化速度較快。因此如果不快速攪拌聚合物混凝土就會發(fā)生固化反應，導致無法混合均勻,影響施工質量。

（6）加強養(yǎng)護條件，優(yōu)化養(yǎng)護制度，從而使聚合物混凝土具有良好的性能。

（7）大力推廣聚合物混凝土結構件的開發(fā)和使用，從而較大程度地改善結構的性能。

（8）加強聚合物混凝土有關的規(guī)范制定，規(guī)范聚合物混凝土的使用，并且加強聚合物混凝土質量監(jiān)督和檢測的標準。

參考文獻：

［1］ 鐘世云,袁華.聚合物在混凝土中的應用［M］.北京,化學工業(yè)出版社,2003.

［2］ 買淑芬.混凝土聚合物復合材料及其應用［M］.北京,科學技術出版社,1996.

［3］ 朱宏軍，程海麗,姜德民.特種混凝土和新型混凝土［M］.北京,化學工業(yè)出版社,2004.

［4］ 晏石林,楊學忠,劉雄亞,等.復合材料建筑結構及其運用［M］.北京,化學工業(yè)出版社,2006.

［5］ 肖力光,劉剛.聚合物水泥混凝土（PCC）發(fā)展現狀［J］.吉林建筑工程學院學報,2012,29（5）:7～11.

［6］ ANDREA DIMMIG-OSBURG,KAY A.BODE,WEIMAR,et al.聚合物水泥混凝土（PCC）發(fā)展前景的探討——PCC的組成、作用和應用［J］.商品混凝土,2006（5）:63～66.

［7］ 何娟,楊長輝.聚合物改性混凝土的研究［J］.混凝土,2009（5）: 65～67.

［8］ 西德尼·明德斯,J.弗朗西斯·楊,戴維·達爾文.混凝土［M］.北京,化學工業(yè)出版社,2005.

［9］ 付亞偉,蔡良才,曹定國,等.堿礦粉無機聚合物混凝土的制備及性能研究［J］.建筑材料學報,2010,13（4）:524～528.

［10］ 尹明,白洪濤,周呂.粉煤灰地質聚合物混凝土的強度特性［J］.硅酸鹽通報,2014,33（10）:2723～2727.

［11］ 李克亮，蔣林華,蔡躍波.粉煤灰基土壤聚合物混凝土性能試驗研究［J］.混凝土,2010（3）:114～116,120.

［12］ 張云升,孫偉,沙建芳,等.粉煤灰地聚合物混凝的制備、特性及機理［J］.建筑材料學報,2003,6（3）:237～242.

［13］ 謝子令,李顯,楊克家,等.一種粉煤灰基地質聚合物及其制備方法:CN,103449744A,［P］,2013-12-18.

［14］ 羅鑫,許金余,蘇灝揚,等,高流態(tài)地質聚合物混凝土的高應變率動態(tài)壓縮變形特性［J］.爆炸與沖擊,2014,34（2）:216～222.

［15］ 金鑫,盧哲安,范小春.無機聚合物混凝土應力-應變全曲線試驗研究［J］.混凝土,2013（11）:58～60.

［16］ GB/T 50081-2002,普通混凝土力學性能試驗方法標準［S］.

［17］ 王晴,丁兆洋,賀天姝,等.地聚合物混凝土抗壓強度發(fā)展規(guī)律的研究［J］.商品混凝土,2010（9）:39～42.

［18］ 王晴,張崇燕,丁兆洋,等.無機礦物聚合物混凝土收縮性能的研究［J］.材料導報,2010,24（10）:65～67,73.

［19］ GBJ 82-1985,普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法［S］.

［20］ 李克亮,蔣林華,蔡躍波.土壤聚合物混凝土性能試驗研究［J］.新型建筑材料,2010（7）:13～16.

［21］ 胡曙光.先進水泥基復合材料［M］.北京,科學出版社,2009

［22］同濟大學.地質聚合物再生混凝土及其制備方法:CN, 200910049642.X［P］.2009-11-4.

［23］ 賈偉進,聶法智,孫占興.復合激發(fā)劑及利用該復合激發(fā)劑制備的地聚合物混凝土:CN,103172295A,［P］.2013-06-26.

［24］ 姚占勇,張曉萌,葛智,等.聚合物改性PET混凝土及其制備方法：CN,102976663A,［P］.2013-03-20.

［25］ 晏石林,余啟明.FRP筋呋喃樹脂混凝土梁蠕變性能試驗研究［J］.武漢理工大學學報,2006,28（9）:48～51.

［26］ 蔡衛(wèi)民,馮英兵,朱阿寶.一種水泥混凝土路面快速修補材料及其制備方法：CN,102765919A,［P］.2012-11-07.

［27］ 趙健.環(huán)氧樹脂混凝土［J］.城市建設理論研究（電子版）,2012, （22）.

［28］ 代芳.甲基丙烯酸甲酯在聚合物混凝土中的應用［J］.建材技術與應用,2008（10）:10～11.

［29］ 許淳.玻璃纖維—硅藻土復合改性瀝青混凝土性能研究［D］.吉林大學,2010.

［30］ 孫沖,畢彩豐,邱建超,等.不飽和聚酯樹脂基快速補路材料的研究［J］.公路,2006（10）:195～198.

［31］ 曾夢瀾,彭珊,黃海龍.纖維瀝青混凝土動力性能試驗研究［J］.湖南大學學報（自然科學版）,2010,37（7）:1～6.

［32］ 曾海燕,晏石林.杜拉纖維增強呋喃樹脂混凝土的力學性能研究［J］.混凝土,2004（5）:49～50.

［33］ 史雪健.再生Polyethylene terephthalate（PET）纖維增強不飽和樹脂聚酯混凝土性能研究［D］.天津工業(yè)大學,2012.

［34］ 許金余,李為民,范飛林,等.碳纖維增強地聚合物混凝土的SHPB試驗研究［J］.建筑材料學報,2010,13（4）:435～440.

［35］ 許金余,李為民,王亞平,等.玄武巖纖維對不同膠凝材料混凝土的強韌化效應［J］.解放軍理工大學學報（自然科學版）, 2011,12（3）:245～250.

［36］ 曹海琳,翁履謙,張二猛,等.一種可使用海水海砂拌合的無機聚合物膠凝材料及混凝土：CN，103304159A,［P］.2013-09-18.

［37］ 中國船舶重工集團公司第七一一研究所.減振降噪用聚合混凝土納米阻尼材料:CN200710036388.0［P］.2007-7-18.

［38］ 張立明,楊寶清.聚合物混凝土概述［J］.安徽建筑,2013（1）:171.

［39］ 張二芹,黃志強.聚合物混凝土的發(fā)展及應用［J］.四川建材, 2014,40（3）:39～40,43.

［40］ ASTM D6783-2005,Standard Specification for Polymer Concrete Pipe［S］.2005.

［41］ JISA 1181-2005,Test methods for polymer concrete［S］.2005.

［42］ ASTM C1439-2008a,Standard Test Methods for Evaluating Polymer Modifiers in Mortar and Concrete［S］.2008.

［43］ ASTM D7264M-2007,Standard Test Method for Flexural Properties of Polymer Matrix Composite Materials［S］.2007.

［44］EN 12614-2004,Products and systems for the protection andrepair of concrete structures-Test methods-Determination of glass transition temperatures of polymers［S］.2005.

［45］ EN 1543-1998,Products and systems for the protection and repair of concrete structures-Test methods-Determination of tensile strength development for polymers［S］.1998.

［46］ GB/T 23445-2009,聚合物水泥防水涂料［S］.2009.

［47］ JC/T 984-2011,聚合物水泥防水砂漿［S］.2005.

［48］ JG/T 336-2011,混凝土結構修復用聚合物水泥砂漿［S］.2012.

［49］ 孫炎,徐曉蕾,錢玉林.我國混凝土聚合物復合材料的研究現狀及發(fā)展［J］.建筑技術,2007,38（1）:12～14.

［50］ 王赟,張波,張科強,等.樹脂混凝土制備及力學性能研究進展［J］.硅酸鹽通報,2013,32（10）:2079～2083.

［51］ 張紅州.纖維混凝土界面性能及纖維作用機理研究［D］.廣東工業(yè)大學,2004.

Research Situation of Polymer Concrete in China

ZHAO Kun-pu1,XU Xiao-mu2,MAO Ji-ze1and LIU Zong-min1
（1.College of Aerospace and Civil Engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China;2.Institute of Advanced Technology, Heilongjiang Academy of Sciences,Harbin 150020,China.）

Abstract:The polymer concrete has good performance which gradually becomes a new building material.However,its cost is eight to twenty times as expensive as common concrete,which has restrained its promotion and application.The characteristics of polymer concrete are elaborated. The research situation of polymer concrete in China is presented.Some suggestions on the development of polymer concrete are put forward.

Key words:Polymer concrete;research situation;suggestions

中圖分類號：TU528.41

文獻標識碼：A

文章編號：1001-0017（2016）03-0199-07

收稿日期：2016-03-02

*基金項目：黑龍江省自然科學基金資助項目（編號：E201415）和中央高校基本科研業(yè)務費專項資金資助。

作者簡介：趙昆璞（1992-），男，河南永城人，在讀碩士研究生，從事混凝土耐久性方面的研究。

**通訊聯系人：徐曉沐（1976-），女，高級工程師，碩士，主要從事高分子材料方面的研究，E-mail:xuxm3@sina.com.cn劉宗民（1976-），男，副教授，博士，主要從事新型結構的力學性能分析研究，E-mail:liuzongmin@hrbeu.edu.cn