聚乙烯醇對(duì)水泥基復(fù)合材料的性能研究

劉俊茹

（西安思源學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院 陜西西安 710038）

聚乙烯醇對(duì)水泥基復(fù)合材料的性能研究

劉俊茹

（西安思源學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院 陜西西安 710038）

本文主要研究了加入不同份數(shù)的聚乙烯醇對(duì)水泥基復(fù)合材料體積電阻率、力學(xué)性能和耐久性能的影響。

聚乙烯醇；水泥基復(fù)合材料；電阻率；力學(xué)性能；耐久性

以水溶性聚合物作為水泥的改性劑，可以改善水泥的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)減水、調(diào)凝、增強(qiáng)及增韌水泥的目的。聚乙烯醇(PVA)能溶于含羥基的極性溶液中，易轉(zhuǎn)變成凝膠，不溶于幾乎所有的非極性溶劑，水是其最好的溶劑，且它的水溶液含水量高、強(qiáng)度高、毒性小、生物相容性好。PVA 的性質(zhì)主要由它的分子量和醇解度來決定，分子量越大，水溶性越差，水溶液粘度大，成膜性能好。PVA 具有較佳的強(qiáng)力粘接性、皮膜柔韌性、平滑性、耐油性、耐溶劑性、膠體保護(hù)性、氣體阻絕性、耐磨性。

一、摻入 PVA 對(duì)水泥基復(fù)合材料性能的影響

在水泥中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 PVA，并按照加水量36.4%加水，分別測(cè)試其性能。 PVA 摻量對(duì)水泥基復(fù)合材料體積電阻率的影響分別按質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1%、2%、4%、8%加入PVA，測(cè)量其 7 天、28 天體積電阻率結(jié)果見圖1所示。由圖1可知：隨著 PVA 摻量的增加，PVA水泥復(fù)合材料的 7 天、28 天體積電阻率逐漸上升。其中，7 天體積電阻率從未加 PVA 時(shí)的 3.95×108Ω·cm 提高到 8%PVA 摻量時(shí)的 14.42×108Ω·cm； 28 天體積電阻率從未加 PVA 時(shí)的 4.13×108Ω·cm 提高到 8%PVA 摻量時(shí)的 66.54×108Ω·cm，電阻率提高了 15 倍以上。該結(jié)果的原因在于 PVA 分子鏈能和水泥水化產(chǎn)物(如鋁酸鈣)結(jié)合形成界面層，最終形成聚合物和水泥水化物相互交織、相互貫穿的復(fù)合體結(jié)構(gòu)，從而細(xì)化孔結(jié)構(gòu)減弱孔液互相連通，使材料微結(jié)構(gòu)更趨致密，電阻率提高。

普通水泥漿體的孔隙率較大，C-S-H 之間有針狀的鈣礬石晶體，未水化的水泥顆粒以顆粒形式存在，水化產(chǎn)物在其表面生長，C-S-H 和鈣釩石的晶體相互交聯(lián)，形成間斷的、孔隙較大的骨架網(wǎng)狀體系。PVA 的摻入，包裹了水化產(chǎn)物和未水化顆粒，單獨(dú)存在的未水化水泥顆粒和鈣礬石晶體明顯減少；孔隙減少，水泥基體(水化產(chǎn)物)和 PVA 形成不完全連續(xù)的、填充密實(shí)的網(wǎng)狀體系結(jié)構(gòu)。

二、PVA 摻量對(duì)水泥基復(fù)合材料抗壓強(qiáng)度的影響

分別按質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1%、2%、4%、8%加入 PVA，測(cè)量其 7 天、28 天抗壓強(qiáng)度變化曲線如下圖2所示。

圖2中，PVA/水泥復(fù)合材料的 7 天、28 天抗壓強(qiáng)度均隨著 PVA 摻量的增加先提高后下降。當(dāng) PVA 含量為 2%時(shí)，復(fù)合材料的表面密實(shí)，力學(xué)性能較好，7天抗壓強(qiáng)度為 15.63MPa，28 天抗壓強(qiáng)度達(dá)到 19.99MPa，分別是未加 PVA 時(shí)試樣的3倍、3.08 倍。當(dāng)聚合物摻量大于4%時(shí)，試樣的 7 天、28 天抗壓強(qiáng)度均開始下降，當(dāng)摻量為 8%時(shí)，28 天抗壓強(qiáng)度與普通空白水泥樣的抗壓強(qiáng)度基本相當(dāng)。由于水泥基體和 PVA 形成不完全連續(xù)的、填充密實(shí)的網(wǎng)狀體系結(jié)構(gòu)，可以使水泥的強(qiáng)度提高，但是，如果超過臨界值，會(huì)發(fā)生改性失敗，強(qiáng)度大幅下降。因此，為得到較大的電阻率，PVA 的摻量也不宜超過 4%。

三．PVA 摻量對(duì)水泥基復(fù)合材料耐硫酸鹽腐蝕性能的影響

分別按質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1%、2%、4%、8%加入 PVA，放置 28 天后，浸入 5%的硫酸鈉溶液中進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)。PVA/水泥復(fù)合材料試樣的質(zhì)量在耐腐蝕試驗(yàn)中的變化如圖3所示。

由圖 3可以看出，在硫酸鹽溶液的作用下經(jīng)過 14 次干濕循環(huán)試驗(yàn)后試樣質(zhì)量并未減少而且基本呈上升趨勢(shì)。

表1 試樣抗腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過腐蝕實(shí)驗(yàn)后，試樣強(qiáng)度均低于空白水泥樣品，隨著 PVA 摻量的增加抗壓強(qiáng)度保持率逐漸增加，但在摻量為 4%時(shí)，強(qiáng)度保持率明顯的降低，只有 47.3%，摻量為 8%時(shí)，樣品強(qiáng)度保持率為 85%，超過了空白樣品。

結(jié)論：

在水泥中摻入 PVA 時(shí)，PVA/水泥基復(fù)合材料的 7 天、28 天體積電阻率隨著 PVA 摻量的增加逐漸上升，PVA 摻量為 8%時(shí)，28 天體積電阻率提高到了 16倍；抗壓強(qiáng)度先逐漸提高后下降，當(dāng) PVA 摻量為 2%時(shí)，試樣表面密實(shí)，28 天抗壓強(qiáng)度是空白水泥試樣的 3 倍；抗硫酸鈉侵蝕試驗(yàn)后，試樣強(qiáng)度保持率與空白水泥樣品相比有所下降。

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