Palabras clave: polímero; mortero, modificación; rendimiento; aplicación
1 Prólogo
Ya en 1923, el británico Gresson solicitó la patente de solicitud de polímeros para materiales de pavimento. . En 1924, se publicó un documento formal sobre los materiales modernos modificados con polímeros. Desde entonces, en los últimos 70 años, países de todo el mundo han realizado muchas investigaciones sobre la aplicación de polímeros en morteros de cemento y hormigón modificados, y ha habido un interés creciente en la aplicación de polímeros en materiales a base de cemento. En este campo, Japón, Estados Unidos, la ex Unión Soviética, Alemania y otros países son líderes mundiales en investigación y desarrollo. Por ejemplo, Japón ha estado investigando, desarrollando y aplicando nuevos materiales compuestos de hormigón polímero de alto rendimiento durante 40 años y ha desarrollado algunas normas para este propósito (JLS 6203). El Acuerdo Técnico y Especificaciones (zTVSIB90) adjunto a la Administración de Carreteras del Ministerio de Transporte alemán formula específicamente las condiciones técnicas y especificaciones de inspección (TLBEPCC, TPCC) para el suministro de mortero (hormigón) modificado con polímeros. La investigación de mi país en esta área comenzó relativamente tarde y sólo se ha desarrollado en los últimos diez años. La 6ª Conferencia Internacional de Hormigón Polímero se celebró en Shanghai el 65438-0990, lo que aceleró enormemente el progreso de la investigación y la aplicación de mi país en este campo.
2 Mecanismo de modificación del mortero de cemento polimérico
La razón por la que la investigación sobre el mortero modificado con polímeros ha avanzado tanto es porque este material tiene muchas propiedades después de la modificación. Comprender su mecanismo de modificación es particularmente importante para la investigación y el desarrollo de dichos materiales.
Como todos sabemos, el mortero de cemento es un material compuesto, y la zona de transición entre el árido y la base de cemento es el eslabón débil del material. La zona de transición de la interfaz tiene una gran relación agua-cemento, gran porosidad, abundante hidróxido de calcio y etringita, granos gruesos y crecimiento direccional de cristales de hidróxido de calcio. Para mejorar el rendimiento de los materiales a base de cemento, se debe mejorar la estructura y el rendimiento de la zona de transición de la interfaz. El efecto de modificación de los polímeros sobre el mortero de cemento es esencialmente mejorar la zona de transición de la interfaz del material, de modo que el material pueda obtener propiedades que otros materiales no tienen.
(1) El polímero tiene efecto reductor de agua. Al preparar morteros con la misma fluidez, la relación agua-cemento de los morteros que contienen polímeros es menor que la de los morteros ordinarios. Esto se debe a que el efecto de forma del polímero es el mismo que el de las cenizas volantes de la mezcla mineral, porque el tamaño de las partículas sólidas del polímero es muy pequeño y su diámetro generalmente está entre 0,05 y 5 um. Este tipo de partículas, al igual que las partículas de cenizas volantes, no sólo pueden funcionar como bolas, sino que también tienen una alta actividad superficial, reduciendo así el agua.
(2) Después de agregar polímero al mortero, el hidróxido de calcio también crecerá a lo largo de las partículas sólidas del polímero, lo que es beneficioso para interrumpir el crecimiento direccional del hidróxido de calcio. Además, debido a la particularidad del polímero, se condensará en una película a una temperatura superior a su temperatura mínima de formación de película. La película formada puede envolver el hidróxido de calcio generado por la hidratación del cemento y conectarlo en un todo, lo que puede hacerlo. Reduce eficazmente los efectos adversos del hidrógeno del óxido de calcio sobre la durabilidad del material. Por otro lado, la etringita en el mortero polimérico es más corta y más espesa que la del mortero normal. Observaciones adicionales muestran que la adición de polímero puede mejorar efectivamente la estructura de poros del mortero. Debido al efecto morfológico del polímero y su propia particularidad, juega un papel cementante y de relleno, haciendo que el tamaño medio de los poros del mortero sea más pequeño, convirtiendo los poros grandes en poros pequeños, reduciendo la uniformidad de la distribución de los poros y aumentando la porosidad microscópica.
(3) Dado que el proceso de formación de película del polímero ocurre durante el proceso de hidratación del cemento, utilizando la hidratación y evaporación del agua, el polímero forma una estructura de red resistente y densa en toda la matriz, que se distribuye en el mortero de cemento Rellene los espacios entre los esqueletos y corte los canales con el mundo exterior para mejorar aún más el rendimiento del material.
(4) El polímero también puede reaccionar con los productos de hidratación del cemento. Por ejemplo, el acrilato de metilo puede reaccionar con el hidróxido de calcio en los productos de hidratación del cemento. La razón es que los grupos grasos del ácido acrílico se pueden hidrolizar en una solución alcalina de hidróxido de calcio para generar iones carboxilato. Los iones carboxilato se pueden combinar con iones de calcio en forma de enlaces iónicos para formar una estructura de red entrelazada macromolecular unida por enlaces iónicos unida por iones de calcio. , potenciando la compacidad de la estructura.
En la reacción anterior, el contenido de hidróxido de calcio se puede reducir. La emulsión de SBR (poliestireno-butadieno) también puede reducir el contenido de hidróxido de calcio en el mortero, pero no es tan buena como la que contiene E-VA (ácido polietilenacético). grupos grasos, ésteres vinílicos), por lo que queda por estudiar si todos los polímeros pueden modificarse químicamente.
La capa de unión mecánica es una fina película hecha de polímero. Esta capa no puede ser demasiado gruesa, de lo contrario reducirá la resistencia del material. La capa físicamente atractiva es una capa obtenida modificando físicamente el polímero como se describió anteriormente y sirve para mejorar las propiedades del material. La capa unida químicamente es el resultado de la reacción del polímero con sustancias del cemento, mejorando aún más las propiedades del material.
3 Materiales de mortero de cemento polimérico
3.1 Los polímeros son muy importantes para los polímeros que se pueden utilizar para la modificación del mortero. Si bien los polímeros aprovechan al máximo sus ventajas, no pueden aportar efectos negativos al mortero. Por ejemplo, no pueden afectar la hidratación suficiente del cemento, no tienen ningún efecto corrosivo sobre la matriz de la lechada de cemento y no tienen ningún efecto contaminante sobre la superficie. ambiente. En la actualidad no existen muchos tipos de polímeros utilizados para mortero modificado, los principales son los siguientes.
De entre ellos, los polímeros más utilizados son los subrayados en la figura. Existen emulsión de estireno-butadieno (SBR), poliacrilato (PAE), acetato de polivinilo (EVA), emulsión de estireno acrílico (SAE), etc. Sin embargo, existen algunas deficiencias en el uso de un solo tipo de emulsión para la modificación del mortero. Por lo tanto, en esta etapa, mediante la mezcla de emulsiones poliméricas, se combinan las ventajas de diferentes emulsiones para diseñar mezclas de polímeros que pueden cumplir con diferentes requisitos de rendimiento y cumplir con diferentes requisitos. necesidades de la aplicación.
3.2 Cemento
El cemento utilizado en el mortero modificado con polímeros es generalmente cemento Portland común, que tiene una alta resistencia inicial, un fraguado rápido y una buena resistencia a las heladas. Alternativamente, se puede utilizar cemento con alto contenido de aluminato. En los últimos años ha aparecido un cemento de aluminato de calcio especialmente utilizado para morteros modificados con polvo seco polimérico. Este cemento se elabora fundiendo o calcinando una determinada proporción de alúmina y óxido de calcio y luego moliendo el clínker resultante.
3.3 Aditivos minerales
Los propios aditivos minerales (humo de sílice, cenizas volantes, escorias, etc.) pueden utilizarse como materiales modificados para el mortero de cemento. Agregar aditivos minerales y polímeros al mortero puede utilizar de manera integral las características de los dos materiales modificados y complementar las ventajas de cada uno para mejorar aún más el rendimiento del mortero.
3.4 Agentes antiespumantes y estabilizadores
En el mortero de cemento polimérico, los cationes multivalentes como los iones de calcio o los iones de aluminio en la lechada de cemento reaccionan con el cizallamiento generado cuando se mezcla el mortero. Causan demulsificación y coagulación, por lo que es necesario seleccionar emulsionantes y estabilizadores apropiados. Los tensioactivos en la emulsión provocan un aumento de burbujas en el mortero, afectando el rendimiento. Por lo tanto, es necesario agregar agentes antiespumantes apropiados para suprimir la espuma causada por los tensioactivos.
Arena 3,5
Generalmente se utiliza arena de río y el contenido de lodo no debe ser demasiado alto.
4 Rendimiento del mortero de cemento modificado con polímeros
Como todos sabemos, una desventaja obvia de los materiales a base de cemento es su alta fragilidad. Muestra que la resistencia a la tracción es mucho menor que la resistencia a la compresión y la resistencia al agrietamiento es pobre. Cuanto mayor es la resistencia, mayor es la fragilidad. Esto se debe a que los materiales a base de cemento son sustancias de silicato y su unidad básica es un tetraedro de silicio-oxígeno. El silicio está conectado al oxígeno mediante enlaces covalentes y los iones metálicos como el calcio y el aluminio están unidos al silicio mediante enlaces iónicos. Debido a que hay poca deformación cuando se rompen los enlaces covalentes e iónicos, presentan una gran fragilidad. Como macromolécula orgánica, el polímero tiene elasticidad y plasticidad debido a su larga estructura molecular y la rotación de los segmentos de cadena en la macromolécula.
4.1 Propiedades del mortero fresco
4.1.1 Fluidez
Debido a que los polímeros tienen el efecto de acumular agua, la mayoría de los polímeros pueden mejorar el flujo del mortero.
4.1.2 Tasa de retención de agua
La tasa de retención de agua del mortero fresco es un factor importante que afecta el endurecimiento del mortero y las propiedades sólidas después del endurecimiento. El mortero con buena retención de agua es beneficioso para el transporte, estacionamiento y pavimentación del mortero, lo que tiene una importante importancia en ingeniería. La adición de polímeros puede mejorar eficazmente el rendimiento de retención de agua del mortero fresco. La adición de polímeros no solo puede prevenir la segregación del mortero, sino también la pérdida excesiva de agua en la etapa inicial del curado del mortero, lo que es beneficioso para la hidratación del cemento. Aunque se ampliará el tiempo de fraguado del mortero de cemento polimérico.
4.2 Propiedades mecánicas del mortero polimérico endurecido
Resistencia a la compresión +0
La mayoría de los estudios actuales creen que la resistencia a la compresión del mortero modificado con polímeros es menor que la del mortero ordinario.
Esto se debe a que el módulo elástico del polímero en el sistema de mortero después del endurecimiento para formar una película es menor que el de la piedra de cemento y el agregado. El enriquecimiento del polímero también reducirá en gran medida la resistencia a la compresión y la actividad del polímero. Se generará una gran cantidad de burbujas cuando se mezcle el mortero, lo que reducirá la resistencia a la compresión del mortero. Sin embargo, existe otra opinión de que la resistencia a la compresión del mortero modificado con polímeros es mayor que la del mortero ordinario porque el polímero tiene un efecto reductor de agua y puede reducir el consumo de agua del mortero, mejorando así la resistencia a la compresión del mortero. Sin embargo, estas dos visiones opuestas tienen premisas diferentes. El mortero en la primera vista se prepara manteniendo constante la relación agua-cemento del mortero, y el mortero en la segunda vista se prepara manteniendo constante la fluidez del mortero. La razón de tales puntos de vista opuestos puede ser el contenido relativo de agua y polímero por unidad de volumen de mortero. Sabemos que la hidratación del cemento en mortero polimérico y la formación de película de polímero son contradictorias. La hidratación del cemento requiere agua y la formación de una película de polímero requiere pérdida de agua. En los morteros, los polímeros pueden reducir el agua, lo que aumentará la resistencia del mortero. Sin embargo, debido a los factores mencionados anteriormente de que el polímero reduce la resistencia a la compresión, se debe ajustar el contenido relativo de agua y polímero en la unidad de volumen del mortero para que pueda hidratarse bien y formar una buena película (la llamada Una buena formación de película es una estructura de red de película consistente, uniforme, sin defectos y sin enriquecimiento, como se muestra en la figura anterior (1). De esta manera, si la relación agua-cemento del mortero permanece sin cambios, el agua. -No se puede ejercer el efecto reductor del polímero, pero si el mortero fluye las propiedades permanecen sin cambios, el polímero puede ejercer su efecto reductor de agua, ajustar el contenido relativo de agua y polímero por unidad de volumen tanto como sea posible, lograr un buen resultado. efecto filmógeno, minimizar los factores desfavorables y mejorar así la resistencia a la compresión del mortero.
4.2.2 Resistencia a la tracción y a la flexión
Como se mencionó anteriormente, agregar polímeros al mortero puede. mejorar la fragilidad del material además de las propiedades de los polímeros orgánicos. La estructura de interfaz interna del mortero reduce las microfisuras en el agregado. Además, debido al pequeño módulo elástico y la gran deformación de la película de polímero, puede amortiguar. la concentración de tensiones de las grietas bajo la acción de la tensión, mejorando así la resistencia a la tracción y a la flexión del mortero /p>
Resistencia de adhesión
La unión de la interfaz entre materiales compuestos se puede dividir aproximadamente en lo siguiente. cinco categorías: (1) adsorción y humectación (2) difusión mutua (3) atracción electrostática (4) Unión química (5) Adhesión mecánica La fuerza de unión del mortero modificado con polímeros se puede dividir en la fuerza de unión entre el interior del mortero. y la interfaz antigua y nueva cuando se repara el mortero. Las propiedades de unión interna del mortero se han introducido antes, es decir, es debido a este efecto que la fuerza de unión de la pasta de mortero aumenta cuando se utiliza el mortero modificado con polímeros. un material de reparación, en comparación con el mortero ordinario, la fuerza de unión es más fuerte que la del mortero ordinario porque el mortero polimérico puede formar una estructura de interfaz en la interfaz entre el mortero viejo y el nuevo, y el polímero también puede difundirse en los espacios del mortero. mortero viejo para formar una película, mejora aún más la resistencia de la unión
Módulo elástico
El módulo elástico del mortero modificado con polímeros es menor que el del mortero ordinario, por lo que el mortero polimérico tiene una mayor deformación.
Durabilidad
Debido a la modificación del mortero por el polímero, se mejora la durabilidad del mortero. Por ejemplo, se mejora la impermeabilidad del mortero. la tasa de absorción de agua se reduce y el mortero resiste los ciclos de congelación y descongelación. Además, las propiedades mecánicas del mortero no se han reducido después de una exposición prolongada a la naturaleza, sino que se han mejorado.
4.3 Factores que afectan el rendimiento del mortero modificado con polímeros
4.3.1 Materias primas
Hay relativamente muchos tipos de cemento en las materias primas, y diferentes polímeros tendrán diferentes efectos sobre las propiedades de Mortero, como el mortero modificado con emulsión de sal de cloro. El mortero modificado con emulsión de estireno-butadieno tiene una fuerte permeabilidad y una alta resistencia a la flexión. Por lo tanto, la selección del polímero debe determinarse mediante experimentos. Después del tipo de material, la relación entre materiales es particularmente importante. Del mecanismo de modificación mencionado anteriormente, se puede ver que para obtener un mortero polimérico de alta calidad, se forma una red uniforme sin defectos ni enriquecimiento. La forma de la película es particularmente importante y la capa de película no debe ser demasiado gruesa. Por eso, la combinación de agua, cemento, arena y polímero es muy importante.
Condiciones de curado
Las condiciones de curado son un factor muy importante para los materiales a base de cemento. Una vez determinados los materiales y las proporciones del mortero, el método de mantenimiento del material es muy importante.
La hidratación del cemento de mortero modificado con polímeros y la formación de la película de polímero son contradictorias. Se deben seleccionar condiciones de curado apropiadas para coordinar el desarrollo de los dos, de modo que los componentes del mortero se complementen y crezcan juntos. Hay muchos métodos de curado disponibles. El método de mantenimiento comúnmente utilizado en el extranjero es que después de sacar la muestra de mortero, se cura durante 2 días a 20 °C y 80% de humedad relativa, luego se cura en agua a 20 °C durante 5 días y luego se cura durante 21 días a 20 °C y 50% de ambiente relativamente seco. No existe un método de mantenimiento fijo en China, pero las investigaciones muestran que cuanto menor sea la cantidad de emulsión, más tiempo será necesario curar la muestra en agua; cuanto mayor sea la cantidad de emulsión, menor será el tiempo de curado de la muestra en agua; El contenido de la emulsión alcanza un cierto valor, no es necesario curarlo en agua, simplemente secarlo al aire.
5 Aplicaciones del mortero de cemento polimérico
5.1 Materiales de reparación del hormigón
El mortero de cemento polimérico (mortero de reparación) ha sido ampliamente utilizado para el refuerzo de estructuras de hormigón. Las principales razones para elegir el mortero modificado con polímeros como material de reparación de estructuras de hormigón son las siguientes.
(1) El mortero de cemento polimérico tiene buena adherencia y resistencia al agua;
(2) El mortero de cemento polimérico no requiere curado húmedo, aunque mantenerlo húmedo durante los primeros dos días será mejor; :
(3) La contracción del mortero de cemento polimérico es igual o ligeramente menor que la del hormigón ordinario.
(4) La resistencia a la flexión, la resistencia a la tracción, la resistencia al desgaste y la resistencia al impacto del mortero de cemento polimérico son mayores que las del hormigón ordinario; el módulo de elasticidad es menor;
(5) El mortero de cemento polimérico tiene mejor resistencia al hielo y al deshielo.
5.2 Materiales impermeables
El mortero de cemento polimérico se puede utilizar como material impermeable rígido o como material impermeable flexible. Cuando se utiliza mortero de cemento polimérico como material de drenaje flexible, se utiliza principalmente en forma de revestimiento impermeable.
5.3 Adhesivo
El mortero de cemento polimérico tiene buena capacidad de unión y buena coordinación, y puede usarse como un buen adhesivo, como adhesivo para baldosas y agente de tratamiento de interfaz.
5.4 Protección contra la corrosión
El mortero de cemento polimérico tiene una impermeabilidad y resistencia a los medios mucho mejores que el hormigón ordinario, lo que puede evitar la penetración de los medios, mejorando así la resistencia a la corrosión del sexo de la estructura del mortero. Por lo tanto, se ha utilizado en muchas situaciones anticorrosión, incluidos pisos anticorrosión (como pisos de plantas químicas, pisos de laboratorios químicos, etc.), revestimientos anticorrosión para estructuras de hormigón armado, baños de aguas termales, tuberías de aguas residuales, etc. .
5.5 Otros
El mortero de cemento polimérico también se puede utilizar para decoración y protección de superficies, materiales de pavimento, pavimentación de carreteras, etc.