摘要：本文选用聚丙烯酸酯乳液和羧基丁苯胶乳两种聚合物，以1%、3%、5%的聚灰比掺入机制砂水泥混凝土中，采用全计算法、水泥浆填充理论和富余系数相结合的方法进行配合比设计，通过立方体抗压强度试验和耐磨性试验后表明，聚合物改善了新拌水泥混凝土的工作性，使硬化水泥混凝土的脆性下降，柔韧性增加，耐磨性显著提高，在实践中值得推广应用。
关键词：路面水泥混凝土；机制砂；路用性能；耐磨性
1试件的制作工艺
拌合聚合物改性水泥混凝土时，根据不同的原材料掺加顺序，得到不同的聚合物水泥混凝土制作方法。为达到良好的工作性和改性效果，通过大量实验，总结出聚合物机制砂水泥混凝土试件制作方法，其步骤如下：
（1）将粗集料、机制砂和水泥加入混凝土搅拌机中搅拌，使其混合均匀制成干料；
（2）将称量好的聚合物乳液、消泡剂加入拌合用水中，搅拌均匀制成湿料；
（3）将湿料倒入装有干料的搅拌机中拌合均匀；
（4）拌和好的混合料应立刻进行工作性试验或装入试模成型试件。
拌制聚合物机制砂水泥混凝土试样，参照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30-2005）进行水泥混凝土拌合物坍落度试验。结果显示不加聚合物的机制砂水泥混凝土坍落度为45mm，而添加了聚合物的机制砂水泥混凝土坍落度约为49mm左右，均符合标准要求，说明聚合物在一定程度上增加了机制砂水泥混凝土的流动性。
2立方体抗压强度试验
聚合物机制砂水泥混凝土的抗压强度试验采用型号为WHY-300/5000的微机控制全自动压力试验机。由于混凝土的强度等级处于C30与C60之间，因此以0.5MPa-0.8MPa的加荷速度对养护7d和28d的标准试件进行抗压强度试验，用式Fcu=F/A来计算试件的立方体抗压强度。
Fcu——混凝土立方体抗压强度（MPa）
F——极限荷载（N）
A——受压面积（mm2）
抗压强度的计算结果应精确至0.1MPa，强度值的确定按规范要求进行取值。试验测得不同聚灰比的丙乳机制砂水泥混凝土7d、28d龄期的抗压强度，不同聚灰比的羧基丁苯胶乳机制砂水泥混凝土7d、28d龄期的抗压强度结果；丙乳机制砂水泥混凝土不同龄期的抗压强度与聚灰比的关系，羧基丁苯胶乳机制砂水泥混凝土不同龄期的抗压强度与聚灰比的关系；两种聚合物水泥混凝土28d抗压强度与聚灰比的关系。
与普通机制砂水泥混凝土相比，聚合物机制砂水泥混凝土初期（＜7d）强度增长率更大，说明聚合物能使混凝土初期（＜7d）的水化硬化速度增加，进而使强度增长速率加快。其原因可能是聚合物中的活性基团与水泥浆体液相中的钙离子发生化学反应，消耗水化反应生成的钙离子，降低其浓度，促使水泥水化反应正向进行，水化硬化速度加快。
实验中，与普通混凝土相比，丙乳机制砂水泥混凝土和羧基丁苯胶乳机制砂水泥混凝土不同龄期的抗压强度情况为：当聚灰比为1%时，7d的抗压强度分别减少了1%、2%，28d的抗压强度分别减少了4%、3%；当聚灰比为3%时，7d的抗压强度分别减少了7%、4%，28d的抗压强度分别减少了14%、12%；当聚灰比为5%时，7d的抗压强度分别减少了10%、4%，28d的抗压强度分别减少了19%、10%。
说明丙乳的存在会显著降低机制砂水泥混凝土的抗压强度，聚灰比愈大，抗压强度愈小；聚灰比在0%-3%范围内，抗压强度的减小速率最大；当丙乳掺量为5%时，28d抗压强度在低掺量范围内为最低值40.3MPa，相对于普通水泥混凝土下降了19%。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆羧基丁苯胶乳的加入使水泥混凝土的抗压强度有所降低，降低幅度不大，7d龄期的抗压强度相差无几，到28d龄期后差别明显；当聚灰比为3%时，强度下降幅度大，当聚灰比为5%时抗压强度不再减小；羧基丁苯胶乳掺量为3%时，28d抗压强度在低掺量范围为最小值43.8MPa，相对于普通水泥混凝土下降了12%。
丙乳机制砂水泥混凝土与羧基丁苯胶乳机制砂水泥混凝土相比，在各种掺量下前者都比后者的28d 抗压强度小。羧基丁苯胶乳机制砂水泥混凝土的抗压强度随着聚灰比增加，先减小而后又略微增加，而丙乳加入后，机制砂水泥混凝土的抗压强度呈单调递减的趋势。综合来看，虽然不同掺量的聚合物机制砂水泥混凝土的抗压强度均低于普通机制砂水泥混凝土，但仍满足路面混凝土的要求。
3耐磨性试验
试件经过28d标养后用磨耗试验机进行试验，聚合物机制砂水泥混凝土耐磨性试验采用型号为TMS-04 的混凝土磨耗试验机。试件的原始质量为试件经磨耗30r后的质量，试件被磨损后的质量为试件经磨耗60r后剩下的质量。按照式GC=（m1-m2 ）/0.0125来计算试件单位面积的磨损量，用以表示试件经耐磨性试验后的磨耗量。
式中：
GC——单位面积的磨损量（kg/m2）
m1——试件的初始质量（kg）
m2——试件经磨耗之后的质量（kg）
0.0125——试件被磨损的面积（m2）
试验结果显示：
两种聚合物机制砂水泥混凝土耐磨性试验结果，聚合物机制砂水泥混凝土单位面积的磨损量与聚灰比的关系。
由上可知，丙乳的掺量为1%、3%和5%时，聚合物水泥混凝土单位面积磨损量较普通水泥混凝土分别降低9%、21%和24%；羧基丁苯胶乳的掺量为1%、3%和5%时，聚合物水泥混凝土单位面积磨损量较普通水泥混凝土分别降低14%、25%和45%。说明丙乳可以使机制砂水泥混凝土的磨损量降低，丙乳的掺量增加到3%的过程中，磨损量减少速率较大；在掺量由3%增加至5%的过程中，磨损量减少的幅度很小，几乎不变，由此说明聚丙烯掺量达到3%时，混凝土单位面积的磨损量较低，若再增加聚灰比，对耐磨性的改善效果不大；当丙乳的掺量为5%时，28d单位面积的磨损量在低掺量范围内达到最小值2.502kg/m2，相对于普通机制砂混凝土减少了24%。羧基丁苯胶乳的存在会显著减少机制砂水泥混凝土的磨损量；羧基丁苯胶乳掺量变化的整个过程中，磨损量一直保持较大的降低速率；当聚灰比为5%时，28d单位面积磨损量相对于普通混凝土减小了45%，在低掺量范围内磨损量达到最小值1.816kg/m2。
所以，丙乳机制砂水泥混凝土与羧基丁苯胶乳机制砂水泥混凝土相比，在各种掺量下前者都比后者的单位面积磨损量小，说明小掺量的羧基丁苯胶乳比丙乳对机制砂水泥混凝土的耐磨性有更大的改善作用。聚合物机制砂水泥混凝土单位面积磨损量均比普通机制砂混凝土小，并且单位面积磨损量随聚灰比增加均呈单调递减趋势，说明聚合物的掺入可以提高水泥混凝土的耐磨性。
4结语
本研究将聚合物掺入机制砂水泥混凝土中，并通过立方体抗压强度试验、耐磨性试验，得出以下结论：（1）为达到良好的工作性和改性效果，通过实验总结出聚合物机制砂水泥混凝土的制备方法：首先将粗集料、机制砂和水泥依次加入搅拌机拌成干料；再将聚合物乳液、消泡剂加入拌合用水中搅拌均匀制成湿料；最后将湿料与干料拌合均匀。（2）丙乳的存在会显著降低机制砂水泥混凝土的抗压强度，聚灰比愈大，抗压强度愈小；加入羧基丁苯胶乳后，水泥混凝土抗压强度降低幅度不大，当聚灰比为5%时抗压强度不再减小。（3）聚合物机制砂水泥混凝土单位面积的磨损量均比普通机制砂水泥混凝土的磨损量小，并且单位面积磨损量随聚灰比增加均呈单调递减的趋势，说明聚合物的掺入可以提高水泥混凝土的耐磨性。
参考文献：
[1]新型聚合物改性水泥混凝土路用性能研究[J].王在杭，陈潇，王稷良.新型建筑材料.2016（10 ）
[2]聚合物机制砂水泥混凝土路用性能研究[J].卿丽雅.重庆交通大学2017（06）
论文作者:刘冰,侯占朝
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/12
标签：混凝土论文; 抗压强度论文; 水泥论文; 聚合物论文; 机制论文; 磨损论文; 羧基论文; 《基层建设》2018年第29期论文;