山东英才学院
摘要：总结了聚合物以及聚合物粉体改姓水泥基材料的发展历程，对晶须水泥基材料的优缺点进行概括，提出当水泥基材料断裂时，大量的晶须出现拔出现象，且表面光滑，说明晶须与水泥基材料之间粘结力较差，提出通过掺加聚合物的方法来进行解决，并验证了此方法的可行性。
关键词：聚合物；晶须；水泥基材料
1 聚合物改性水泥基材料
长期以来，人们一直寻找对水泥基材料进行改良的途径，如通过改善水泥的性质，改变水泥混凝土的配合比；掺加纤维材料和外加剂等措施来改善水泥基材料的性质，或使得水泥基材料满足工程的特殊需要。但是对水泥基材料最基本的力学特性（刚度大，柔性小，抗压强度远大于抗拉强度）的改善，降低水泥基材料的刚性，提高其柔性，降低抗压强度与抗折强度的比值则要借助于向水泥基中掺加化学外掺剂，在大多数情况下是掺加聚合物。
1923年Cresson[]成为第一个获得天然胶乳改性道路材料专利的人。1924年里夫布尔（Lefebure）[]成功申请了用天然橡胶乳液（NR）改性水泥砂浆及混凝土的专利，并用配合比的方法来设计水泥混合料。聚合物改性水泥砂浆（PCM）在我国正式应用始于1980年，比较成熟的要数丙烯酸酯共聚乳液或苯丙乳液砂浆。
随着人们环保意识的加强和资源的充分利用等方面的关注，聚合物改性混凝土的研究呈现出新的方向—废弃物的利用。Palos等[]把聚合物固体废料用于砂浆改性，将ABS回收料磨碎成粉末掺入到水泥砂浆中，压缩试验结果表明，掺ABS后，砂浆的弹性模量有所增加，但与钢筋的粘结变差，如用马来酸酐预先对ABS进行处理，则粘结性可以改善。
2 聚合物-无机粉体改性水泥基复合材料
1987年孙伟[]研究了硅灰及聚合物对钢纤维与水泥基材界面层性能的影响。通过在基材中掺入不同数量的硅灰、聚合物以及硅灰、聚合物与高效减水剂的复合物的方法，研究了界面层的主要物理力学性能，论证了界面层强化与宏观力学行为之间的关系。试验结果表明，随着硅灰、聚合物掺量的提高，界面组成和结构得到调整与改善，界面层的弱谷变浅，Ca（OH）2的取向性减弱和富集现象变小，其性能与基体逐渐接近。保持流动性不变，在基体中掺入15%聚丙烯（AP）或12%聚乙烯乙酯乳胶（PAE），界面最薄弱层显微硬度可提高到4-5倍。特别当复合掺入15%AP和20%硅灰时，界面最薄弱层显微硬度与基体几乎相等，界面层弱谷消失，HV-d曲线趋向于一水平线，Ca（OH）2晶体的取向性减至最弱且富集现象消失。硅灰、聚合物及两者与高效减水剂的复合物掺入基体中，由于不同程度地调整与改善了界面层的组成与结构，水泥基材的增强、增韧和阻裂等各项力学性能均得到相应提高。
3 聚合物改性水泥基材料的机理研究
（1）Ohama模型
日本教授Yoshihiko Ohama[]的研究报告中介绍了水泥基材料中聚合物结构形成过程的模型，并把这一过程分为三个阶段。第一阶段：当聚合物乳液在水泥混凝土搅拌过程中掺入混凝土后，乳液中的聚合物颗粒均匀分布在水泥浆体中，形成聚合物水泥浆体。第二阶段：随着水量的减少，水泥凝胶结构在发展，聚合物逐渐被限制在毛细孔隙中，随着水化的进一步进行，毛细孔隙中的水量在减少，聚合物颗粒絮凝在一起。第三阶段：由于水化过程的不断进行，凝聚在一起的聚合物颗粒之间的水分逐渐被全部吸收到水化过程的化学结合水中去，最终聚合物颗粒完全融化在一起形成连续的聚合物网结构。
（2）其他模型
关于聚合物乳液改性砂浆或混凝土结构的模型，还有Konietzko模型[]、Puterman与Malorny模型[]
在Konietzko模型中，开始聚合物均匀分散在水泥混凝土体系中。随着水泥颗粒的水化，优于体系中的一部分水被水泥水化所结合，因此悬浮液中的水分被转移，聚合物颗粒开始堆积，随水泥水化的进一步进行，堆积的聚合物颗粒也越来越多，逐渐融化在一起形成聚合物膜。最终聚合物在水泥混凝土中形成空间连续的网状结构，并且硬化水泥浆体也在聚合物网孔中形成连续结构，两种网结构互相交织缠绕在一起，并把水泥混凝土中的骨料颗粒包裹在其中。Ohama结构模型与Konietzko结构模型的区别在于，前者认为聚合物时空间网结构，而水泥硬化浆体包裹在聚合物网中间，互不连接，而后者则认为两者都形成空间连续网结构。
Puterman与Malorny模型与上述模型不同之处在于聚合物薄膜的形成时间和聚合物乳液最低成膜温度对它的影响。该模型认为，即使在砂浆孔隙中存在自由水时，聚合物也能够形成薄膜，因为聚合物黏附在未水化水泥颗粒的表面，并且在水泥颗粒的表面形成了一个紧密堆积的薄层，进而凝结成聚合物薄膜。
4 晶须在水泥基材料中的应用
碳酸钙晶须[]作为一种特殊的无机矿物微纤维掺入水泥基材料中，利用碳酸钙晶须高纤度、高强度、高模量以及良好的热稳定性等来达到增强增韧水泥基材料的目的。通过测试显示，水泥基材料的性能得到很大程度的提高，当晶须掺量在0%～4.0%时，水泥基材料的抗折和抗压强度分别提高了33.3%和12.83%[]；当掺量在0～40%时，水泥基材料的抗折强度、冲击强度以及劈裂强度分别提高了39.7%、39.25%和36.34%[]。但是当水泥基材料断裂时，大量的晶须出现拔出现象。
碳酸钙晶须补强增韧水泥基体的三大机理[5]（裂纹桥接、裂纹偏转、晶须拔出）中，晶须拔出占主导优势。上述三种增韧机理中的能量耗散作用有效减少了水泥材料内部裂纹尖端的应力集中现象，应力转移和分布得以优化。但大部分晶须拔出时，晶须表面光滑，未有粘带水泥基浆体，说明碳酸钙晶须与水泥基间的粘结力不足。
5 聚合物改性晶须水泥基材料
为使晶须拔出占主导地位，在晶须水泥基材料中加入聚合物（苯丙乳液），增强晶须与水泥基的粘结力，通过其宏观力学性能评价苯丙乳液的增强效果，使占主导优势的晶须拔出现象变为晶须拔断现象，则能使晶须的增强作用发挥至极致。用扫描电镜观察碳酸钙晶须在聚合物水泥净浆、晶须-聚合物水泥净浆中的形态，结果如图1所示。
（b）5%晶须+10%聚合物
图1 聚合物对晶须水泥净浆致密性的影响
从图中可以看出，掺加5%晶须+10%聚合物的基体比掺加5%晶须的水泥净浆结构致密。掺入聚合物后，晶须的周围附带大量的水泥浆体，与水泥浆体间的结合非常紧密。而且未掺聚合物的水泥净浆的裂缝宽度普遍要比掺加聚合物的水泥净浆的宽，说明聚合物在水泥净浆中能起到限裂、桥接的作用。晶须在水泥基中的裂纹偏转、裂纹桥接以及拔断作用非常明显。这一发现表明聚合物的加入，使晶须与水泥基体间的粘结力得到增强。
参考文献
[1] Cresson，L.Improved manufacture of rubber roadfacing，rubb-flooring，rubber tiling or other rubber-lining：British Patent，191474[P].12，Jan，1923.
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[4] 孙伟.硅灰及聚合物的掺入对钢纤维与水泥基材界面层的影响[J].硅酸盐学报，1987，15（6）：503-507.
[5] Ohama，Y.Polymer Modified Mortars and Concretes.Concrete Admixtures Handbook [M].New Jersey USA：Romachandran，V.S...Noyes Publications，1984.
[6] Konietzko，A.Polymerspezifische Auswirkungen auf das Tragverhalten modifizierter zementgebundener Betone（PCC）.Dissertation，Braunschweig，1988.
[7]Puterman M．Malomy W．Some debts and ideas on the microstructure formation of PCC，in Sandrolini F（ed.），Proceedings of IX International Congress on Polymers in Concrete[C]，Bologna，1998.
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[10] Cao Mingli，Wei Jianqiang.Microstructure and mechanical properties of CaCO3 whisker-reinforced cement [J].Journal of Wuhan University of Technology-Materials Science Edition.
项目基金
山东英才学院校级大学生专项科研课题（18YCYBXSZR07）。
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停留时间进行合理控制，这样就能合理获取质量较高的污泥。进水容积负荷和水力停留时间会对COD去除率产生一定影响，所以在对膜生物反应器进行应用过程中，要对这些问题进行合理考虑。当水容积较低于水力停留时间较长的情况下，对COD的去除效果最好。在对废水进行处理过程中，能够在对废水中磷、COD等的含量来合理添加磷、COD等的量，这样就能确保这些物质的比重保持一个标准关系。
3.结论总结
在本文的分析中发现，膜生物反应器的工业废水处理中，相比于传统的方法有很大的优势，但是在实际应用中也存在对膜的污染严重等问题。要对膜污染问题进行有效解决，这样才能对膜通量进行合理控制，如果膜污染后，要及时进行清洗与更换，确保膜生物反应器的正常运行。为合理应对其污染问题，就要通过下面的方式进行处理：第一，加强通量高、耐污染并且价格低的膜，这样才能确保运行效率，降低企业成本支出。第二，要加强对膜清洗与再生技术的研究，提升膜的使用年限。第三，要对不同的膜生物技术进行组合使用，加强对工业废水的处理。第四，要在日常运用过程中做好膜污染的防控措施，确保对工业废水的处理效果。
4.结语
在过去很长一段时间我国工业废水排放量较大，对生态环境与人们的身体健康造成极大危害，但是在新时期我国制定“绿色发展”的战略宏图，就要求在工业生产过程中践行绿色生产理念，减少对环境造成的污染与破坏。同时这些年水资源短缺的情况日益加重，就要不断加强工业废水的有效处理，提升工业废水的循环利用率。基于膜生物反应器的工业废水处理，能够对含氮、磷的工业废水、挥发性有机化合物与重金属及 COD有良好的去除效果，进而满足工业企业的发展需求，实现我国工业生产的可持续发展。
参考文献
[1]陈欣义，温尚龙，张浩纯，等.电化学膜生物反应器应用于难生化降解有机废水深度处理的试验研究[J].广东化工，2017，44（4）：159-161.
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生态保护是海绵城市理论的根本，无论是规划层面，还是技术层面，都是为了保护生态环境，提升城市的雨水自我调节能力，实现城市的绿色发展。然而，在城市快速发展中，为了应对城市土地资源与空间不足的问题，我国围湖造陆的现象越来越多，很多地区都将湖填埋造楼，大大改变了原有的河流和湖泊的生态系统，不仅会影响我国水资源的生态质量，同时也造成了我国水资源短缺的问题。在本质上，这与海绵城市建设背道而驰，这种重形式轻内容的海绵城市建设，必须要从根本上杜绝。海绵城市建设中，要注重原有生态系统的保护工作，减少对河道、湖泊的开发和利用，保持原有的蓄水和含水能力。不仅如此，要加大城市中湿地资源、草地资源等全方位的保护工作，切实用生态的眼光、可持续的发展眼光指导现代化城市的建设工作，以此打造生态宜居的现代化文明城市。
5 海绵城市的发展方向
在城市规划工作中，合理的应用海绵城市理论，能够有效的促进城市规划的顺利进行。在实际的应用过程中，人们对这种理论的重视程度也正在不断提高。而随着人们观念的不断更新，海绵城市理论也正在不断发展，并取得了长足的进步。但是，海绵城市理论的应用对于不同的城市会产生不同的效益，因此，在具体的应用过程中，城市规划部门必须根据城市的特点对海绵城市理论进行适当的调整，严格按照科学里面制定针对性的规划方案，以此为基础，充分发挥海绵城市理论的作用，对城市水资源与生态环境进行改善，促进城市的健康发展。
6?结束语
总之，海绵城市理论为城市建设提供一种新的参考模式。当前，在城市化快速发展过程中，针对城市建设中出现的洪涝、规划不足、生态破坏等问题，海绵城市建设提供了一种好的现实路径。在实践中，必须强化政府引导，完善制度保障，加大规划制定，做好细节保障，最根本的是要守住生态保护的底线，由此，从根本上为缓解城市水资源短缺、提高水资源利用效率，发挥功效。
参考文献
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[4]李汝丹.海绵城市理论及其在城市规划中的实践构想[J].建材发展导向（下），2019（01）.
论文作者:郭宏磊,刘晶
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年16期
论文发表时间:2019/11/7
标签：聚合物论文; 基材论文; 水泥论文; 城市论文; 海绵论文; 水化论文; 基体论文; 《建筑学研究前沿》2019年16期论文;