EVA改性EPS混凝土微观结构及性能研究.pdf

第 1 3 卷第 2 期 2 0 1 0年 4月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG MATERI AI S Vo 1 ．1 3。No ．2 Ap r ．， 20 10 文 章 编 号 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 l O 0 2 0 2 4 3 0 4 E VA改性 E P S混凝 土微观结构 及性能研 究 赵 晓艳 ， 田稳苓 ， 姜忻 良 ， 周 明杰 1 ． 天 津大 学 建 工学 院 ， 天津 3 0 0 0 7 2 ； 2 ．河 北工 业大 学 土木 工程学 院 河 北省 土木 工程 技术研 究 中心 ， 天津 3 0 0 4 0 1 摘要 为 了改善 聚 苯 乙烯 E P S 轻 集料 混凝 土 中 E P S颗 粒 与水 泥砂 浆 界 面 的黏 结性 能 ， 提 高 E P S 轻 集料 混 凝 土的 力 学性 能 ， 采 用 乙烯 一醋 酸 乙烯 酯 E VA 乳 液 对 E P S颗 粒表 面进 行 改性 ， 并对 改 性前后 E P S轻集料混凝土的力学性能作 了对比试验 ， 结合扫描 电镜 、 x射线衍射和红外光谱 ， 分析 了 E VA 乳 液对 E P S轻 集料 混 凝土性 能 的影响 机理． 结果表 明 E VA 改性 改善 了 E P S轻 集料 混 凝 土的微 观 结构 ， 使 其 内部孔 洞数 量减 少 ， 孔 洞尺 寸趋 于减 小 ； 使 水 泥水化 更 为充分 ， 水化 产物 组成得 以优化 ， E P S轻集料 混 凝土 的 1 8 0 d抗压 强度 和抗折 强度得 到提 高． 关键词 E P S轻 集料 混凝 土 ； E VA 改性 ； 微 观 结构 ；强度 中 图分 类号 T U5 2 8 ． 2 文献标 志码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 7 9 6 2 9 ． 2 0 1 0 ． 0 2 ． 0 2 2 Pr o p e r t i e s a nd M i c r o s t r u c t u r e s o f EPS Li g ht we i g ht Co nc r e t e M o d i f i e d wi t h EVA ZHAO Xi a o y a n ， TI AN We n l i n g。 ， J I ANG Xi n l i a n g ， ZHOUMi n g - j i e 。 1 ． S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g，Ti a n j i n Un i v e r s i t y ，Ti a n j i n 3 0 0 0 7 2，Ch i n a ；2 ． Ci v i l En g i n e e r i n g I n s t i t u t e He b e i Re s e a r c h C e n t e r o f Ci v i l En g i n e e r i n g Te c h n o l o g y ，He b e i Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ，Ti a n j i n 3 0 0 4 0 1 ，Ch i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o i mp r o v e t h e c o mb i n a t i o n a b i l i t y o f t h e e x p a n d e d p o l y s t y r e n e EP S b e a d s a n d t h e c e me nt mor t a r i n t he EPS l i ght we i g ht c o nc r e t e，a nd t he me c ha n i c al p r o pe r t i e s o f t hi s c o nc r e t e ，t he e t hy l e n e v i n y l a c e t a t e c o p o l y me r EVA e mu l s i o n wa s u s e d t o mo d i f y t h e EP S s u r f a c e ． M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f EPS l i ght we i ght c on c r e t e we r e t e s t e d；t he i n f l ue nc e o f EVA o n EPS l i ght we i ght c o nc r e t e ha d b e e n a n a l y z e d b y me a n s o f s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e S EM ，X r a y d i f f r a c t i o n a n d i n f r a r e d s p e c t r o s c o p y s p e c t r u m ． Te s t s r e s ul t s i ndi c a t e t h a t EVA e m u l s i on c a n i mpr o v e t h e EPS c o nc r e t e s mi c r o s t r uc t ur e，t he qu a nt i t y a nd s i z e o f i nne r p or e c a n be d e c r e a s e d，hy dr a t i o n of c e m e nt c a n be mor e s u f f i c i e nt a nd c o mpo s i t i o n o f c e me nt h yd r a t i o n p r o duc t c a n b e i mpr o v e d o bv i o us l y． Ac c o r di n gl y， t h e 1 8 0 d c o mpr e s s i ve s t r e n gt h a nd f l e xu r a l s t r e n gt h o f t he EPS c o nc r e t e s a r e e n ha nc e d ． Ke y wo r d s e x p a n d e d p o l y s t y r e n e EPS l i g h t we i g h t c o n c r e t e ；e t h y l e n e v i n y l a c e t a t e E VAmo d i f i e d ；mi c r o s t r ue t ur e；s t r e ng t h 随着国家加大对于墙体材料进行改革的步伐 ， 轻 质 、 保 温 墙 体 材 料 已成 为 业 界 探 索 的 重 点 ． 将 E P S颗粒这 种超 轻集 料 以不 同掺 量 加 入 混凝 土 中 ， 可制作出密度不同的 E P S混凝土砌块 ， 将其用于房 屋 的 围 护结 构 ， 可 以获 得 优 良的保 温性 能 ． 在 国 外 ， E P S混凝 土 还用 于 浮 体 结 构 、 地 下 军 事 结 构 的 能量 吸收材 料 以及海 上钻 油平 台 的防护结 构等 ． E P S混凝土制品对建筑节能意义重大， 但 E P S 颗粒表面光滑并且本身憎水 ， 与水泥砂浆 的结合力 弱， 导致 E P S混凝土的强度一般较低 ， 使其工程应 收稿 日期 2 0 0 9 0 4 0 3 ； 修 订 日期 2 0 0 9 1 0 2 8 基金项 目 天津市 自然基金资助项 目 0 6 YF J MJ C 0 5 9 0 0 第一作者 赵晓艳 1 9 7 5 一 ， 女， 河北唐 山人 ， 天津大学博士生． E ma i l z h a o x i a o y a n h e b u t ． e d u ． c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 3卷 凝胶体向结晶体转变的过程延缓 ， 后期的水化 因而 更充分， 生成 了更 完整的晶体． 观察还发现 S i O 键振动谱 的波形随 E V A 掺量 的增 加变得更 为尖 锐 ， 表明 C _ S _ H 凝胶的数量随 E VA掺量增加而增 加． 由此说明 E VA不仅可改善 C _ S - H 凝胶 的致密 度 ， 同时也有利于 C - S H凝胶的生成． 2 ． 4 力学 性能分析 表 2为 E P S轻集料混凝土力学性能试验结果． 表 2 E P S轻集料 混凝土力学性能试验结果 Ta b l e 2 Re s u l t s o f me c ha n i c a l p r o p e r t i e s o f EP S l i g h t we i g h t c o n c r e t e 由表 2可见 ， 当 E VA掺量在 1 0 以下时， 混凝 土的 2 8 d立方体抗压强度未得到提高 ， 甚至有所降 低 ； 1 8 0 d的立方体抗压强度 比 2 8 d时提高了 1 O 以上 ， 抗折 强度则 比 2 8 d时提 高 了 1 5 以上 ． 原 因 主要是 E V A 乳 液 为 水 分散 性 物 质 ， 只有 在 干 燥 环 境 下才会 固化 凝 聚成 膜 ， 形 成 聚合 物 网 络 ， 而 经 过 2 8 d养护后 尚有一定水分存在于混凝土内部 ， 其抗 压强度主要受密度控制， 密度较小的混凝土内部孔 隙多、 缺陷多， 故其强度较低． 水分的存在降低 了未 参与水解反应的 E V A乳液所形成 的不连续聚合物 膜 的弹性模 量 ， 使其 较水泥 硬化体 的弹性模 量低 ， 因 此加入 E V A后混凝土的 2 8 d抗折强度有所提高． 试件养护至 1 8 0 d后 ， 存在于混凝土内部 的水分经 水 泥水化 和毛细孔 的蒸发 后 已所 剩 无 几 ， 聚合 物 固 化成坚韧连续的薄膜 ， 水泥石和 E P S颗粒之间除了 化学胶结力外， 还受到聚合物网络的桥联约束 ， 混凝 土 的抗压强 度 因此 得 以提高 ． 王培铭等[ 8 的研究表明 ， E VA和一些常用外加 剂共同改性 ， 可以提高水泥砂浆和混凝土以及聚苯 板基材之间的黏接抗拉强度 ， 增加界面的断裂能 ， 但 聚合物改性混凝土 自身的断裂能和强度降低． 在本 文研究的 E P S轻集料混凝土中， 由于 E P S颗粒与 水泥浆的界面结合力极弱 ， 其最终的力学性能由界 面强度所决定． E VA加入后 ， 其极性的羰基与水泥 形成 配 位作 用 ， 有 机链 则 与 E P S结合 ， 从 而增 强 了 E P S与水泥水化产物之间的结合力 ， 提高了 E P S与 水泥界面的断裂能， S E M 分析也证实 了这一点． 可 见， E VA提高界面断裂能与 E VA膜的桥连约束作 用应该是 E P S轻集料凝土抗压、 抗折强度得到提高 的主要原 因． 而 X射 线衍射与红外分 析表 明部 分 E VA在水 泥水 化 的碱 性 环 境 中发 生 了 系列 化 学反 应 ， 导致对抗压强度不利的 C H 晶体含量下降， 而对 强度有利的 C - S - H凝胶数量与致密度提高， 这成为 E P S轻集料混凝土强度得到提高的另一个因素． 3 结论 1 ． 随着 E VA 掺量的增加 ， 聚合物成膜趋于连 续 ， 形成空间网络结构 ， 粗集料与水泥水化产物被桥 联成整体 ， 混凝土内部孑 L 洞数量减少 ， 孔结构尺寸趋 于减小 ， E P S颗粒与砂浆结合更为紧密． 2 ． E VA水解生成的乙酸根离子与水泥水化产 生的 C a OH 反应生成水合 乙酸钙， 使 C a 0H z 晶体 含量 降低 ． 3 ． E VA的加入提高了 C S - H凝 胶的数量与致 密度 ， 促使生成物结构更趋完整 ， 优化了水泥水化产 物 的组成 ． 4 ． E V A改性 E P S轻集料混凝土的 1 8 0 d抗压 、 抗折强度得到了提高． 参考文献 [ 1 ] AMI ANT I M， B OTAR O V R． Re c y c l i n g o f E P S A n e w me t h o d o l o g y f o r p r o d u c t i o n o f c o n c r e t e im p r e g n a t e d wi t h p o l y s t y r e n e C I P I- J ] ． C e m C o n c r C o mp ， 2 0 0 8 ， 3 0 1 2 3 2 8 ． [ 2 ] MI L E D K， L e R OY R， S AB K， e t a 1 ． C o mp r e s s i v e b e h a v i o r o f a n i d e a l i z e d EPS l i g ht we i g h t c o n c r e t e S i z e e ffe c t s a nd f a i l u r e mo d e [ J ] ． Me c h o f Ma t e r ， 2 0 0 4 ， 3 6 1 1 1 0 3 1 1 0 4 6 ． [ 3 ] MI L E D K， S AB K， L e R OY R ．P a r t i c l e s i z e e f f e c t o n E P S l i g ht we i gh t c o n c r e t e c o mpr e s s i v e s t r e ng t hEx p e r i me n t a l i n v e s t i g a t i o n a n d mo d e l i n g[ J ] ． Me c h o f Ma t e r ， 2 0 0 7 ， 3 9 3 2 2 2 2 4 0． [ 4 3 B AB U D S ， B A B U K G， WE E T H． P r o p e r t i e s o f l ig h t w e i g h t e x p a n d e d p o l y s t y r e n e a g g r e g a t e c o n c r e t e s c o n t a i ni n g fly a s h [ J ] ． C e m ＆ C o n c r Re s ， 2 0 0 5 ， 3 5 6 1 2 1 8 1 2 2 3 ． I- 5 ] B AB U K G， B AB U D S ． B e h a v i o u r o f l i g h t we i g h t e x p a n d e d p o l y s t y r e n e c o n c r e t e c o n t a i n i n g s i l i c a f u me g J ] ． C e m ＆ C o n c r Ra s ， 2 0 0 3， 3 3 5 7 5 5 - 7 6 2 ． [ 6 ] G B ／ T 1 1 9 6 9 2 0 0 8 ， 蒸压加气混凝土性能试验方法[ S ] ． G B ／ T 1 1 9 6 9 -- 2 0 0 8 ， Te s t me t h o d s o f a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e [ S ] ． i n C h i n e s e [ 7 ] S I L VA D A， R OMAN H R， GL E I Z E P J P ． Ev i d e n c e s o f c h e m i c a l i nt e r a c t i o n b e t we e n EVA a n d h y d r a t i n g P o r t l a n d c e m e n t [ J ] ． C e m C o n c r Re s ， 2 0 0 2 ， 3 2 9 1 3 8 3 1 3 9 0 ． [ 8 ] 王培铭 ， 张国防， 张永明． 聚合物干粉对水泥浆力学性能的影响 [ J ] ． 新型建筑材料 ， 2 0 0 5 I 3 2 3 5 ． W ANG Pe i rui n g。 Z H ANG Gu o f a n g， ZHANG Yo n g - mi n g ． I n f l u e n c e o f p o l y me r p o wd e r o n m e c h a n i c a l p r o p e r t y o f c e m e n t mo r t a r [ J ] ． Ne w B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 5 1 3 2 3 5 ． i n C h i n e s e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m