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《济南大学》 2011年
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抗蚀水泥的组成设计与机理研究

刘振  
【摘要】:硅酸盐水泥材料是一种最为常见的建筑材料。但由于水泥自身的物质组成和内部孔隙结构,导致了水泥材料的抗蚀性能差。因耐久性不良,造成过早失效及崩塌破坏的事故时有发生,并造成了巨大的损失。 本论文以普通硅酸盐水泥为胶凝材料,通过向水泥中加入丙烯酰胺和丙烯酸钙,研究了它对水泥力学性能、抗硫酸盐侵蚀性能和孔隙率的影响。利用SEM、XRD、压汞仪等测试手段表征了丙烯酰胺、丙烯酸钙改性水泥石的微观结构、测试了孔隙变化,并对影响机理进行了分析。 研究结果表明:根据标准稠度需水量和凝结时间的测定,丙烯酰胺的掺加对水泥具有明显的减水效果,丙烯酰胺的掺量4%减水11%,当6%时减水达到21%,同时具有明显的缓凝的效果。 丙烯酰胺的加入会导致试样的早期强度的下降,但后期强度得到提高。丙烯酰胺的最佳引发剂为偶氮二异丁腈,最佳掺量1%。温度对丙烯酰胺水泥试样的早期强度影响明显,但在28d最优温度为35℃。掺加量为2%时28d的净浆抗压强度为77MPa。在砂浆实验中,掺量2%丙烯酰胺的水泥试样的28d抗压强度最高,4%的抗折强度最高。 丙烯酰胺在引发剂偶氮二异丁腈掺量为1%时水泥抗压抗蚀系数最高,丙烯酰胺掺量为4%时水泥的抗压抗蚀性能最高为1.22,比空白样提高11%。丙烯酰胺的加入能够提高水泥的抗腐蚀的能力。 丙烯酰胺在水泥水化早期延缓了水泥的水化进程,但是随着丙烯酰胺的聚合,水泥进一步水化,聚丙烯酰胺会与水泥形成良好结合界面,水泥后期强度得到提高。通过压汞仪测试结果分析可得,丙烯酰胺的加入能够增加水泥石的致密性,降低水泥的孔隙率,掺量为4%时比空白样降低了20%、降低了有害孔的比例,优化了孔隙分布。 在对丙烯酸钙的助剂对水泥抗压强度实验中,引发剂加量为10‰、交联剂摩尔比加量为10%、促进剂的加量为7%为最优组合对水泥的抗压强度有增强作用。在丙烯酸钙溶液浓度为5%的水泥试样3d的抗压强度比空白样高,养护28d抗压强度为83.7MPa,比空白样高出6%。在对丙烯酸钙对水泥砂浆的实验,在28d的抗压抗折数据可以看出丙烯酸钙的浓度为2.5%的试样的抗压抗折强度最高,分别为54.06MPa、9.6Mpa,比空白样提高分别24%、26%。丙烯酸镁溶液浓度为5%时抗压强度最大,但是相对空白样要低。丙烯酸镁和丙烯酸钙的复合加入能够提高水泥的抗压强度。 在丙烯酸钙对水泥抗蚀性能的影响实验中,助剂中引发剂含量为8‰、交联剂摩尔浓度比为12%、在促进剂用量为7%时,丙烯酸钙掺加水泥抗蚀性能最高。丙烯酸钙溶液浓度为5%时的抗蚀系数最高为1.2比空白样提高了20%。 通过对掺加丙烯酸钙的水泥试样的微观分析,丙烯酸钙在水泥石中形成网络结构,能和水泥形成良好的界面结合。能够填充水泥石的孔洞,提高致密性。通过压汞仪测试结果,丙烯酸钙的加入降低了水泥石的孔隙率,加入丙烯酸钙溶液浓度5%的水泥试样比空白样的孔隙率降低了36.7%,有害孔比例降低,优化了孔径分布。
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