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丙烯酸钙水泥

  

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丙烯酸钙水泥

  结合矿物掺和料与聚合物的优点,根据水泥抗硫酸盐腐蚀性指标 来探讨丙烯酸钙与矿物掺合料复合改性水泥的抗蚀性能,实验采 用以粉煤灰和矿渣为变量,丙烯酸钙为定量的方式进行,同时结合 电子扫描电镜分析水泥试样的微观组织形貌.结果表明,复合 1.5%的丙烯酸钙浆液与10%的矿渣可有效地改善水泥的抗蚀性, 其抗蚀系数增幅为16.94%. 普通硅酸盐水泥作为基础建设不可缺少的大宗材料,在水利、交通、工业设施、民用建筑等重大工程项 目中,占有重要地位。然而由于水泥石自身的物质组成和内部孔隙结构,使其在腐蚀环境中易被腐蚀, 耐久性差,从而造成建筑的崩塌破坏,带来巨大的经济损失和安全隐患。针对这一科学问题,本课题 组采用有机物添加改性的方法来提高硅酸盐水泥的抗蚀性能。并在前期大量试验的基础上,证明掺入 丙烯酸盐不仅能改善水泥石的孔隙结构,提高抗侵蚀性,而且能强化水泥基体,提高力学性能。然而 对丙烯酸盐与水泥的相互作用、改性机理以及对水化进程的影响仍需要进一步的探讨和研究。实验以 自行配制的丙烯酸盐单体溶液为主剂,在各助剂作用下促进丙烯酸盐在水泥内部的聚合,起到改善水 泥性能的效果。首先探讨了丙烯酸盐及各助剂(引发剂、促进剂、交联剂)掺量对水泥性能的影响, 进而确定最佳的丙烯酸盐和助剂掺量方案;其次,通过红外光谱分析丙烯酸盐在模拟水泥孔溶液中的 聚合状况;最后,实验采用水化热、红外光谱分析、DTA-TG 和 XRD 等多种测试手段着重研究了丙烯 酸盐对水泥水化进程的影响,并通过 SEM 从微观上分析丙烯酸盐对水化产物形貌的影响。通过研究丙 烯酸钙及各助剂对水泥性能的影响得出,丙烯酸钙掺加会影响水泥的早期强度而对水泥后期强度的发 展有利。丙烯酸钙(主剂)的最佳为1.5%时,各助剂的最佳掺量(为单体量的) :引发剂2%,促进剂1. 5%,交联剂10%,水泥28d 强度较空白试样提高19.8%,抗硫酸盐侵蚀性能也最好,抗蚀系数较空白 样提高5.1%。由丙烯酸镁改性水泥的强度和抗蚀结果看出,丙烯酸镁对水泥的改性效果差于丙烯酸钙。 丙烯酸镁的最佳掺量为1.0%, 各助剂的最优掺量 (为单体量的) : 引发剂3%, 促进剂0.5%, 交联剂10%, 水泥28d 强度较空白试样提高10.7%,且抗硫酸盐腐蚀性最好,抗蚀系数较空白样提高2.4%。实验以 饱和 Ca(OH)2溶液简单的模拟水泥孔溶液环境,通过红外光谱测试验证了丙烯酸钙和丙烯酸镁均能 在水泥孔溶液中良好聚合,且丙烯酸钙在碱性作用下能与游离的 Ca 生成不稳定络合物,缩短聚合时 间。实验采用多种分析测试手段详细研究了丙烯酸钙对水泥水化进程的影响。丙烯酸钙溶液具有一定 的减水效果,且随着掺量的增加,初凝时间缩短,终凝先延长后缩短。综合水化热和红外分析,丙烯 酸钙溶液促进早期 AFt 的生成,并由于与 Ca 的络合作用促进了 C3S 的不断水解,加速了 C3S 水化期 的放热速率;通过 DTA-TG 和 XRD 分析发现,丙烯酸钙抑制了 AFt 向 AFm 的转变,影响了 Ca(OH) 2的成核和析出,导致3h-24h 2+ 2+ 内 Ca(OH)2的生成量减少。水化3d-7d,由于丙烯酸钙在水泥颗粒表面 2+ 聚合成膜,影响了硅酸钙的水化和凝胶结构的形成,使 Ca(OH)2生成量、结合水含量和水化程度指 数均较空白样低,早期强度也较低。水化后期由于丙烯酸钙提高了水泥浆体的分散性和液相中 Ca 的 浓度,使后期水化更充分,28d 结合水含量高于空白样,促进了后期强度的增长。由丙烯酸钙改性水泥 水化7d 的 SEM 照片显示,丙烯酸钙影响了硅酸钙水化产物的形貌,在水泥孔隙中生成纤维状相互搭 接的 C-S-H(Ⅱ)晶体;且由水化28d 的 SEM 照片发现表面光滑、不定形态的丙烯酸钙聚合物包裹于 水化产物表面,与水泥基体形成紧密的连接,对于改善水泥结构和性能、强化水泥基体具有积极的作 用。实验还研究了丙烯酸镁对水泥水化进程的影响,并于丙烯酸钙进行了简单的对比。丙烯酸镁同样 具有一定的减水效果,且对初凝和终凝的影响规律与丙烯酸钙相同。丙烯酸镁促进早期 AFt 的生成, 同时促进了后期 AFt 向 AFm 的转变;丙烯酸镁降低了 C3S 水化期的放热速率,且随着掺量增加对水 化放热的抑制作用愈明显;由于丙烯酸镁的聚合作用,聚合物膜包裹于水泥颗粒表面或与水化产物形 成较复杂的化学结合,抑制了早期硅酸钙矿物的水化和 Ca(OH)2的生成,对水泥早期的水化造成较 明显的阻抑作用,由于丙烯酸镁能提高水泥浆体的分散性,使水化进行更充分,且凝胶结构形成更合 理,而促进后期的水化进程。由丙烯酸镁改性水泥1d 和3d 的 SEM 照片,就发现表面光滑不定形态的 丙烯酸镁聚合物包裹于水化产物表面,影响了水泥的早期水化。改性试样3d 的 SEM 照片发现大量纤 维状 C-S-H(Ⅱ)交错生长与水泥石结构较疏松的区域和孔隙内,对于提高水泥石致密度,降低孔隙 率有积极的作用。由28d 的 SEM 照片,改性试样和空白试样均出现 AFt 向 AFm 的转变。 还原

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