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1、 . . . 建筑工业学院毕 业 论 文专 业无机非金属材料工程班 级二 班课 题不同类型水性聚合物水泥净浆的制备与研究 / 摘要聚合物的加入对水泥基材料的相关性能改善有着重要作用，而对其改性机理的研究对聚合物水泥基材料的发展更是具有重要的指导意义。本次论文选用型号为“WWJF 8020”的聚乙烯醋酸乙烯酯（EVA乳胶粉）以与“05-88”型的聚乙烯醇（PVA）对水泥净浆进行改善，并通过反光显微镜与SEM观察浆体中晶体的生长情况与微结构改善状况；采用IR分析来了解聚合物在水泥浆体中的相关行为以与水化硅酸钙凝胶（C-S-H）的聚合度变化情况；最后利用XRD分析得出各组试样水化进程。结果显示，两种
2、水性聚合物的添加对水泥试样抗折强度均有改善，而PVA则更加显著；在聚合物浆体中的晶体更好的填充了水泥石中的孔洞与裂纹以改善其微结构；同时，EVA与水化产物发生反应，且反应生成的乙酸盐又促进了水泥水化；PVA的加入则增加了C-S-H的聚合度；对于不同龄期聚合物水泥试样的水化进程，EVA与PVA起着不同程度的影响。关键词：水性聚合物水泥浆体；水化进程；IR、XRD与SEM分析；性能与微观结构AbstractThe properties of cement-based materials is significantly improved by adding a number of polymer.
3、Similarly, the research on polymer modified mechanism has very important guiding significance for the polymer cement-base materials development.The paper selects model WWJF 8020 polyethylene vinyl acetate (EVA latex powder) and 05-88 type of polyvinyl alcohol (PVA) on the improvement of cement paste
4、,and the later is better that EVA on the properties of flexural strength.By using reflective microscope and SEM to observe the growth of the crystal and micro-structure; by IR analysis to understand the related behaviors of the polymer in the cement paste and calcium silicate hydrate gel (CSH) chang
5、es in the degree of polymerization situation; Finally, XRD analysis of samples in each group obtained the hydration process.Research shows thatthe status of crystals which fill up the holes and cracks in polymer-modified cement paste is better than in OPC sample. And in this status the microstructur
6、e of cement paste can be improved. The use of infrared analysis is aware of that EVA powder could react with cement hydration products and the product of calcium acetate promotes the process of cement hydration, while PVA increases the degree of polymerization of the C-S-H. Finally, XRD analysis sho
7、ws that the EVA powder and PVA in different curing times could make different results in the process of hydration.Key words: water-based polymer cement paste; hydration process; IR, XRD and SEM analysis; Properties and microstructure目录第一章绪论11.1 引言11.2 课题研究的目的与意义11.2.1 研究的目的11.2.2 研究的意义21.3 聚合物改性水泥基材
8、料研究进展与趋势21.4 聚合物水泥混合物结构形成过程相关理论3第二章聚合物改性水泥净浆的制备与力学性能测试52.1 实验开展前的准备工作与实验方案的确定52.1.1 实验原料与仪器52.1.2 实验步骤62.1.3 结果与表象分析72.2 聚合物改性水泥净浆的制备与力学性能测试原理72.2.1 PVA类型的选用与水灰比的选定82.2.2 PVA聚合物净浆的制备与抗折强度测试92.2.3 EVA聚合物净浆与普通水泥净浆的拌制与强度测试122.3 水性聚氨酯水泥浆体的拌制14第三章聚合物改性水泥净浆中聚合物改性机理探讨163.1 相应实验样品的制备163.2 试样相关龄期吸水率与其饱和含水率分析
9、173.3 反光显微镜下观察聚合物水泥基材料的微观结构213.4 红外光谱分析233.4.1 相关试样的制备与红外光谱仪的校正233.4.2 聚合物在水泥水化过程中的行为243.4.3 聚合物的加入对水泥水化进程的影响253.5 XRD相关分析273.5.1 XRD试样的制备273.5.2 XRD衍射实验与数据的处理273.6 聚合物的掺入对水泥水化热释放的影响323.6.1 水泥水化热相关概念与研究意义323.6.2 EVA乳胶粉的掺入对水泥水化热释放规律的影响333.6.3 PVA的掺入对水泥水化热释放规律的影响343.7 掺加EVA的聚合物水泥试块水养后水层与试块表面析出物的分析353.
10、7.1 红外光谱分析363.7.2 化学分析363.8 SEM对试样的相关分析363.8.1 利用SEM对试样微观结构进行观测37第四章结论与心得394.1 结论394.2 心得40参考文献41附录A43附录B47致53第一章 绪论1.1 引言水泥混凝土作为当前用量最大的土木工程材料，在为城市建设发展做出巨大贡献的同时，也暴露出其作为多孔结构非均质脆性材料的种种缺陷。如在硬化过程中存在脆性大、拉压强度比低、干缩变形大、粘结强度低与防渗耐蚀性差等缺陷，使其应用围受到了限制。用聚合物对水泥砂浆与混凝土等进行改性是一条有效途径。大量试验证明，普通水泥砂浆中引入聚合物乳液、可再分散聚合物粉末等聚合物基
11、添加剂后，会引起水泥砂浆性能一系列的变化，诸如，抗折强度提高、抗压强度降低、刚性减弱、柔性增强、抗渗性与粘结强度提高等。本文通过选取若干常见的聚合物添加到水泥中制成聚合物水泥净浆，从而初步展开聚合物改性水泥基材料的性能和机理研究。在这里，聚合物改性机理从聚合物改性水泥基材料的微观结构、聚合物对水泥水化的影响以与聚合物与无机胶凝相间的相互作用等方面进行了讨论2。为此，分别通过反光显微镜与SEM来观测改性水泥浆体中孔洞与裂纹等的改善情况；通过XRD与IR分析以与凝结时间的测定等方法来了解聚合物的添加对水泥水化进程的影响，同时试图了解聚合物是否参加了水泥水化反应；最后，通过SEM的背散射电子为信号得
12、到原子衬度像来了解聚合物在水泥浆体中的分散情况。1.2 课题研究的目的与意义1.2.1 研究的目的聚合物的添加对于水泥混凝土相关性能的改善有着显著的效果，本次课题通过向水泥净浆中添加不同类型、不同掺量的水性聚合物制备出多组聚合物净浆试块，之后从改善试块机械性能为基准，这里采取测试试块抗折强度。针对每组试样中机械性能改善较好的一组进行深入分析，这样便可在得出每种聚合物的最佳改性掺量的同时，得出相关的改性机理。1.2.2 研究的意义在水泥混凝土的改性道路上，人们开始注意到高分子材料的大分子链段的松弛运动，使其呈现出特有的韧性和弹、粘性。因此，可以将聚合物的这些优点应用到水泥混凝土与砂浆中，从而形成
13、了有机材料和无机材料相复合的边缘学科聚合物混凝土或砂浆复合材料。通过两者的结合，研制出了一系列性能优越的聚合物水泥砂浆与混凝土制品。 本次课题通过在改善试块机械性能的前提下，选取改性良好的试块，从聚合物改性水泥基材料的微观结构、聚合物对水泥水化的影响以与聚合物与无机胶凝相间的相互作用等方面进行了分析与讨论，进而了解聚合物改性的机理。1.3 聚合物改性水泥基材料研究进展与趋势聚合物改性水泥基材料自1923年问世以来，得到了迅速发展。20世纪80年代后，世界围对这一领域研究的兴趣与日俱增，并取得了大量的研究成果。在国外，聚合物改性混凝土(PMC)已应用到建筑领域的各个方面。目前，在这一领域比较先进
14、的国家有美国、日本、前联和德国等。我国PMC的研究从20世纪50年代开始，80年代正式应用。目前，我国PMC的研究主要集中在聚合物共混物改性砂浆，聚合物化学组成对PMC 性能的影响，以与聚合物和外加剂共同改性的研究等。我国在PMC方面的研究开发虽然起步较晚，但正向世界先进水平迈进1。 随着科学技术的发展, 人们对水泥聚合物复合材料的要求越来越高。日本、美国、德国等工业发达国家对水泥聚合物复合材料做了大量的研究工作, 在新型水泥聚合物复合材料的研制中, 都确定了自己新的研究方向, 使其具有更优良的动力学性能、良好的阻尼性能等。聚合物改性水泥复合材料的发展速度很快,目前研究主要表现在以下几个方面。
15、( 1) 废物的利用把聚合物固体废料用于砂浆的改性; 用废橡胶粉末用作聚合物砂浆和混凝土的填充材料; 将回收的聚酯瓶子裂解后重新制成不饱和聚酯, 用于水泥砂浆和混凝土的改性等。( 2) 多种方式复合改性以多种聚合物复合, 包括乳液共混、水溶性聚合物共混、乳液与水溶性聚合物复合改性、乳液与超细矿物粉末掺合料、水玻璃复合材料、聚合物纤维等各种复合材料共同改性等。( 3) 节能和环境友好聚合物改性复合材料如冷混合沥青混凝土用于道路工程; 聚合物改性砂浆用作钢筋混凝土结构的永久模板, 则可以更好地防止氯离子渗透和更好地抗碳化作用, 从而提高钢筋混凝土结构的耐久性。( 4) 功能性聚合物改性复合材料如具有自修复功能的环氧树脂改性砂浆, 产生裂缝的环氧树脂改性砂浆经过一段时间后强度重新恢复; 智能混凝土结构材料, 利用碳纤维和聚合物改性混凝土, 使其具备感应多种信号的能力, 可以在智能建筑的多项自动控制和监视方面获得应用1。1.4 聚合物水泥混合物结构形成过程相关理论在对聚合物改性胶结料的部结构形成过程方面, 对不同的聚合物品种有着不同的解释。比较成熟的有Ohama聚合物成网模型和Konietz
