有機-無機復(fù)合混凝土內(nèi)養(yǎng)護材料設(shè)計、合成與性能研究.pdf

1、高強高性能混凝土因水膠比低、膠材用量大、過量使用超細礦物摻合料等，而普遍存在早期開裂問題。通過預(yù)先內(nèi)置的吸水性材料適時釋水，提高混凝土內(nèi)部相對濕度，降低其自收縮的內(nèi)養(yǎng)護(Internal curing)已成為解決混凝土收縮裂縫的有效方法。本文依托國家自然科學(xué)基金(51202039)，設(shè)計、合成了新型聚合物內(nèi)養(yǎng)護材料，圍繞材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能開展了研究與工程應(yīng)用，取得了如下創(chuàng)新成果：
　　針對離子型聚合物堿性環(huán)境下吸水倍率低且失水

2、導(dǎo)致工作性能和強度劣化，以及非離子型聚合物吸水倍率低導(dǎo)致混凝土后期內(nèi)養(yǎng)護不足的問題，提出了“高吸水-穩(wěn)定儲水-可控釋水”內(nèi)養(yǎng)護材料的設(shè)計方法。以木薯淀粉、丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）為主要原料，合成了吸水倍率達210~287、保水率80％以上、負壓釋水率75％以上的陰-非離子型聚合物內(nèi)養(yǎng)護材料(AN-ICA)。運用FT-IR、SEM和13C NMR等表征了其組成、形貌和結(jié)構(gòu)特征，系統(tǒng)研究了其吸水-儲水性能等

3、與組成、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間關(guān)系。研究表明，AN-ICA淀粉主鏈上同時成功接枝了單體AM和AMPS，并形成了連續(xù)、多孔、三維條帶狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有足夠吸水空間并具有良好彈性和伸展能力，在水中溶脹而不溶解，從而提高了AN-ICA吸液能力；親水性基團-SO3H、-CONH2提供了聚合物吸液動力，并降低了混凝土中孔溶液同離子效應(yīng)使聚合物網(wǎng)絡(luò)收縮釋水，提高了其在堿性溶液中儲水穩(wěn)定性。
　　提出了在AN-ICA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中復(fù)合剛性無機Si-O網(wǎng)絡(luò)

4、，限制柔性陰-非離子型聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在堿性環(huán)境下的收縮行為，進一步提高內(nèi)養(yǎng)護材料的儲水穩(wěn)定性-釋水可控性的技術(shù)思路。制備的有機-無機復(fù)合內(nèi)養(yǎng)護材料(OIM-ICA)吸水倍率達188~270、保水率85％以上、釋水率80％以上。SEM-EDS分析表明OIM-ICA具有復(fù)合交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)研究了合成工藝對吸水-儲水-釋水性能的影響，確定了原料配比及工藝參數(shù)：水玻璃8％~12％、交聯(lián)劑0.12％~0.18％、單體滴加時間1.5~2.5h、反

5、應(yīng)溫度60~70℃。
　　系統(tǒng)研究了OIM-ICA摻量、細度、水膠比等因素對混凝土早期收縮影響，結(jié)果表明，隨摻量增加、粒徑減小及水膠比降低，混凝土內(nèi)部相對濕度降幅減小，早期自收縮顯著降低。OIM-ICA摻量為膠凝材料的0.07％時，摻15％粉煤灰、水灰比0.35的C50混凝土7d自收縮可降低120με以上；OIM-ICA內(nèi)養(yǎng)護作用減小了對自收縮貢獻最大的9~50nm毛細孔數(shù)量?；诿殢埩碚?，引入內(nèi)養(yǎng)護水化因子和內(nèi)養(yǎng)護體積彈性模

6、量因子，建立了OIM-ICA摻量、細度、水膠比與混凝土自收縮關(guān)系模型。
　　研究了OIM-ICA對膠凝漿體水化及混凝土力學(xué)性能、耐久性能等的影響規(guī)律。隨OIM-ICA摻量增加，膠凝漿體水化速率和放熱量降低，混凝土早期抗壓強度降低，后期與未摻OIM-ICA強度相近，后期抗氯離子滲透性能、抗凍性能、抗硫酸鹽侵蝕性能和抗碳化性能均提高。其影響機理為：早期膠凝漿體水化受OIM-ICA抑制并占據(jù)較大空間，提高了孔隙率，導(dǎo)致混凝土早期強度降低

7、；后期OIM-ICA釋水內(nèi)養(yǎng)護作用使膠凝漿體水化程度提高，9~50nm毛細孔數(shù)量降低，水化產(chǎn)物在OIM-ICA周圍形成了能夠分散壓應(yīng)力的致密“拱殼結(jié)構(gòu)”，從而提高了混凝土后期強度和抗凍性，并有效阻止了Cl-、SO42-、CO32-等有害離子在毛細孔中的遷移，提高了抗氯離子滲透性、抗硫酸鹽侵蝕性和抗碳化性。
　　根據(jù)本文提出的內(nèi)養(yǎng)護材料設(shè)計方法和合成工藝，設(shè)計了年產(chǎn)2萬噸工業(yè)化生產(chǎn)線，批量生產(chǎn)了內(nèi)養(yǎng)護材料，并進行了工程應(yīng)用。結(jié)果表明