2012年SRT结题报告书(正式版).doc

大学生研究训练（SRT）计划项目结题报告书项目名称： 丙烯酸盐改性水泥砂浆性能的研究 完 成 人：刘晓东 陈金涛 刘美佳 王 丹 林海涛 学院（中心）： 材料科学与工程学院 专业班级： 材料0905班 指导教师: 王琦 职称 教授 起止年月：二一一 年 六 月至 二一二 年 三 月填写日期： 2012 年 3 月 27 日项 目 名 称丙烯酸盐改性水泥砂浆性能的研究项目编号C负责人姓 名刘晓东学 号20090121193电 业班级材料0905E-指导教师姓 名王 琦从事专业材料科学与工程电 -mail实际完成人员姓 名刘晓东年级专业材料0905姓 名陈金涛年级专业材料0905姓 名刘美佳年级专业材料0905姓 名王 丹年级专业材料0903姓 名林海涛年级专业材料0908研究经费总经费校拨经费自筹经费实际支出经费400元元400元350元研究期限计划完成年月2012 年 3 月实际完成年月2012 年 3 月计划完成情况1.提前完成 2 .按期完成 3.延期完成 4.终止未按期完成的原因：研究成果形式实验设计1套发表论文0篇实验报告1个制作课件0本调查报告0个会议交流10次成果应用情况 水泥本身的孔结构是水泥材料抗腐蚀性能不高的主要因素之一。水泥在硬化过程中产生大量的收缩孔隙，由于毛细现象，腐蚀介质很容易渗入到水泥石中。本课题通过掺加丙烯酸钙等有机物填充孔隙、降低孔隙率、提高致密性，阻止外界腐蚀介质浸入水泥内部，有效地提高了水泥制品在各种自然环境中的抗腐蚀性能。研究工作总结简介本课题针对提高普通硅酸盐水泥的抗蚀性能提出，通过加入丙烯酸盐等来提高水泥的抗硫酸盐侵蚀性能、力学性能。利用SEM、XRD等测试手段表征了丙烯酸盐等对水泥石的微观结构和孔隙变化并对影响机理进行了分析。探索丙烯酸盐对水泥砂浆的改性规律，并设计出优质的抗腐蚀丙烯酸盐改性水泥砂浆。现将研究工作总结如下所示：一、主要研究内容与方法、研究结果（一）、丙烯酸盐溶液的制备丙烯酸钙（镁）的制备：采用定量的丙烯酸与过量的碳酸钙或碳酸镁反应，过滤沉淀后制的丙烯酸钙（镁）溶液。（二）、1、丙烯酸钙的聚合情况分析2、研究促进剂掺量对水泥性能的影响1）研究不同促进剂掺量对水泥强度的影响2）研究不同促进剂掺量对水泥抗蚀性的影响。促进剂能促进丙烯酸盐的聚合作用，加快聚合时间。促进剂掺量过大，丙烯酸盐单体聚合过快，易使水泥浆的粘度增大，降低水泥浆的工作性和流动度，不利于成型；而掺量过小，不利于丙烯酸盐的聚合。且由于这种促进剂对水泥强度的影响较为复杂，因而研究不同促进剂掺量对水泥凝结时间和强度的影响至关重要。3、丙烯酸钙掺量对水泥性能的影响规律1）丙烯酸钙对水泥标准稠度需水量和凝结时间的影响2）丙烯酸钙掺量对水泥强度的影响3）丙烯酸钙掺量对水泥抗蚀性的影响向水泥中掺加丙烯酸钙溶液，会较明显得影响水泥的早期强度，随着丙烯酸钙掺量的增加，1d和3d的抗压强度也随之降低。而丙烯酸钙溶液的掺加对水泥后期强度的发展有利。由图中可看出，丙烯酸钙改性各水泥试样28天的抗压强度均高于空白样，且当丙烯酸钙掺量为1.5wt%时，强度提高约为空白样的19.8%，对水泥的力学性能有良好的改性效果。随着丙烯酸钙掺量的增加，水泥试样经硫酸钠溶液和清水浸泡相同龄期后强度变化趋势相同，均是先增加后降低，且当丙烯酸钙掺量为1.5wt%时，强度均最高。且由抗硫酸盐侵蚀系数可看出，当丙烯酸钙掺量为1.5wt%时，抗硫酸盐腐蚀系数最高为1.046，提高空白样的3.5%，具有较好的抗硫酸盐腐蚀性。丙烯酸钙对水泥水化进程的影响：实验上部分通过大量试验可证明丙烯酸盐的掺入对水泥有极好的改性效果，能有效地提高水泥的力学强度，并通过丙烯酸盐的聚合作用填充水泥孔隙，使水泥石结构致密，提高水泥的抗硫酸盐侵蚀性。此外，还通过红外光谱测试验证了丙烯酸钙在水泥孔溶液中聚合良好。在上述基础上，实验运用了多种分析测试手段进一步研究了丙烯酸钙对水泥水化进程的影响，进而充分完善丙烯酸钙对水泥改性的理论体系。（三） 机理分析1、丙酸钙改性水泥的水化热分析2、XRD分析丙烯酸钙对不同龄期各矿物组分水化的影响3、扫描电镜分析1）扫描电镜对比分析加入丙烯酸钙试剂后试样腐蚀程度2）扫描电镜分析1d、3d、7d、28d试样结构4、丙烯酸钙改性水泥孔结构分析研究结果：通过砂浆强度实验和抗腐蚀实验，探索丙烯酸盐对水泥砂浆的改性规律，并设计出优质的抗腐蚀丙烯酸盐改性水泥砂浆；实验采用了扫描电镜，研究丙烯酸盐对砂浆微观结构和水化产物的形貌的影响，并通过XRD分析丙烯酸盐对水泥水化的影响；对最优试样进行孔结构的分析，与空白样进行对比，进一步解释了丙烯酸盐改性水泥砂浆抗腐蚀性提高的原因。二、研究的意义、学术价值和应用前景基础设施的建设离不开无机材料工业的发展和支撑，水泥作为基础建设不可缺少的大宗材料，尤其在水利、交通、工业设施、民用建筑等重大工程项目中，占有重要地位。然而全球存在着广泛的腐蚀环境，如海洋环境、盐碱地、工业污染等，水泥作为建筑材料时，由于本身结构不致密，有很多毛细孔通道，腐蚀环境中具有腐蚀性的物质很容易侵入，与水泥组分发生物理化学变化，导致水泥材料耐久性下降，造成基础设施腐蚀破坏。水泥本身的孔结构是水泥材料抗腐蚀性能不高的主要因素之一。水泥在硬化过程中产生大量的收缩孔隙，由于毛细现象，腐蚀介质很容易渗入到水泥石中，对水泥石进行腐蚀破坏，本研究课题就是通过掺加丙烯酸盐等有机物来填充孔隙、降低孔隙率、提高致密性，阻止外界腐蚀介质侵入水泥石内部，来提高水泥的抗腐蚀性能。目前，国内外提高抗腐蚀性能，主要通过改善水泥组成和孔结构入手，实施方法主要围绕以下两个方面：第一，在水泥石外层涂抹防腐剂，隔离环境腐蚀因素；第二，向水泥中掺加与水泥配伍性良好其他材料，通过实验，设计出抗腐蚀性能较好的复合材料。就目前而言，第二种方法是最普遍、最可行的方法。近年来，国内外新型的Js或PMC聚合物水泥复合材料(Js为这种材料的中文缩写，PMC为英文缩写)克服了水泥脆性大的缺点，具有“即时复原”的弹性和长期的柔韧性、与混凝土基体亲和力好，防水、防渗漏、粘结力强、耐高低温、耐腐蚀、抗冻融，物理力学性能和变形性能俱佳。正因为如此，这种材料自问世以来，即得到了迅猛发展和广泛应用。自1995年后在我国开始规模生产和应用以来，至今已有20余省、市100多家企业，生产能力约10万吨，广泛应用于屋面、外墙、厕浴间、地下室、水池、隧道等各种建筑防水、防腐、修补、粘贴、装饰、密封等工程，施工面积超过1000万平米。现阶段，丙烯酸盐已经广泛应用于灌浆料，并取得了很好的效果，但是直接加入到水泥中研究的相对较少。国内外对聚合物水泥研究的也较多，大部分都是直接加入聚合物乳液来对水泥改性，对于加入聚合物单体对水泥改性没有相关的报道。本研究课题就是向水泥引入丙烯酸盐单体，使得丙烯酸盐能够在水泥水化一定程度后发生聚合，提高水泥的抗蚀性能和强度。丙烯酸盐是一种可溶于水的有机盐单体，在分子中具有双键和无机离子，它通过和适当的引发剂、交联剂、促进剂加入到水泥中，在水泥水化一定程度形成自身凝胶网络，在不影响水泥自身的网络结构的条件下形成网络结构，填充水泥石的空隙结构提高水泥石的致密性，降低孔隙率，优化空隙分布，从而达到抗蚀的目的。同时，丙烯酸盐与水泥之间产生化学吸附，与水泥形成良好的界面结合，能提高水泥的强度。因此，丙烯酸盐改性水泥砂浆性能和探索水泥的抗蚀体系具有良好的实用和理论研究价值。三、同预期计划和目标比较，说明存在问题与建议。1）通过实验可以看到掺加丙烯酸盐对水泥的性能有很大的提高，但是还需要对丙烯酸盐在水泥中的聚合机理和对水泥水化的机理进行更加深入的研究，最终通过调整掺加量或者助剂种类或者用量，达到对丙烯酸盐对水泥的影响的时间可控，以适应各种要求的实际应用。2）试验中采用快速硫酸盐侵蚀方法，还要进一步的研究在海水、风蚀等各种自然环境中的腐蚀进行研究。3）主要掺加试剂丙烯酸盐为液体，在实际应用掺入水泥过程中会会发生一系列反应，从而影响其性能，可以考虑在不影响其对水泥原有的效果的前提下将丙烯酸盐做成固体颗粒掺入水泥中。项目负责人签字： 2012 年 月 日指导教师评语：该课题小组在实验期间工作认真，勤奋好学，踏实肯干，在工作中遇到不懂的地方，能够虚心向富有经验的前辈请教，善于思考，能够举一反三。对于别人提出的工作建议，可以虚心听取。在时间紧迫的情况下，加时加班完成实验任务。能够将在学校所学的知识灵活应用到具体的实验中去，保质保量完成了实验任务。同时，该课题小组成